WO2009007606A2 - Echangeur vissé vertical enterré pour installation de chauffage ou de rafraichissement - Google Patents

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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D5/00—Bulkheads, piles, or other structural elements specially adapted to foundation engineering
    • E02D5/22—Piles
    • E02D5/56—Screw piles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24T—GEOTHERMAL COLLECTORS; GEOTHERMAL SYSTEMS
    • F24T10/00—Geothermal collectors
    • F24T10/10—Geothermal collectors with circulation of working fluids through underground channels, the working fluids not coming into direct contact with the ground
    • F24T10/13—Geothermal collectors with circulation of working fluids through underground channels, the working fluids not coming into direct contact with the ground using tube assemblies suitable for insertion into boreholes in the ground, e.g. geothermal probes
    • F24T10/17—Geothermal collectors with circulation of working fluids through underground channels, the working fluids not coming into direct contact with the ground using tube assemblies suitable for insertion into boreholes in the ground, e.g. geothermal probes using tubes closed at one end, i.e. return-type tubes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24T—GEOTHERMAL COLLECTORS; GEOTHERMAL SYSTEMS
    • F24T10/00—Geothermal collectors
    • F24T2010/50—Component parts, details or accessories
    • F24T2010/53—Methods for installation
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/10—Geothermal energy

Definitions

  • the field of the invention is low and medium depth geothermal energy. Incidentally, the invention can also be applied to the realization of foundations for buildings.
  • air / soil or liquid / soil heat exchangers are known that are used in heating or air-conditioning installations and that currently consist either of plies of tubes made of plastic or metal materials. buried at a depth of a few tens of centimeters either by vertical tubes or in some cases by vertical pins.
  • This heat transfer fluid can be either water or water with antifreeze and / or corrosion inhibitors or is a refrigerant of the category of ammonia, carbon dioxide or fluorinated compounds.
  • the main objective of the invention is to improve the performance of fluid / soil exchangers used in the production of heating or air conditioning systems for buildings, whether they are individual or collective residential buildings, tertiary buildings, buildings industrial buildings or farm buildings, or even light buildings for residential use.
  • An ancillary objective of the invention is to reduce the cost of fluid / soil heat exchangers while increasing the life of such exchangers.
  • a complementary objective is to allow the rapid realization of fluid exchangers / soil, without requiring the use of excessive earthmoving means, and in particular to allow the implantation of such exchangers in low surface areas or even directly in the sub floors of buildings already built or in the case of buildings whose ground surface occupies the entirety of the private land in which they are located.
  • a complementary objective consists in facilitating the construction of light constructions while improving the thermal performance of such constructions.
  • the invention proposes to make exchangers using screwed metal piles, close to those used for the realization of the foundations of light constructions.
  • This embodiment which is particularly economical, makes it possible to increase the useful exchange surface and therefore the efficiency of the exchangers.
  • the screwed metal piles will have the dual function of building supports and heat exchangers for supplying the heating / cooling systems of the buildings concerned.
  • the invention is based on the use of hollow metal piles having a conical bottom end and provided with mainly horizontal helical fins, said fins having a large surface area and a relatively small pitch (typically and state of the prior art for the realization of foundations of light constructions, a few centimeters per turn, so as to allow the operations of establishment of the piles by screwing).
  • the following description will show that the cost reduction objectives are achieved by using proven implementation and implementation methods, designed for the realization of foundations and / or by combining the functions of foundations and exchanger. thermal.
  • helical fins which contribute to increase the contact surface tubes / soil and consequently the quality and the efficiency of the heat exchanges, while procuring, in the case of use of the piles according to the invention both as heat exchangers and as foundation elements, a seat particularly resistant to driving forces as tearing.
  • these helical fins have the dual advantage of enabling a quick and inexpensive installation, since carried out by means of a simple screw machine, of the piles according to the invention and of substantially increasing the contact surface of the tube. /ground.
  • the mainly horizontal helical fins have a triple function:
  • the piles according to the invention will be provided with mainly vertical fins whose role will be to repel the earth or mineral materials composing the soil at a distance corresponding to the width of said fins mainly vertical relative to the outer wall of the piles. .
  • the space thus created as and when driving piles into the ground can be filled, after installation of the pile by screwing, with a suitable material, for example a lean cement, bentonite or a substance with state change.
  • This adapted material will have the advantage of having a conductivity greater than that of the earth.
  • this material will consist of a material chosen from paraffins, or from substances having the property of storing and returning a large quantity of calories or frigories during their passage from the solid state to the liquid state or liquid state in the solid state.
  • this first section preferably of a length of about 3 meters, embedded in the ground can either be used as is by equipping it with internal partitions and a flange at the top, or extend it by a or several complementary sections, which may also have one or more fins mainly horizontal facilitating their penetration into the ground and one or more mainly vertical fins pushing and compacting the earth periphery of the tube.
  • These additional sections will be assembled the lower section by crimping, interlocking, welding or screwing. In any case, these sections will be assembled in such a way that the resulting pile has the shape of a single tube provided with a pointed end and one or more fins that are mainly horizontal and, optionally, but particularly advantageous for the performance of the installation, one or more fins mainly vertical.
  • the pile thus obtained will be driven until its upper end is flush with the ground, or even a little deeper in which case a disbursement will be practiced in the ground to a depth of about 50 cm.
  • the pile will then be equipped with internal partitions, delimiting an axial compartment and a lateral compartment and a flange at the top, flange through which will pass the pipes for supplying fluid to said inner and outer compartments.
  • the tubes forming the piles have been equipped with mainly vertical fins, there will be a space of the form of a hollow cylinder between the outer wall of the tube and the compacted earth which will be pushed back to the periphery of the tube by the action of said fins mainly vertical.
  • This space will be mainly occupied by the fins or mainly vertical, which we understand that in the state they can play an effective role allowing the transmission of calories or frigories between the fluid passing through the inner compartments of the piles and the ground. It is for this reason that the invention recommends to proceed to the complete filling of the empty space created by the rotation of the or mainly vertical fins.
  • This filling will be done using a material having at the time of its implementation by casting a sufficient viscosity to fill the entire vacuum between the outer wall of the tube and the surface of the compacted earth. It can for example be realized:
  • conductive particles for example iron filings or carbon fibers
  • FIG. 1 represents a dwelling resting on four piles according to the invention, these piles having the dual function of supporting the house and exchanger for the primary circuit of a reversible heat pump used for heating and cooling. of this dwelling
  • FIG. 2 is an enlarged view of an element of FIG.
  • FIG. 3 represents a dwelling resting on three piles according to the invention, said piles supplying a liquid / air exchanger intended to temper the renewal air of the dwelling,
  • FIG. 4 represents a sectional view and details of embodiment of a pile according to the invention
  • FIGS. 5A and 5B are sectional views along the section lines AA and BB of FIG. 4, and
  • FIG. 6 is an enlarged sectional view of a pile of the invention according to a preferred embodiment.
  • the invention recommends the use, as exchanger of calories or frigories between the ground and a fluid, of at least one hollow pile 1, preferably metal, pressed substantially vertically into the ground by screwing.
  • the pile comprises an inner wall (1i), an outer wall (1e) and a substantially constant wall thickness.
  • the pile 1 may consist of several sections connected to each other in a sealed manner.
  • This pile 1 comprises: - At least one substantially horizontal helical fin 2 of flattened shape and having a reduced pitch capable of causing a depression of a few centimeters per turn, when the pile is subjected to rotation, said helical fin 2 being mechanically bonded and in contact thermal with the outer wall 1e of the pile;
  • an internal partition 3 delimiting two distinct compartments 11, 12 communicating with one another at the bottom 13 of the pile 1, namely an axial compartment 11 and a lateral compartment 12, the lateral compartment 12 advantageously having a passage section S2 substantially smaller than the passage section S1 of the axial compartment 11;
  • an upper flange 8 having passage openings for ducts 4 communicating in sealed manner with each of the two compartments delimited by the internal partitioning 3.
  • the pile 1 is provided, in addition to the or fins 2, at least one mainly vertical fin 22.
  • This mainly vertical fin 22 will have a length such that it will not exceed the lateral end of the finely horizontal fin 2 above which it will be placed. It will be connected to the outer wall of the pile 1, preferably by welding.
  • the fin 22 will have a rounded or beveled end so that its rotation has the effect of repelling the previously broken ground by the action of the mainly horizontal fin 2.
  • the vacuum created following the rotation of this mainly vertical fin 22 will be advantageously filled, after setting up by face of all the sections forming the fluid / soil heat exchanger, with a material having good conduction performance, thermal storage, or, for some applications, mechanical strength.
  • This material will be either cement or lean mortar, or bentonite, or a substance with the property of changing state at a temperature close to 20 ° C, and in any case greater than 10 0 C.
  • the fact that the piles according to the invention comprise at least one vertical fin 22 of a width smaller than the diameter of the essentially horizontal fin 2 will thus make it possible to provide a void space coaxial with said piles, these spaces created by the rotation of the vertical fin 22 being filled with a material 25 having a conductivity and thermal inertia greater than that of the earth in which said pile is depressed.
  • this material 25 may be chosen from substances having the particularity of passing from the solid state to the liquid state at a temperature above 10 ° C, for example in the family of normal paraffins or iso paraffins.
  • the establishment of the piles according to the invention will be in successive sections.
  • the lower section will have an end 9 of conical shape, able to facilitate penetration into the ground and to obstruct the compartments in which the fluid flows.
  • the sections will be assembled together sealingly by welding by embedding or by screwing and each section will comprise one or more helical fins 2 in thermal contact with the outer wall 1 of said pile.
  • the piles according to the invention are used as foundation of a building, and more particularly of a greenhouse or a light house, they will comprise in the upper part a connecting piece 10 comprising fastening means suitable for be made integral with the floor 17 or the lower structure of a building 7, as well as lateral or upper opening allowing the passage of the supply and outlet lines of the fluid.
  • the vertical piles according to the invention comprises an upper flange 8 which will be secured to the floor 17 or the lower structure of a building 7 by a connecting piece having through holes for the pipes 4.
  • the fluid that will exchange calories or frigories with the soil during its passage in the compartments of the exchanger consisting of one or more piles as described, connected together in series or in parallel by lines 4 may be used to feed the circuit primary of a thermodynamic machine 5 type heat pump.
  • the lateral compartment 12 will be connected by lines 4 to a liquid / air exchange battery 15, said liquid exchange battery the air being itself connected by pipes 4 to the axial compartment 11, said axial compartment 11 forming with the lateral compartment 12, the pipes 4 and the liquid / air exchange battery 15 a sealed and sealed circuit, which circuit will also comprise at least one circulator 16.
  • the battery 15 will be crossed by the renewal air supplying the building of which said pile forms part of the foundations.
  • the use of at least one pile according to the invention will make it possible to provide heating or air conditioning, treatment or pretreatment of air.
  • the piles 1 will be provided with a single fin 2 in the lower part, which will make them into one section.
  • the piles 1 will comprise a plurality of fins 2, each fin being located at one end of a section; the sections being assembled together by welding, crimping interlocking, forcing or screwing.
  • the machine exerting a tightening torque and a vertical pressure on successive sections of piles can implement successively each section, a sealed mechanical connection being made for example by welding at the outer wall of the piles.
  • the operations of driving the pile into the ground will be facilitated by the presence of a conical part 9 in the lower part of said pile.
  • this conical part 9 will be attached to the lower end of a section in the same manner for example by screwing, crimping or welding that will be made the fasteners of a section on the lower section, so that the sections They will be identical to each other and may be connected indifferently in the lower part to a conical end or another section and in the upper part either to a terminal plate or flange or to another section.
  • the piles 1 will be equipped with means for circulating a fluid over all or almost all of their length.
  • These means may be for example an internal partition 3 opening in the lower part 13, so that the fluid travels vertically along the length of the tube from bottom to top inside said interior partition 3, in the lower part of which it will emerge to go up the along the inner wall of a toric section between the outer wall of the axial tube and the inner wall of the pile 1.
  • the outer diameter of the inner partition 3 will be close to the inner diameter of the tube constituting the pile 1, such so that the residual toric section S2 between the two cylindrical surfaces defined by said walls is sufficiently small so that the fluid is subjected to a turbulent flow, including for relatively low flow rates.
  • the internal partitioning 3 comprises a section reducer which may be in the form of a boss or an excrescence 31 which will be placed at an altitude corresponding to the presence of a helical fin in thermal contact with the outer wall of the pile.
  • This arrangement will accelerate the passage of the fluid between the boss 31 and the outer wall of the tube forming the pile, so that the zone equipped with a helical fin will constitute a particularly effective heat exchange zone between the earth in which the The pile will be immersed and the fluid circulating in the pile.
  • This original arrangement will significantly reduce, compared to known geothermal probes, equal efficiency, the implantation length and therefore the cost price of fluid exchangers / soil.
  • the combination of the action of a metal fin having a large surface in contact with the ground including at distances distant from the axis of the pile and the turbulent flow of the fluid on either side of a wall metal makes it possible to obtain very high performances in terms of heat exchange.
  • the passage section or boss reducer 31 is in the form of a sleeve engaged around the internal partition 3 at the level of the fin 2.
  • FIG. 6 represents a preferred embodiment of the invention, particularly with regard to internal partitioning 3.
  • This partitioning forms, just as in the embodiment of FIG. 4, an axial central compartment or passage 11 having a section transverse S1.
  • As for the lateral compartment it is divided by the partition 3 in several passages or cells 12a which follow the inner wall 1 i of the pile 1.
  • These passages 12a are 7 in the embodiment of Figure 6. They are arranged distributed around the central axial compartment 11.
  • Each passage 12a has substantially the shape of a half-moon.
  • the partition 3 has a considerable wall thickness since it extends from the axial compartment 11 to the inner wall of the pile 1 between the passages 12a. The partitioning 3 thus occupies more than half of the section of the pile 1.
  • Each passage 12a has a cross section s2.
  • the sum of the sections s2 of all the passages 12a corresponds to the total section S2.
  • the total section S2 is smaller than the section S1 of the axial compartment 11.
  • the two passages 12a located at the level of the helical fin 2 are partially filled with an element of filling that forms a protrusion or a boss 31 relative to the outer wall of the partition 3.
  • These bosses 31 are intended to reduce the cross section of the passages 12a so that there remains only a reduced section s2 '. The fluid is thus forced to flow at high speed along the inner wall of the pile 1 directly at the helical fin 2.
  • These bosses or protrusion 31 may be considered as cross section reducers.
  • the partitioning 3 can be made by extrusion so that it has a constant cross section along its entire length.
  • the partitioning 3 can be made of metal or plastic.
  • the partitioning 3 will be made of plastic to prevent heat exchange between the central compartment 11 and the lateral compartment formed by the seven passages 12a.
  • the reducing passage section or bosses 31 they may be in the form of inserts reported inside the passages 12a.
  • the passage section reducers or bosses 31 may be formed directly by the partition or by the pile, for example in the form of an internal extension of the fins.
  • the fluid will therefore exchange calories or frigories with the soil in which the piles 1 are implanted. This exchange will be made more efficient and faster thanks to the action of the fins 2 which will have a large surface in contact with the ground and will be thermal contact with the metal tube constituting the pile.
  • the fluid flowing in the piles 1 will be then collected in pipes 4 which will route it to at least one system 5 for heating or cooling a room 7, said room 7 being preferably but not necessarily based on one or more piles according to the invention.
  • the heating or cooling system 5 will consist of a water / water heat pump, preferably reversible, the primary circuit of which will exchange calories or frigories with one or more piles connected to the system 5 by a circuit 4 and whose secondary circuit will exchange calories or frigories with a circuit 6, for example a low temperature heating floor.
  • the circuit 4 collecting the fluid circulating in the pile or piles according to the invention will be connected to a heater battery 15, that is to say to an air / fluid exchanger, the renewal air of the room passing through said exchanger.
  • a heater battery 15 that is to say to an air / fluid exchanger, the renewal air of the room passing through said exchanger.
  • This heating and cooling device in particular described in the application WO 2006/109003, makes it possible to provide all the functionalities of the systems known under the name of Canadian wells (or Provençal wells or also Californian wells) by means of earthworks inexpensive, reduced footprint and easier maintenance.
  • FIG. 3 In the simple case represented by FIG. 3, three piles 1 according to the invention are used. These piles comprise fins 2 and a conical lower end 9 which allowed to drive them by screwing and promoting heat exchange with the ground. They are provided with internal partitions 3 in which the fluid circulates, in this case water optionally supplemented with antifreeze. This fluid is collected by a circuit 4, preferably buried a few tens of centimeters below the ground level.
  • the fluid circulates continuously through the action of a pump or circulator 16 so that it exchanges, according to the climatic conditions of the moment, calories or frigories with the fresh air introduced into the room by the action a fan (not shown) that crosses the said fresh air a heater heater 15 in which circulates the fluid which benefits from heat exchange with the ground, exchanges which occur as a result of the circulation of said fluid in the piles and which are made particularly efficient and fast thanks to the presence of helical fins 2.
  • all or part of the partitions or the zone at the periphery of the tube released by the compaction of the earth due to the rotation of the fin mainly vertical 22 may be filled with a substance having the property of changing state at a temperature close to the desired comfort temperature, for example 20 ° C and in any case greater than 10 ° C.
  • This substance will be chosen, for example, from paraffins, which have the property of storing and restoring about 50 kilocalories per gram, during the passage of their stage of change of state.
  • This particularly advantageous embodiment will substantially improve the performance of liquid / soil heat exchangers according to the invention, without significantly increasing their cost.
  • this mode of execution will allow during the summer seasons to restore during the day due to the change of the solid state in the liquid state large amounts of frigories.
  • These frigories have been stored beforehand during the night when the outside temperature is at a temperature below the melting point of the paraffins, the storage resulting from the passage from the liquid state to the solid state of the paraffins contained in the walls forming the partitions. 3 and / or filling the hollow cylinder.
  • a flange 8 which will serve as a cap and to which may be attached the internal partitions, defining an axial compartment and a side compartment.
  • the diameter of the tube forming the interior partitions should be chosen so that only a small circulation space remains between this partition and the outer wall of the pile, so that the circulation of the fluid in this part of the pile is will produce in a turbulent regime.
  • the partition wall will comprise an extra thickness or an outgrowth at the outer fin (s) so that the heat exchanges between the fluid and the pile wall are favored in this zone which has the advantage of a high potential for thermal transmission towards the surrounding environment which is found to be the floor.
  • the invention will find preferential applications for the realization of light leisure homes that require foundations of low or medium depth and frost protection by heat exchanges with the ground including non-occupancy period.
  • the circulation of liquid between the ground and at least one heater battery may be caused by a pump powered by photovoltaic solar cells.
  • the invention will also be particularly well suited to the realization of agricultural or industrial structures such as horticultural greenhouses or sheds or warehouses, it being understood that these preferred applications have no limiting character.
  • a connecting piece 10 between firstly the upper part of the piles 1, which upper part will be equipped with a flange 8, and secondly the floor 17 or a support piece of the lower structure of the building 7.

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Abstract

Pieu creux enfoncé sensiblement verticalement dans le sol par vissage caractérisé en ce qu'il comporte : - au moins une ailette hélicoïdale (2) de forme aplatie et présentant un pas réduit apte à provoquer un enfoncement de quelques centimètres par tour, lorsque le pieu est soumis à une rotation, l'ailette hélicoïdale (2) se trouvant liée mécaniquement et étant en contact thermique avec la paroi extérieure (le) du pieu, - un cloisonnement intérieur (3) délimitant un compartiment axial (11) et un compartiment latéral (12) communiquant entre eux en partie basse (13) du pieu, caractérisé en ce que - l'ailette hélicoïdale (2) est en contact thermique direct avec le compartiment latéral (12) à travers l'épaisseur de paroi du pieu (1), et - le compartiment latéral (12) présente une section de passage (S2) sensiblement inférieure à la section de passage (S1) du compartiment axial (11).

Description

Echangeur vissé vertical enterré pour installation de chauffage ou de rafraîchissement
Le domaine de l'invention est la géothermie de faible et de moyenne profondeur. De façon incidente, l'invention peut également s'appliquer à la réalisation de fondations pour des bâtiments.
Dans le domaine de la géothermie à faible et moyenne profondeur, on connaît les échangeurs air/sol ou liquide/sol qui sont utilisés dans les installations de chauffage ou de climatisation et qui sont actuellement constitués soit par des nappes de tubes en matériaux plastiques ou métalliques enterrés à une profondeur de quelques dizaines de centimètres soit encore par des tubes verticaux ou dans certains cas par des épingles verticales.
Ces échangeurs sont parcourus par un fluide caloporteur. Ce fluide caloporteur peut être soit de l'eau, soit de l'eau additionnée d'antigels et/ou d'inhibiteurs de corrosion soit encore un frigorigène de la catégorie des ammoniaques, des gaz carboniques ou des composés fluorés.
On connaît également les dispositifs dits "puits canadiens" ou "puits "provençaux" dans lesquels on fait passer de l'air dans des tuyaux souterrains placés à une profondeur généralement comprise entre 1 et 3 mètres avant d'introduire cet air tempéré par son passage dans le sol dans un bâtiment.
La réalisation des échangeurs contenus dans l'art antérieur nécessite d'importants moyens de terrassement et s'avère donc particulièrement onéreuse. Par ailleurs les performances des échangeurs dépendent directement des surfaces de tubes en contact avec le terrain, cette surface étant par construction limitée à celle de la paroi extérieure des tubes, laquelle paroi est strictement cylindrique. Dans tous les cas ces échangeurs représentent un surcoût intégral, dans la mesure où ils ont pour seule fonction de contribuer au seul fonctionnement des systèmes de chauffage et/ou de traitement de l'air équipant un bâtiment donné.
L'objectif principal de l'invention est d'améliorer les performances des échangeurs fluide/sol utilisés dans la réalisation d'installations de chauffage ou de climatisation pour des bâtiments, qu'il s'agisse de bâtiments d'habitation individuels ou collectifs, de bâtiments tertiaires, de bâtiments industriels ou de bâtiments agricoles, voire de bâtiments légers à usage résidentiels de loisir.
Un objectif annexe de l'invention est de réduire les prix de revient des échangeurs fluide/sol tout en augmentant la durée de vie de tels échangeurs.
Un objectif complémentaire est de permettre la réalisation rapide d'échangeurs fluides/sol, sans nécessiter l'utilisation de moyens de terrassement trop importants, et notamment de permettre l'implantation de tels échangeurs dans des terrains de faible surface ou même directement dans le sous sol de bâtiments déjà construits ou encore dans le cas de bâtiments dont la surface au sol occupe l'intégralité du terrain privatif dans lequel ils sont implantés.
Un objectif complémentaire consiste à faciliter la réalisation de constructions légères tout en améliorant les performances thermiques de telles constructions.
Pour atteindre ces objectifs ainsi que d'autres qui apparaîtront à la lecture de la description de ses modes de réalisation et de ses applications, l'invention propose de réaliser des échangeurs à l'aide de pieux métalliques vissés, proches de ceux utilisés pour la réalisation des fondations de constructions légères. Ce mode de réalisation, particulièrement économique, permet d'augmenter la surface d'échange utile et donc l'efficacité des échangeurs. Dans un mode de réalisation préféré, les pieux métalliques vissés auront la double fonction de supports des bâtiments et d'échangeurs thermiques destinés à alimenter les systèmes de chauffage/climatisation des bâtiments concernés.
L'invention est basée sur l'utilisation de pieux métalliques creux présentant une extrémité inférieure de forme conique et munis d'ailettes de forme hélicoïdale principalement horizontales, lesdites ailettes présentant une surface importante et un pas relativement faible (typiquement et de façon comprise dans l'état de l'art antérieur pour la réalisation de fondations de constructions légères, quelques centimètres par tour, de façon à permettre les opérations de mise en place des pieux par vissage). On verra dans la description qui suit que les objectifs de diminution du prix de revient sont atteints en utilisant des méthodes de réalisation et de mise en œuvre éprouvées, conçues pour la réalisation de fondations et/ou en cumulant les fonctions de fondations et d'échangeur thermique. On constatera que les objectifs d'amélioration du rendement sont obtenus grâce à l'action d'ailettes hélicoïdales qui contribuent à augmenter la surface de contact tubes/sol et par conséquent la qualité et l'efficacité des échanges thermiques, tout en procurant, dans le cas d'utilisation des pieux selon l'invention à la fois comme échangeurs thermiques et comme éléments de fondation, une assise particulièrement résistante aux efforts d'enfoncement comme d'arrachement. On constatera également que ces ailettes hélicoïdales présentent le double avantage de permettre une mise en place rapide et peu onéreuse, puisque effectuée au moyen d'une simple machine à visser, des pieux selon l'invention et d'augmenter sensiblement la surface de contact tube/sol. De plus on verra que les dispositions spécifiques préconisées par l'invention permettent d'augmenter la masse de matériaux concernés par les échanges thermiques fluide/sol, de mettre en place en périphérie des pieux des matériaux adaptés pour favoriser ces échanges tout en permettant de renforcer l'ancrage dans le sol des pieux verticaux.
Selon l'invention les ailettes hélicoïdales principalement horizontales ont une triple fonction :
1 ) Elles permettent l'enfoncement par vissage des pieux dès lors que ces derniers sont soumis à un couple de rotation élevé à l'aide de machines ou outillages appropriés.
2) Elles constituent une surface d'appui apte à améliorer la résistance à l'enfoncement et/ou à l'arrachement des pieux une fois lesdits pieux enfoncés dans le sol.
3) Elles améliorent la surface d'échange entre la paroi extérieure du pieu avec laquelle elles se trouvent en contact thermique et le sol dans lequel ledit pieu se trouve avoir été enfoncé suite aux opérations de vissage permises par la présence desdites ailettes. Complémentairement, les pieux selon l'invention seront munis d'ailettes principalement verticales dont le rôle sera de repousser la terre ou les matières minérales composant le sol à une distance correspondant à la largeur des dites ailettes principalement verticales par rapport à la paroi extérieure des pieux. L'espace ainsi créé au fur et à mesure de l'enfoncement des pieux dans le sol pourra être comblé, après mise en place du pieu par vissage, avec un matériau adapté, par exemple un ciment maigre, de la bentonite ou encore une substance à changement d'état. Ce matériau adapté aura pour intérêt de présenter une conductivité supérieure à celle de la terre. Il pourra également et de façon avantageuse présenter une chaleur spécifique importante. Dans une variante particulièrement performante, ce matériau sera constitué par un matériau choisi parmi les paraffines, ou parmi les substances présentant la propriété de stocker et de restituer une importante quantité de calories ou de frigories lors de leur passage de l'état solide à l'état liquide ou de l'état liquide à l'état solide.
La mise en place par vissage, à l'aide d'une machine adaptée permettant de soumettre simultanément à des efforts de pression et de rotation un premier tronçon de tube muni d'une extrémité inférieure de forme effilée pointue ou conique aura pour effet d'une part de faire pénétrer ce tronçon dans le sol, sous l'effet de l'ailette principalement horizontale dont est muni le dit tronçon et d'autre part de repousser la terre en périphérie du dit tube, sous l'effet de la ou des ailettes principalement verticales qui vont compacter la terre préalablement fragmentée par l'ailette principalement horizontale et former une gaine cylindrique vide entre la paroi extérieure du pieu et le cylindre de terre compactée. Une fois ce premier tronçon, préférentiellement d'une longueur d'environ 3 mètres, enfoncé dans le sol on pourra soit l'utiliser tel quel en l'équipant de cloisonnements internes et d'une bride en partie supérieure, soit le prolonger par un ou plusieurs tronçons complémentaires, pouvant également présenter une ou plusieurs ailettes principalement horizontale facilitant leur pénétration dans le sol ainsi qu'une ou plusieurs ailettes principalement verticales repoussant et compactant la terre en périphérie du tube. Ces tronçons complémentaires seront assemblés au tronçon inférieur par sertissage, emboîtement, soudure ou vissage. En tout état de cause, ces tronçons seront assemblés de telle façon que le pieu résultant ait la forme d'un seul tube muni d'une extrémité pointue et d'une ou plusieurs ailettes principalement horizontale ainsi que, de façon optionnelle mais particulièrement avantageuse pour les performances de l'installation, d'une ou plusieurs ailettes principalement verticale. Le pieu ainsi obtenu sera enfoncé jusqu'à ce que son extrémité supérieure affleure au niveau du sol, voire un peu plus profondément auquel cas un décaissement sera pratiqué dans le sol jusqu'à une profondeur d'environ 50 cm. Le pieu sera ensuite équipé de cloisonnements intérieurs, délimitant un compartiment axial et un compartiment latéral et d'une bride en partie supérieure, bride à travers laquelle passeront les canalisations permettant d'alimenter en fluide les dits compartiments intérieurs et extérieurs. Dans le cas particulièrement avantageux où les tubes formant les pieux auront été équipés d'ailettes principalement verticales, il existera un espace de la forme d'un cylindre creux entre la paroi extérieure du tube et la terre compactée qui se trouvera avoir été repoussée en périphérie du tube par l'action des dites ailettes principalement verticales. Cet espace sera principalement occupé par la ou les ailettes principalement verticales, dont on comprend qu'en l'état elles ne pourront jouer un rôle efficace permettant la transmission de calories ou de frigories entre le fluide traversant les compartiments intérieurs des pieux et le sol. C'est pour cette raison que l'invention préconise de procéder au remplissage intégral de l'espace vide créé par la rotation de la ou des ailettes principalement verticales. Ce remplissage se ferra à l'aide d'un matériau présentant au moment de sa mise en oeuvre par coulage une viscosité suffisante pour combler l'ensemble du vide compris entre la paroi extérieure du tube et la surface de la terre compactée. Il pourra par exemple être réalisé :
- Soit à l'aide d'un ciment ou mortier maigre.
- Soit à l'aide d'une résine préférentiellement chargée de particules conductrices (par exemple de la limaille de fer ou des fibres de carbone).
- Soit à l'aide d'un matériau de type bentonite ou équivalent. - Soit encore à l'aide d'un matériau présentant la propriété de changer d'état à des températures positives, préférentiellement proche de 20°c, de sorte que les quantités de calories et/ou de frigories stockées et restituées soient les plus importantes possibles. Pour éviter tout risque d'écoulement de ce matériau dans la terre, il sera avantageusement contenu dans des réservoirs de forme cylindrique allongés ou de forme adaptée au remplissage de l'espace vide crée par la rotation des ailettes principalement verticales.
L'invention sera mieux comprise si on se réfère aux figures ci-jointes dans lesquelles :
- la figure 1 représente une habitation reposant sur quatre pieux selon l'invention, ces pieux ayant la double fonction de support de l'habitation et d'échangeur pour le circuit primaire d'une pompe à chaleur réversible utilisée pour le chauffage et le rafraîchissement de cette habitation
- la figure 2 est une vue agrandie d'un élément de la figure 1 ,
- la figure 3 représente une habitation reposant sur trois pieux selon l'invention, lesdits pieux alimentant un échangeur liquide / air destiné à tempérer l'air de renouvellement de l'habitation,
- la figure 4 représente une vue en coupe et des détails de réalisation d'un pieu selon l'invention,
- les figures 5A et 5B sont des vues en coupe selon les lignes de coupe AA et BB de la figure 4, et
- la figure 6 est une vue en coupe agrandie d'un pieu de l'invention selon un mode de réalisation préféré.
Ces figures montrent que l'invention préconise l'utilisation, comme échangeur de calories ou de frigories entre le sol et un fluide, d'au moins un pieu creux 1 , de préférence métallique, enfoncé sensiblement verticalement dans le sol par vissage. Le pieu comprend une paroi intérieure (1i), une paroi extérieure (1e) et une épaisseur de paroi sensiblement constante. Le pieu 1 peut être constitué de plusieurs tronçons raccordés les uns au bout des autres de manière étanche.
Ce pieu 1 comporte : - au moins une ailette hélicoïdale sensiblement horizontale 2 de forme aplatie et présentant un pas réduit apte à provoquer un enfoncement de quelques centimètres par tour, lorsque le pieu est soumis à une rotation, la dite ailette hélicoïdale 2 se trouvant liée mécaniquement et étant en contact thermique avec la paroi extérieure 1e du pieu ;
- un cloisonnement intérieur 3 délimitant deux compartiments distincts 11 , 12 communiquant entre eux en partie basse 13 du pieu 1 , à savoir un compartiment axial 11 et un compartiment latéral 12, le compartiment latéral 12 présentant avantageusement une section de passage S2 sensiblement inférieure à la section de passage S1 du compartiment axial 11 ;
- une partie inférieure 9 de forme conique ;
- une bride supérieure 8 comportant des orifices de passage pour canalisations 4 communiquant de façon étanche avec chacun des deux compartiments délimités par le cloisonnement intérieur 3.
Dans un mode de réalisation préféré et particulièrement performant, le pieu 1 est muni, en plus de la ou des ailettes 2, d'au moins une ailette principalement verticale 22. Cette ailette principalement verticale 22 présentera une longueur telle qu'elle ne dépassera pas l'extrémité latérale de l'ailette principalement horizontale 2 au dessus de laquelle elle sera placée. Elle sera reliée à la paroi extérieure du pieu 1 , préférentiellement par soudure. L'ailette 22 aura une extrémité arrondie ou biseautée de telle façon que sa rotation ait pour effet de repousser la terre préalablement brisée par l'action de l'ailette principalement horizontale 2. Le vide créé consécutivement à la rotation de cette ailette principalement verticale 22, sera avantageusement comblé, après mise en place par visage de l'ensemble des tronçons formant l'échangeur fluide / sol, avec un matériau présentant de bonnes performances de conduction, de stockage thermique, ou, pour certaines applications, de résistance mécanique. Ce matériau sera soit du ciment ou mortier maigre, soit de la bentonite, soit encore une substance présentant la propriété de changer d'état à une température proche de 20 °c, et, en tout état de cause, supérieure à 100C. Le fait que les pieux selon l'invention comportent au moins une ailette verticale 22 d'une largeur inférieure au diamètre de l'ailette principalement horizontale 2 permettra donc de ménager un espace vide coaxial auxdits pieux, ces espaces créés par la rotation de l'ailette verticale 22 étant comblés par un matériau 25 présentant une conductivité et une inertie thermique supérieures à celle de la terre dans laquelle ledit pieu est enfoncé. Et ce matériau 25 pourra être choisi parmi les substances présentant la particularité de passer de l'état solide à l'état liquide à une température supérieure à 10° C, par exemple dans la famille des normo paraffines ou des iso paraffines.
On comprend dans ces conditions que le fluide relativement plus froid en hiver ou relativement plus chaud en été par rapport au sol échangera des calories ou des frigories d'abord avec la paroi extérieure du pieu 1 puis avec la ou les ailettes horizontales 2 ainsi qu'avec la ou les ailettes verticales 22 et, simultanément, avec la masse de matériau de remplissage 25 qui se trouve en contact thermique avec la ou les ailettes verticales 22. Enfin ce matériau de remplissage 25 échangera des calories ou des frigories avec la terre compactée T qui se trouve à sa périphérie, représentée sur la figure 6, les calories et frigories se diffusant finalement au reste du sol qui n'a pas été affecté par les opérations de mise en place des pieux par vissage.
La mise en place des pieux selon l'invention se fera par tronçons successifs. Le tronçon inférieur comportera une extrémité 9 de forme conique, apte à faciliter la pénétration dans le sol et permettant d'obstruer les compartiments dans lesquels circule le fluide. Les tronçons seront assemblés entre eux de façon étanche par soudure par encastrement ou par vissage et chaque tronçon comportera une ou plusieurs ailettes hélicoïdales 2 en contact thermique avec la paroi extérieur 1 dudit pieu.
Dans le cas où les pieux selon l'invention sont utilisés comme fondation d'un bâtiment, et plus spécialement d'une serre ou d'une habitation légère, ils comporteront en partie supérieure une pièce de liaison 10 comportant des moyens de fixation aptes à être rendus solidaires du plancher 17 ou de la structure inférieure d'un bâtiment 7, ainsi qu'une ouverture latérale ou supérieure permettant le passage des canalisations d'amenée et de sortie du fluide. Ainsi, les pieux verticaux selon l'invention comporte une bride supérieure 8 qui sera rendue solidaire du plancher 17 ou de la structure inférieure d'un bâtiment 7 par une pièce de liaison comportant des orifices de passage pour les canalisations 4.
Le fluide qui échangera des calories ou des frigories avec le sol durant son passage dans les compartiments de l'échangeur constitué par un ou plusieurs pieux tels que décrits, reliés ensemble en série ou en parallèle par des canalisations 4 pourra être utilisé pour alimenter le circuit primaire d'une machine thermodynamique 5 de type pompe à chaleur.
Pour permettre l'échange thermique entre le fluide et le sol dans lequel les pieux selon l'invention sont implantés, le compartiment latéral 12 sera relié par des canalisations 4 à une batterie d'échange liquide/air 15, ladite batterie d'échange liquide/air étant elle-même reliée par des canalisations 4 au compartiment axial 11 ledit compartiment axial 11 formant avec le compartiment latéral 12, les canalisations 4 et la batterie d'échange liquide/air 15 un circuit étanche et scellé, lequel circuit comportera en outre au moins un circulateur 16.
Pour permettre de préchauffer ou de rafraîchir l'air de renouvellement d'un bâtiment, la batterie 15 sera traversée par l'air de renouvellement alimentant le bâtiment dont ledit pieu constitue une partie des fondations.
Selon ces dispositions, l'utilisation d'au moins un pieu selon l'invention permettra de réaliser des installations de chauffage ou de climatisation, de traitement ou de prétraitement de l'air.
On pourra également réaliser à l'aide d'au moins un pieu selon l'invention des fondations pour bâtiment industriel, agricole, résidentiel individuel ou collectif ou de loisir, sachant que ces bâtiments bénéficieront d'une part de fondations économiques et particulièrement performantes et d'autre part d'installations de chauffage et/ou de rafraîchissement à très faible consommation d'énergie.
Dans un mode d'exécution simplifié, les pieux 1 seront munis d'une seule ailette 2 en partie basse, ce qui permettra de les réaliser en un seul tronçon. Dans un mode d'exécution préféré, les pieux 1 comporteront une pluralité d'ailettes 2, chaque ailette étant située à une extrémité d'un tronçon ; les tronçons étant assemblés entre eux par soudure, sertissage emboîtement, forçage ou vissage. Ainsi, la machine exerçant un couple de vissage et une pression verticale sur les tronçons de pieux successifs pourra mettre en place successivement chaque tronçon, une liaison mécanique étanche étant réalisée par exemple par soudure au niveau de la paroi extérieure des pieux. Les opérations d'enfoncement du pieu dans le sol seront facilitées par la présence d'une pièce conique 9 en partie basse du dit pieu. De façon avantageuse, cette pièce conique 9 se fixera à l'extrémité inférieure d'un tronçon selon les mêmes modalités par exemple par vissage, sertissage ou soudure que seront réalisées les fixations d'un tronçon sur le tronçon inférieur, si bien que les tronçons seront identiques les uns aux autres et pourront se raccorder indifféremment en partie basse à une extrémité conique ou un autre tronçon et en partie haute soit à une platine ou bride terminale soit encore à autre tronçon.
Dans tous les cas, les pieux 1 seront équipés des moyens de faire circuler un fluide sur la totalité ou la quasi totalité de leur longueur. Ces moyens pourront être par exemple un cloisonnement intérieur 3 débouchant en partie basse 13, de telle façon que le fluide parcoure verticalement la longueur du tube de bas en haut à l'intérieur dudit cloisonnement intérieur 3, en partie basse duquel il débouchera pour remonter le long de la paroi intérieure selon une section torique comprise entre la paroi extérieure du tube axial et la paroi intérieure du pieu 1. De façon avantageuse, le diamètre extérieur du cloisonnement intérieur 3 sera proche du diamètre intérieur du tube constituant le pieu 1 , de telle façon que la section torique résiduelle S2 entre les deux surfaces cylindriques délimitées par lesdites parois soit suffisamment faible pour que le fluide soit soumis à un écoulement turbulent, y compris pour des débits relativement faibles. De façon également avantageuse et selon une caractéristique importante de l'invention, le cloisonnement intérieur 3 comporte un réducteur de section qui peut se présenter sous la forme d'un bossage ou d'une excroissance 31 qui sera placé à une altitude correspondant à la présence d'une ailette hélicoïdale en contact thermique avec la paroi extérieur du pieu. Cette disposition permettra d'accélérer le passage du fluide entre le bossage 31 et la paroi extérieure du tube formant le pieu, si bien que la zone équipée d'une ailette hélicoïdale constituera une zone d'échange thermique particulièrement efficace entre la terre dans laquelle le pieu se trouvera immergé et le fluide circulant dans le pieu. Cette disposition originale permettra de réduire considérablement, par rapport aux sondes géothermiques connues, à efficacité égale, la longueur d'implantation et donc le prix de revient des échangeurs fluide/sol. La combinaison de l'action d'une ailette métallique présentant une grande surface en contact avec le sol y compris à des distances éloignées de l'axe du pieu et de l'écoulement turbulent du fluide de part et d'autre d'une paroi métallique permet en effet d'obtenir des performances très élevées en matière d'échanges thermiques.
Sur la figure 4, le réducteur de section de passage ou bossage 31 se présente sous la forme d'un manchon engagé autour du cloisonnement interne 3 au niveau de l'ailette 2.
La figure 6 représente un mode de réalisation préféré de l'invention, particulièrement en ce qui concerne le cloisonnement interne 3. Ce cloisonnement forme, tout comme dans le mode de réalisation de la figure 4, un compartiment ou passage central axial 11 présentant une section transversale S1. Quant au compartiment latéral, il est divisé par le cloisonnement 3 en plusieurs passages ou alvéoles 12a qui longent la paroi interne 1 i du pieu 1. Ces passages 12a sont au nombre de 7 dans le mode de réalisation de la figure 6. Ils sont disposés de manière répartie autour du compartiment axial central 11. Chaque passage 12a présente sensiblement la forme d'une demi-lune. On peut remarquer que le cloisonnement 3 présente une épaisseur de paroi considérable étant donné qu'il s'étend depuis le compartiment axial 11 jusqu'à la paroi interne du pieu 1 entre les passages 12a. Le cloisonnement 3 occupe ainsi plus de la moitié de la section du pieu 1. Il peut être vu comme une barre pleine dont l'axe a été évidé pour former le compartiment axial 11 et dont la surface externe a été creusée pour former les passages latéraux 12a. Du fait que le cloisonnement intérieur 3 vient en contact avec la paroi interne du pieu 1 , son centrage axial à l'intérieur du pieu 1 est automatique.
Chaque passage 12a présente une section transversale s2. La somme des sections s2 de tous les passages 12a correspond à la section totale S2. Selon l'invention, la section totale S2 est inférieure à la section S1 du compartiment axial 11. En outre, comme représenté sur la figure 6, les deux passages 12a situés au niveau de l'ailette hélicoïdale 2 sont partiellement remplis avec un élément de remplissage qui forme une excroissance ou un bossage 31 par rapport à la paroi externe du cloisonnement 3. Ces bossages 31 ont pour but de réduire la section des passages 12a de sorte qu'il ne reste plus qu'une section réduite s2'. Le fluide est ainsi forcé de s'écouler à grande vitesse en longeant la paroi interne du pieu 1 directement au niveau de l'ailette hélicoïdale 2. Ces bossages ou excroissance 31 peuvent être considérés comme des réducteurs de section de passages.
En pratique, le cloisonnement 3 peut être réalisé par extrusion de sorte qu'il présente une section transversale constante sur toute sa longueur. Le cloisonnement 3 peut être réalisé en métal ou en matière plastique. De préférence, le cloisonnement 3 sera réalisé en matière plastique pour éviter les échanges thermiques entre le compartiment central 11 et le compartiment latéral formé par les sept passages 12a. Quant aux réducteurs de section de passage ou bossages 31 , ils peuvent se présenter sous la forme d'inserts rapportés à l'intérieur des passages 12a. En variante, les réducteurs de section de passage ou bossages 31 peuvent être formés directement par le cloisonnement ou par le pieu, par exemple sous la forme d'une prolongation interne des ailettes.
Le fluide échangera donc des calories ou des frigories avec le sol dans lequel sont implantés les pieux 1. Cet échange sera rendu plus efficace et plus rapide grâce à l'action des ailettes 2 qui présenteront une importante surface en contact avec le sol et seront en contact thermique avec le tube métallique constituant le pieu. Le fluide circulant dans les pieux 1 sera ensuite collecté dans des canalisations 4 qui l'achemineront vers au moins un système 5 de chauffage ou de rafraîchissement d'un local 7, ledit local 7 étant préférentiellement mais non obligatoirement fondé sur un ou plusieurs pieux selon l'invention.
Dans un mode de réalisation particulièrement avantageux représenté sur les figures 1 et 2, le système 5 de chauffage ou de rafraîchissement sera constitué par une pompe à chaleur eau/eau, préférentiellement réversible dont le circuit primaire échangera des calories ou des frigories avec un ou plusieurs pieux reliés au système 5 par un circuit 4 et dont le circuit secondaire échangera des calories ou des frigories avec un circuit 6, par exemple un plancher chauffant basse température.
Dans un mode de réalisation simplifié illustré par la figure 3, le circuit 4 collectant le fluide circulant dans le ou les pieux selon l'invention sera relié à une batterie aérotherme 15, c'est à dire à un échangeur air/fluide, l'air de renouvellement du local passant à travers ledit échangeur. Ce dispositif de chauffage et de rafraîchissement, notamment décrit dans la demande WO 2006/109003, permet de procurer toutes les fonctionnalités des systèmes connus sous l'appellation de puits canadiens (ou de puits provençaux ou également de puits californiens) moyennant des travaux de terrassement peu onéreux, une emprise au sol réduite et des opérations de maintenance facilitées.
Dans le cas simple représenté par la figure 3, on utilise trois pieux 1 selon l'invention. Ces pieux comportent des ailettes 2 et une extrémité inférieure conique 9 ayant permis de les enfoncer par vissage et favorisant les échanges thermiques avec le sol. Ils sont munis de cloisonnements intérieurs 3 dans lesquels circule le fluide, en l'occurrence de l'eau éventuellement additionnée d'antigel. Ce fluide est collecté par un circuit 4, préférentiellement enterré à quelques dizaines de centimètres sous le niveau du sol. Le fluide circule en continu grâce à l'action d'une pompe ou circulateur 16 de telle façon qu'il échange, selon les conditions climatiques du moment, des calories ou des frigories avec l'air neuf introduit dans le local par l'action d'un ventilateur (non représenté) qui fait traverser au dit air neuf une batterie aérotherme 15 dans laquelle circule le fluide qui bénéficie des échanges thermiques avec le sol, échanges qui se produisent du fait de la circulation dudit fluide dans les pieux et qui sont rendus particulièrement efficaces et rapide grâce à la présence d'ailettes hélicoïdales 2. Pour améliorer les capacités d'échanges, et pour permettre d'optimiser les fonctionnements en cycles jour/nuit, tout ou partie des cloisonnements ou de la zone en périphérie du tube libérée par le compactage de la terre dû à la rotation de l'ailette principalement verticale 22 pourront être remplis avec une substance présentant la propriété de changer d'état à une température proche de la température de confort recherchée, par exemple 20°c et en tous cas supérieure à 10 °c. On choisira par exemple cette substance parmi les paraffines, qui présentent la propriété de stocker et de restituer environ 50 Kilocalories par gramme, lors du passage de leur pallier de changement d'état. Ce mode d'exécution particulièrement avantageux permettra d'améliorer sensiblement les performances des échangeurs liquides/sol selon l'invention, sans pour autant augmenter de façon significative leur prix de revient. En particulier, ce mode d'exécution permettra durant les saisons estivales de restituer au cours de la journée du fait du changement de l'état solide à l'état liquide d'importantes quantités de frigories. Ces frigories auront été préalablement stockées durant la nuit lorsque la température extérieure se trouve à une température inférieure au point de fusion des paraffines, le stockage résultant du passage de l'état liquide à l'état solide des paraffines contenues dans les parois formant les cloisonnements 3 et/ou remplissant le cylindre creux.
En partie supérieure des pieux selon l'invention, on placera une bride 8 qui servira de bouchon et à laquelle pourront être fixés les cloisonnements intérieurs, délimitant un compartiment axial et un compartiment latéral. On choisira le diamètre du tube formant les cloisonnements intérieurs de telle façon qu'il ne subsiste qu'un espace de circulation de faible section entre ce cloisonnement et la paroi extérieure du pieu, si bien que la circulation du fluide dans cette partie du pieu se produira dans un régime turbulent. De façon préférée la paroi de cloisonnement comportera une surépaisseur ou une excroissance au niveau de la ou des ailettes extérieures, de telle façon que les échanges thermiques entre le fluide et la paroi du pieu soient favorisés dans cette zone qui présente l'intérêt d'un important potentiel de transmission thermique vers le milieu environnant qui se trouve être le sol.
D'une façon générale, tous les couplages avec différents systèmes de chauffage, de climatisation, de préchauffage ou de rafraîchissement de locaux d'habitation ou d'air de renouvellement de locaux d'habitation et notamment les couplages avec des pompes à chaleur Air/Air, Air/Eau, Eau/Eau, Eau/Air, Frigorigène/Eau ou Frigorigène/Air pourront être utilisés sans sortir du cadre de l'invention.
L'invention trouvera des applications préférentielles pour la réalisation d'habitations légères de loisir qui nécessitent des fondations de faible ou moyenne profondeur et une mise hors gel par échanges thermiques avec le sol y compris en période de non occupation. Dans ce cas particulier, la circulation de liquide entre le sol et au moins une batterie aérotherme pourra être provoquée par une pompe alimentée par des capteurs solaires photovoltaïques. L'invention sera également particulièrement bien adaptée à la réalisation de structures agricoles ou industrielles comme des serres horticoles ou des hangars ou entrepôts, étant entendu que ces applications préférées n'ont aucun caractère limitatif.
Dans le cas où les pieux selon l'invention sont utilisés pour la double application d'échangeur thermique et de fondations légères, on prévoira une pièce de liaison 10 entre d'une part la partie haute des pieux 1 , laquelle partie haute sera équipée d'une bride 8, et d'autre part le plancher 17 ou une pièce d'appui de la structure inférieure du bâtiment 7.

Claims

Revendications
1.- Pieu creux enfoncé sensiblement verticalement dans le sol par vissage, le pieu comprenant une paroi intérieure (1 i), une paroi extérieure (1e) et une épaisseur de paroi, le pieu comprenant en outre :
- au moins une ailette hélicoïdale (2) de forme aplatie et présentant un pas réduit apte à provoquer un enfoncement de quelques centimètres par tour, lorsque le pieu est soumis à une rotation, l'ailette hélicoïdale (2) se trouvant liée mécaniquement et étant en contact thermique avec la paroi extérieure (1e) du pieu (1 ),
- un cloisonnement intérieur (3) délimitant un compartiment axial (11 ) et un compartiment latéral (12) communiquant entre eux en partie basse (13) du pieu, caractérisé en ce que :
- l'ailette hélicoïdale (2) est en contact thermique direct avec le compartiment latéral (12) à travers l'épaisseur de paroi extérieure (1e) du pieu (1 ), et
- le compartiment latéral (12) présente une section de passage (S2) sensiblement inférieure à la section de passage (S1 ) du compartiment axial (11).
2.- Pieu vertical selon la revendication 1 , dans lequel le compartiment latéral (12) est pourvu d'un réducteur de section de passage (31) au niveau d'au moins une ailette hélicoïdale (2).
3.- Pieu vertical selon la revendication 2, dans lequel le réducteur de section de passage (31) est solidaire du cloisonnement intérieur (3).
4.- Pieu vertical selon la revendication 1 , 2 ou 3, comportant plusieurs tronçons assemblés entre eux de façon étanche par soudure par encastrement ou par vissage et dans lequel chaque tronçon comporte en partie basse une ailette hélicoïdale (2) en contact thermique avec la paroi extérieur (1e) du pieu.
5.- Pieu vertical selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre une bride supérieure (8) comportant des orifices de passage pour canalisations (4) communiquant de façon étanche avec chacun des deux compartiments délimités par le cloisonnement intérieur (3), la bride supérieure (8) étant solidaire d'un plancher (15) ou d'une structure inférieure d'un bâtiment (7) par une pièce de liaison comportant des orifices de passage pour les canalisations (4).
6.- Pieu vertical selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le fluide circulant dans les compartiments (11 ,12) à l'intérieur du pieux est utilisé pour alimenter le circuit primaire d'une machine thermodynamique (5) de type pompe à chaleur.
7.- Pieu vertical selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le cloisonnement intérieur (3) est partiellement rempli par une substance présentant la propriété de changer d'état à une température proche de 20° c et préférentiellement par une substance à base de paraffine.
8.- Pieu vertical selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le fluide extrait du compartiment latéral (12) est relié par des canalisations (4) à une batterie d'échange liquide / air (15 ), ladite batterie (15) étant elle-même reliée par des canalisations au compartiment axial (11 ), l'ensemble compartiment latéral (12) + canalisations (4) + batterie (15) + compartiment axial (11 ) formant un circuit étanche et scellé comportant en outre au moins un circulateur (16).
9.- Pieu vertical selon revendication 8, dans lequel la batterie (15) est traversée par l'air de renouvellement alimentant le bâtiment dont ledit pieu constitue une partie des fondations.
10.- Installation de chauffage, ou de climatisation, de traitement ou de pré-traitement de l'air, comportant au moins un pieu vertical selon l'une au moins des revendications précédentes.
11.- Fondation pour bâtiment industriel, agricole, résidentiel individuel ou collectif ou de loisir, comportant au moins un pieu vertical selon une au moins des revendications précédentes.
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