Brevet FR2267531A1 — publié le 19751107

L'objet de la présente invention est relatif à un dispositif destiné à capter l'énergie solaire en saison froide pour le chauffage des habitations et autres bâtiments, ce dispositif pouvant ê- tre intégré à la toiture ou terrasse de constructions nouvelles ou anciennes. La caractéristique du rayonnement solaire en hiver où le soleil est bas est d'être fortement incliné ; il est alors également faible et irrégulier. I1 paraît ainsi souhaitable de capter ce rayonnement sur des surfaces verticales exposées face au Sud, afin d'en recevoir le maximum disponible ; cependant dans une habitation de type courant, seuls les murs Sud présentent une caractéristique favorable, ce qui oblige à modifier profondément le mode de construction et l'aspect de la maison : façades vitrées sombres, ouvertures réduites. Afin de remédier à ces inconvénients, on a proposé d'établir les capteurs solaires sur les toitures.Cette disposition présente l'inconvénient, dans les constructions habituelles ou les versants sont inelinés à 45" au moins, de faire baisser considérablement le rendement de la captation, et de l'annuler en cas d'enneigement. Le dispositif objet de l'invention a pour objet de capter le rayonnement solaire dans des conditions optima, et de s'opposer à la rémission de chaleur, soit durant la nuit, soit pendant les périodes de forte nébulosité où l'apport solaire est inférieur à la déperdition de chaleur du capteur. I1 permet également de contrôler, voire de supprimer totalement les apports de chaleur quand on le désire (été). Ce dispositif est constitué par un volume ou comble situé en partie haute des bâtiments, aussi étendu que le permet la configuration de la façade Sud, et uniquement affecté au captage solaire. Le volume de captation est caractérisé par une forme prismatique à section triangulaire réalisant un volume clos étanche à 1' air, dont les parois ont un coefficient thermique d'au moins K=0,3. La face ouverte au rayonnement solaire, de préférence verticale, est composée d'un double ou triple vitrage ou de matériaux plastiques transparents. La face arrière recouverte d'un matériau réfléchissant les rayonnements solaire et infra-rouge est inclinée de façon à réfléchir ces rayonnements sur la face inférieure du volume, cons tituée en corps noir, laquelle peut être soit horizontale, soit établie suivant la pente de la toiture. Une surface transparente au rayonnement solaire et opaque au rayonnement infra-rouge peut être établie à faible distance du corps absorbant, afin de limiter le volume d'air chauffé immédiatement audessus du corps noir. Un volet mobile situé 8-l'intérieur du volume de captage est articule de telle façon qu'il puisse, soit en position ouverte permettre le passage du rayonnement,solaire, soit en position fermée s'opposer aux déperditions de chaleur aussi bien qu'aux surchauffages d'été. Ce volet, d'une surface égale à la face antérieure transparente, est réalisé en matériaux isolants, légers et rigides, par exemple polystyrène expansé, et revêtu sur les deux faces de feuilles métallisées (aluminium). I1 peut être fractionné en éléments. La manoeuvre peut être asservie de façon automatique à l'intensité lumineuse au moyen d'une cellule photoélectrique commandant le fonctionnement d'un moteur électrique de manoeuvre (ce dispositif étant représenté ici à titre indicatif), ou d'un dispositif de type connu utili.sant l'évaporation d'un gaz (freon) afin de faire basculer un contre-poids manoeuvrant le volet mobile. En position fermée le volet est parallèle au vitrage, immédiatement en deça mais sans aucun contact ; en position ouverte il vient s'appliquer contre la face arrière, sa surface réfléchissante opérant alors la réfléxion du rayonnement sur le corps noir. Le dispositif de commande peut être contrôlé manuellement, soit - qu'on veuille maintenir le volet en position ouverte en cas de coupure du courant électrique, soit au contraire qu'on veuille le maintenir fermé en cas de surchauffe estivale. Le dispositif de commande automatique du volet peut être com plété par un appareil retardateur ou temporisateur permettant de- re- tarder l'ouverture ou la fermeture du volet, afin de rendre la commande indépendante de variations brèves du rayonnement (passage de nuages). Le dispositif retenu à cet effet peut être soit un interrupteur bilame, soit un dispositif utilisant la dilatation progressive d'un gaz. La face absorbante ou corps noir peut être en contact direct avec les locaux à chauffer situés directement en-dessous, ou en contact avec un volume intermédiaire-permettant le stockage d'air chaud un ventilateur permettant l'extraction de l'air chaud. Des volumes de stockage thermique, solides ou liquides, peuvent être associés à la surface de captation proprement dite, ou la configuration du volume capteur dépend évidemment des formes et pen tes de toitures des bâtiments auxquels ils s'adaptent. L'invention sera mieux comprise par la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés ; ces dessins illustrent à titre non limitatif des modes d'application du dispositif. La figure 1 représente à titre non limitatif un mode d'application de l'invention, adapté a une construction à rez-de-chaussée et comble habitable, la pente du toit étant voisine de 450. La figure 2 représente un detail en coupe du dispositif de captation proprement dit La figure 3 représente une application du dispositif à un bâtiment couvert en terrasse, La figure 4 représente le dispositif appliqué à une construction à toiture à faible pente. La figure 5 représente un mode de réalisation de la commande du volet mobile. La figure 6 représente un graphique d'ensoleillement d'une paroi verticale exposée face au Sud, mettant en évidence les séquences d'ouverture et de fermeture du volet mobile. Sur la figure 1, on a représenté en coupe une habitation comprenant un rez-de-chaussée et un étage aménagé sous un comble dont les versants sont inclinés à 450. Le mur Sud 1 et le versant de toiture 2 présentent des fenêtres et lucarnes interdisant la répartition de capteurs conventionnels sur leur surface. Le volume de captation de l'énergie solaire est établi sur la charpente de la construction, au niveau du plafond des chambres de 11 étage. Le rayonnement global direct et diffus pénètre par l'ou- verture vitrée 3 sensiblement, se réfléchit sur la surface 4 et est absorbée par le corps noir 5 constitué par exemple par une feuille de métal noirci. Un vitrage limite icl la couche d'air immédiatement au-dessus du corps noir 5 et l'isole du volume d'air inerte 7. Le volet mobile a été représenté en position ouverte en 8, et en position fermée en 9. En position fermée il permet d'isoler efficacement le volume de captation 7 d'un rapport de chaleur excessif, au moyen de sa face externe réfléchissante, contribue à réduire les déperditions de chaleur en réfléchissant sur le corps noir le rayonnement infra-rouge réémis par celui-ci. 10 représente un élément de stockage thermique pouvant etre par exemple une dalle de béton dont la face inférieure constitue le plafond des chambres 11. Les pièces du rez-de-chaussée sont chauffées par une circulation d'air forcé mettant en oeuvre-un ventilateur 13 qui peut être couplé au chauffage d'appoint air pulsé). La figure 2 est une vue de détail du volume de captage de l'énergie solaire ; on a représenté le trajet du rayonnement solaire réfléchi par le volet 8 en position ouverte ; on voit que ceux des rayons qui frappent le vitrage interne suivant un angle très oblique et sont par conséquent déviés vers le haut sont renvoyés sur le vitrage suivant un angle proche de la normale, et peuvent alors être en majorité absorbés par le corps noir. La figure 3 représente l'application~du dispositif au chauffage d'une salle couverte en terrasse. La portion de terrasse est revêtue d'un matériau réfléchissant (carrelage vitrifié par exemple) renforçant le rayonnement global reçu par le capteur. La figure 5 représente un mode de commande du volet mobile 8 suspendu en partie haute, dont le mouvement d'ouverture et de fermeture est fonction de l'intensité du rayonnement solaire. Une cellule photoélectrique 17 déclenche le fonctionnement d'un moteur électrique 18 faisant tourner un arbre horizontal 19 axé sur les paliers 20 solidaires du versant 4 ; des câbles 21 s'enroulant sur l'arbre 19 actionnent l'ouverture du volet ; un contact de fin de course arrête le fonctionnement du moteur. Ce dispositif fonctionne en sens inverse lorsque l'intensité solaire s'abaisse au-dessous d'un seuil utilisable en fonction des caractéristiques propres de l'habitation, et du niveau de chauffage souhaité. La figure 6 représente à titre indicatif pour une journée d'hiver les séquences d'ouverture et de fermeture du volet mobile 8 en fonction- de passages nuageux importants. On a représenté sur la courbe 22 l'énergie reçue par ciel clair par la surface verticale 3 (maximum 800 watts/M2) ; en 23 la courbe de la radiation diffuse reçue par la même surface (voisine de 100 à 150 watts/M2) ; en 24 les fluctuations de la radiation globale, s'annulant pratiquement lors de passages de nuages tres importants. En supposant les apports calorifiques négligeables au-dessous du seuil de 100-150 watts/M2, on a indiqué les trois séquences d'ouverture du volet, T1, T2, T3, totalisant par exemple quatre heures d'insolation utile. L'ouvertu- re du système en dehors du temps d'utilisation présenterait 1 'incon- vénient de permettre, malgré l'effet de serre du double vitrage, une réémission de la chaleur stockée durant les périodes d'ensoleillement suffisant. - REVENDICATIONS 1 - Dispositif de captage de l'énergie solaire constitué d'un ensemble récepteur situé à la partie supérieure du bâtiment à chauffer, caractérisé en ce que cet ensemble comporte en partie basse un corps noir, côté Sud un vitrage sensiblement vertical, constitué lui-même d'au moins deux surfaces transparentes légèrement écartées l'une de l'autre, côté Nord un élément de toit normalement incliné et, derrière le vitrage exposé au Sud, un volet orientable opaque, revêtu sur sa face antérieure d'une surface réfléchissante. 2 - Dispositif conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que le volet, de préférence aussi léger que possible, est actionné automatiquement en fonction de l'illumination reçue de façon à se fermer lorsque ladite illumination devient inférieure à un seuil prédéterminé. 3 - Dispositif conforme à la revendication 2, caractérisé en ce que le mécanisme de commande automatique est constitué d'un récepteur photoélectrique, et dtun moteur électrique, ainsi que de contacteurs de fin d'ouverture et de fermeture. 4 - Dispositif conforme à la revendication 2, caractérisé en ce que le mécanisme de commande automatique est un mécanisme pneumatique à dilatation de gaz et à entraînement direct du volet, le mouvement du volet en fin de course (ouverture ou fermeture) étant limité par des butées mécaniques. 5 - Dispositif conforme à la revendication 3, caractérise en ce que le récepteur photoélectrique est un contacteur bilame. 6 - Dispositif conforme à la revendication 3, caractérisé en ce-qu' il comprend en outre un mécanisme retardateur.