Brevet FR2308879A1 — publié le 19761119

La présente invention se rapporte à i'exploitation de la chaleur du soleil pour le chauffage des maisons, elle concerne plus particulièrement un procédé de chauffage solaire par air, ainsi que des capteurs permettant sa mise en oeuvre. On connaît un procédé de chauffage solaire par air chaud, selon lequel un mur de la maison, orienté plein sud, nrésente une face extérieure sombre destinée à jouer le rôle de corps noir. Un vitrage vertical placé côté extérieur, à quelques centimètres de cette surface absorbante, provoque l'effet de serre nécessaire pour réaliser un bon capteur solaire. On sait, en effet, que les surfaces noircies ont un excellent pouvoir d'absorption de la chaleur, mais rayonnent fortement, perdent ainsi la chaleur qu'elles ont reçue. Le vitrage sert alors de véritable piège à calories.Le verre, en effet, laisse passer presque tolus les rayons lumineux du soleil, mais il retient la quasitotalité du rayonnement infra-rouge émis par le mur cnaud. Ainsi, le mur absorbant est chauffé par le soleil et la chaleur qu'il rayonne est interceptée par la paroi de verre qui s'échauffe à son tour et rayonne pour moitié vers l'extérieur et pour moitié vers l'intérieur. Une partie de la chaleur rayonnée reste donc prise au piège, exactement comme dans une serre. Des orifices, placés en haut et en bas du mur, permettent à l'air réchauffé entre la paroi de verre et la surface absorbante de circuler, par effet de thermosiphon, vers l'intérieur de la maison, où il se refroidit, redescend donc, retourne au capteur solaire par les orifices inférieurs, sty réchauffe, monte de nouveau, etc ... réalisant ainsi un chauffage de la maison.En l'absence de soleil, la chaleur accumulée dans le mur se libérant, la thermocirculation se poursuit jusqu'à 11 épuisement de la réserve de calories, ce qui permet donc d'assurer le chauffage de nuit. L'efficacité d'un tel procédé est indIscutable. Il présente, en outre, l'avantage d'utiliser, comme accumulateur thermique, un élément structurel de la maison. Cette technique oblige toutefois à peindre en sombre l'un des murs de la maison, ce qui peut être assez défavorable à son esthétique. I1 semble, par ailleurs, difficile d'équiper une maison déjà construite d'un tel chauffage. La présente invention a pour objet de fournir un procédé de chauf- fage solaire par air exempt de ces deux inconvénients majeurs. De façon plus précise, l'invention concerne un procédé de chauffage d'une maison au moyen d'air chauffé dans un capteur solaire comportant un corps sombre, ce procédé étant principalement remarquable en ce que ledit capteur est disposé dans le toit et est relié à une turbine qui y fait circuler de l'air aspiré dans; le- combles avant de 'envoyeur dans la majon. il est en outre avant;lgeux, après avoir réalisé une isolation thermique des combles, de chauffer l'air de ces derniers, soit à l'aide de la chaleur rayonnée par l'une des faces du corps sombre, soit à l'aide d'un autre capteur solaire à corps sombre disposé dans le toit, dans lequel l'air circule alors simplement par effet de thermosiphon. On réalise ainsi un préchauffage de l'air aspiré dans les combles, mais aussi une accumulation de chaleur permettant le chauffage après la disparition du soleil. L invention concerne également un capteur solaire permettant la mise en oeuvre du procédé qui vient d'être défini, ce capteur étant caractérisé en ce qu'il comporte, montées sensiblement parallèles l'une à l'autre dans un cadre destiné à être placé dans le toit, une paroi de verre destinée à être disposée côté extérieur et une plaque métallique dont la face en regard de a paroi de verre est sombre, des ouvertures étant prévues à deux extrémités opposées du cadre. On voit immédiatement que la technique de chauffage selon 1 'inven- tion permet de sauvegarder l'esthétique des maisons, puisque seules les vitres des capteurs sont visibles de l'extérieur et qu'elles ne sont pas différentes de celles équipant généralement les toits. En outre, l'invention peut être aisément mise en oeuvre dans une maison déjà construite, l'insertion de capteurs solaires dans un toit ne posant aucun problème, surtout si celui-ci comporte déjà des ouvertures vitrées. Le procédé selon l'invention ne saurait, certes, assurer seul le chauffage d'une maison, surtout dans les régions relativement peu ensoleillées. Ce procédé enstitue, en particulier, l'auxiliaire idéal d'une installation de chauffage à air chaud dans laquelle l'air des combles est aspiré par une turbine, chauffé par une source principale et distribué dans la maison. I1 suffit alors d'installer un ou plusieurs capteurs dans le toit et de relier l'un piteux au conduIt d'aspiration débouchant dans les combles pour obtenir, à un prix de revient minIme, un préchauffage efficace de l'air aspiré par la turbine. D'autres caractéristiques de la présente invention ressortiront de a descr ption qui va suivre, fait en regard des dessins annexés et donnant, à titre explicatif et non limitatif, une forme de mise en oeuvre de cette technique de chauffage. Sur ces dessins - la figure 1 est une vue schématilue partielle en coupe d'une maison équipée d'lm chauffage selon i nvent-:on; - et la figure 2 est une vue partielle en coupe selon II de la figure 1. Les figures 1 et 2 montrent une maison dont le mur et le pan de toit orientés vers le sud sont respectivement désignés par les références 10 et 12. Le toit de cette maison est isolé thermiquement par une couche de matériau approprié 14, de la laine de verre par exemple. La maison est équipée d'un chauffage à air 16, incorporant une turbine d'un type connu quelconque, disposé dans un local 18, qui aspire de l'air dans les combles 20, par un conduit 22, le chauffe et le distribue dans les pièces d'habitation 24, par des canalisations 26. Dans le mode particulier de mise en oeuvre décrit , le procédé se Ion l'invention est utilisé pour chauffer, grâce à l'énergie solaire, l'air aspiré dans les combles 20 par la turbine de l'installation 16. A cet effet, un premier capteur solaire 28 est disposé dans une ouverture pratiquée dans le pan de toit exposé au sud 12. Ce capteur comporte, montées parallèlement l'une à l'autre dans un cadre 30 adapté dans le toit, une vitre 32 donnant sur l'extérieur et une plaque métallique 34 dont la face en regard de la vitre est peinte en noir. La distance qui sépare la vitre 32 de la plaque 34 est d'une dizaine de centimètres. Une plaque de matériau isolant 36, du polystyrène expansé par exemple, est disposée côté intérieur à quelques centimètres de la plaque métallique 34 pour conserver la chaleur rayonnée par sa face intérieure.Une longue ouverture 38 est pratiquée dans la partie supérieure du cadre 30 et un petit orifice circulaire 40 dans sa partie inférieure. L'extrémité d'un conduit 42 raccordé au conduit d'aspiration 22 est adaptée dans l'orifice 40. Un deuxième capteur solaire 44 est également disposé dans une ou verture pratiquée dans le pan de toit 12. Comme le capteur 28, il comporte, montées parallèlement l'une à l'autre dans un cadre 46 adapté dans le toit, une vitre 48 donnant sur l'extérieur (qui n'apparatt pas sur les figures) et une plaque métallique 50 dont la face en regard de la vitre 48 est peinte en noir. A la différence du capteur 28, aucune isolation de la plaque 50 n'est assurée vers l'intérieur, et deux longues ouvertures 52 et 54, identiques à l'ouverture supérieure du cadre 30, sont pratiquées aux extrémités inférieure et supérieure respectivement du cadre 46. Le fonctionnement de l'installation qui vient d'être décrite est facile à comprendre. Lorsque les deux plaques métalliques sombres 34 et 50 sont frappées par les rayons du soleil, elles absorbent l'énergie qui leur est ainsi communiquée et s'échauffent donc. La chaleur rayonnée par la face interne de la plaque 34 est piégée grâce à la présence de l'isolant 36, tandis que la chaleur rayonnée par sa face externe est piégée, par effet de serre, grâce à la présence de la vitre 32.Quant à la chaleur rayonnée par la face interne de la plaque 50, elle se répand dans les combles 20 > tandis que la chaleur rayonnée par sa face externe est piégée,par par effet de serre, grâce à la présence de la vitre 48 et fait s'établir une circulation d'air entre cette dernière et la plaque 50 qui pénètre par l'ouverture inférieure 52, se réchauffe et ressort dans les combles par l'ouverture supérieure 54. On voit ainsi que le capteur 44 assure un réchauffement de l'air des combles par la chaleur que rayonnent les deux faces de sa plaque sombre 50. Dans ces conditions, lorsque la turbine de l'installation 16 fonctionne, de l'air déjà réchauffé est aspiré dans le capteur 28, par son ouverture supérieure 38, chauffé par celui-ci grâce à la chaleur qui y est piégée, et amené par les conduits 42 et 22 à l'installation 16 qui, si nécessaire, le porte à la température désirée avant de le distribuer par les canalisations 26 dans les différentes pièces de la maison. Lorsque le soleil cesse de chauffer les plaques sombres, l'air chaud accumulé dans les combles 20 continue cependant à contribuer au chauffage de la maison. Le procédé selon l'invention a été essayé dans une maison équipée d'un chauffage électrique à ventilation d'air, avec les caractéristlques suivantes - volume des combles (isolés) = 216 ""3; - volume des pièces chauffées = 250 ""3; - surfaces absorbantes = 8mm2. Les essais ont montré qu'une économie de chauffage de 40% pouvait être obtenue entre les mois de novembre et mars dans une région où l'ensoleillement moyen est, pendant cette période, de 500 heures. I1 va de soi que la présente invention ne se limite pas au seul mode de réalisation qui vient d'en être décrit à titre d'esemple, et que la porte du présent brevet s'étend également aux variantes de tout ou partie des dispositions décrites restant dans le cadre des équivalences, ainsi qu'à toute application de telles dispositions. Il est bien évident, en particulier, l'efficacité du procédé étant directement fonction de l'importance des surfaces sombres, que l'on peut utiliser plus de deux capteurs, l'aspiration étant réalisée dans un seul ou simultanément dans plusieurs, en parallèle ou en série. Inversement, un seul grand capteur peut être utilisé. Dans ce cas, il ne comporte pas la plaque isolante 36, afin de permettre le chauffage des combles par la chaleur que rayonne la face interne de sa plaque sombre. Naturellement, l'aspiration peut aussi être réalisée dans l'espace qui sépare la plaque métallique absorbante de la plaque isolante, une ouverture étant alors prévue dans cet espace à a partie supérieure du cadre. Enfin, les surfaces absorbantes peuvent être augmentées par la simple itilisat~on de tôle ondulée. REVENDICATIONS 1. Procédé de chauffage d'une ma son au moyen a'air cnauffé dans un capteur solaire comportant an corps sombre, caractérisé en ce que ledit capteur est disposé dans le toit et est relié à une turbine qui y fait circuler de l'air aspiré dans les combles avant de l'envoyer dans la maison. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, la maison étant équipée d'une installation de chauffage principal à air, l'aspiration est réalisée par 1 turbine de celle-ci. f. Procédé, selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que, les combles de la maison étant isolés tnermiquement, un capteur solaire est disposé dans le toit pour les chauffer grâce à l'air qui le traverse par effet de thermosiphon. 4. Capteur solaire pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendica tisons précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte, montées sensiblement parallèles l'une à l'autre dans un cadre destiné à être placé dans le toit, une paroi de verre destinée à être disposée côté extérieur, et un élément métallique dont a face en regard de la paroi de verre est sombre, des ouvertures étant prévues à deux extrémités opposées dudit cadre. 5. Capteur solaire, seion a revendication 4, caractérisé en ce que l'élément métallique est constitué par de la tôle ondulée. 5. Capteur solaire, selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisé en ce qu'il comporte, en outre, côté intérieur, une plaque de matériau isolant.