Brevet FR2312742A1 — publié le 19761224

Le procédé @lasaique de chauffage solaire d'un bâtiment d'habitation consiste à utiliser des capteurs à eau chaude ou à air cha@d, plaeés derrière des parois transparentes expesées au soleil peur leur chauffage par effet de serre. Le fluide ainsi chauffé est enveyé, après accumulation ou men, soit dans des radiateurs s'il s'agit d'eau chaude, soit directement dans le local à chauffer s'il s'agit d'air chaud. Le principe du procédé de "chauffage solaire" selon l'invontion consiste essentiellemant dans la combinaison de l'utilisation d'un effet de serre avec l'utilisatio, comme capteur de chaleur et surface de chauffe, du plafend d'un lecal d'habitation à chauffer, en prin@ipe sous la forme d'un pavillon à un seul niveau. A cet @ffet, la couverture de local, prévue au-dessus d'une dalle de plafond se compose essentiellement de deux pas de toiture inclinés, orientés respectivement au sud et au nord, de part et d'antre d'un faftage de directi@n gén rale de l'est à l'ouest, l'inslinaisen étant avantageusement supérieure de quelques degrés, par exemple de 10 , à la latitude du lieu pour que le pan exposé au sud (dans l'hémisphère nord) reçoive le rayennement solaire dans une direstien en meyenne aussi preche que possible d'und direction perpendieulaire au plan de ce pan expesé, au cours des heure. les plus ensoleillées de l'hiver, et ce pan de teiture étant sonstitué par un simple vitrage comme une serre ou véranda, tandis que la face interne du pan de toiture oppesé et les faces latérales sont consti tuées par des surfaces réfléchissamtes, de telle façon que la dalle du plafomd situés sous la couverture reçoive, directement ou indirectement après réflexien, la majeure partie de la chaleur du rayennement solaire. De plus, la façade sud peut comperter un auvent souvert à la partie supérieure d'une surface réfléchissante, et inclimé de telle manière que le raoennement solaire tombant sar cet auvent, pendant la périede de chauffage, soit réfléchi et pénètre dans la teiture, d'@ù il s@ra renveyé sur la face supérieure du plafond cemme les rayens incidents directs. La face supérieure du plafond est conçue pour assurer une absorption maximale du rayonnement dans le spectre visible et pour présenter un faible pouvoir d'émission pour le rayonnement infrarouge comme on l'expliquera plus complètement ci-après. Le procédé de chauffage exopcsé ci-dessus peut @tre associé : - à une aceumulation d'un excés de chaleur par une circulaion d'eau dans la dalle de plafond - à un chauffe d'appoint combiné ou non avec la circulation d'eau chauffée par le rayonnement solaire - à une production d'eau chaude par utilisation du rayonnement solaire - à des moyens de régulation automatique - et enfin, à un procédé de rafrafchissement du local en été. On décrira ci-après plus en détails, des exemples d'exécution présentant les caractéristiques ci-dessus en référence au dessin sohênatique annexé, dans lequel la figure 1 est une coupe verticale nord-sud d'un pavillon conçu pour l'application du procédé selon l'invention la figure 2 est une coupe verticale d'un plafond capteur et chauffant la figure 3 est une coupe d'un sol chauffant dans lequel sont enrobés des tubes de circulation d'un fluide de chauffe tel que da l'eau la figure 4 est le schéma d'un dispositif de régulation avec chauffage d'appoint par un accumulateur de chaleur chauffé électriquement ; la figure 5 est le schéma d'un dispositif de rafraîchissement en été, combiné au procédé selon l'invention ; et la figure 6 est le schéma d'un dispositif pour inverser une circulation d'eau afin d'assurer un chauffage solaire d'hiver ou un rafratchissement d'été. La figure 1 montre schématiquement la coupe dun pavillon à un seul niveau 1 avec, éventuellement, un sous-sol 2 quton a représenté plus ou meins enfoncé dans le terrain naturel 3, le pavillon présentant ne grande face 4 exposée de préférence en plei sud dans la direction de la flèche 5, et ne grande face opposée 6, exposée par conséquent au nord.Au-dessus du plafond 7, les combles fertés avantageusement de façon étanche, sont couverts, entre les parois latérales verticales 8 exposées respectivement à l'est et à l'ouest, par deux pans de toiture 9-10 exposés respectivement au sud et au nord, ces pans étant inclinés avec une pente sur l'horizc tale égale à la latitude du lieu augmentée par exemple de 100, soit environ de 600 pour la région parisienne.On a indiqué en 11 un auvent qui est prévu à la base du pan de toiture 9 , est couvert d'une surface réfléchissante et est incliné de telle manière que l@ rayonnement solaire incident 12 soit réfléchi et pénètre à l'inté- rieur de la toiture d'où il est renvoyé sur la face supérieure du plafond 7. On c@@mprendra que le schéma représenté n'est donné qu'à titre d'exemple et que des nodifications pourraient être apportées â ce schéma sans qu'on s'écarte du cadre de l'invention. Conformément i l'invention, le pan de toiture 9 est constitué par un simple vitrage destiné à être traversé par les rayons solaires schématisés en 12 tout en en retenant une émission de rayonnement infrarouge. Le rayonnement 12, qui comprend les rayons frappant directement le pan 9 et ceux réfléchis par l'auvent 11, atteint en partie directement la dalle de plafond 7, tandis qu'une autre partie frappe la face interne du pan de toiture 10 garnie d'une paroi réfléchissante, par exemple en papier d'aluniniun ou en tout autre produit convenable pour renvoyer vers le plafond 7 le rayonnement incident.Ainsi, directement ou à la suite d'une eu de plusieurs réflexions, les rayons solaires pénétrant dans les combles ou reçus su l'auvent 11 aboutissent en presque totalité sur le plafond 7 pendant les heures d'ensoleillement d'hiver. La face sud 9 du toit, munie d'un vitrage, peut comporter, à l'extérieur ou à l'intérieur, un rideau mobile constitué par une surface réfléchissante et permettant, par sa fermeture progressive, d'arêter tout ou partie des rayons solaires et de les renvoyer vers l'extérieur lersqu0ils risquent de provoquer la surchauffe de la maison.De plus, peur limiter cette surchauffe en été, les pans est et ouest des combles seront munis d'ouvertures à persiennes 13 permettant par leur ouverture une large aération naturelle de ce vide pendant les mois chauds. Le plafond capteur 7 est constitué avantageusement par une dalle de béton 14 (figare 2) d'une épaisseur convenable, en principe de C A 12 e@, placée sous une ou plusieurs surfaces de verre ou de plastique 15 aspacées par exemple de 2 @m enviren pour éviteu les mouvements de convectien de l'air emprisonné.La face supérieure de ce plafond est pointe d'une peinture sombre, en principe noire, absorbant bien le rayennement du spectre visible, ou lieux encore d'une peinture sélextive ayant un grand pouvoir d'aboorption pour le rayonnement du spectre visible et un faible pouvoir d'émission pour le rayonnement infrarouge. Une grande absorption pour le rayonnement visible et n faible pouvoir émissif pour le rayonnement infrarouge peuvent également être obtenus par un traitement convenable de la surface. Une partie de la chaleur absorbée par cette surface du plafond 7 traverse le béton par conductivité et vient chauffer le local par le plaiond dont le revêtement inférieur, plus ou moins isolant, a été indiqué en 16 sur la figure 2.La température maximale physiologiquement admissible pour ce plafond dépend de la hauteur du local et de ses dimensions ; généralement, elle est de l'ordre de 300 C Lorsque, par suite d'un ensoleillement intense, la tempéra- ture du plafond risque de dépasser la valeur nécessaire pour as sur, le chauffage du local par le plafond seul, en fonction de la température extérieure, ou la valeur physiologiquement admissible, une partie de la chaleur solaire ainsi reçue par le plafond 7 peut êtr@ captée par de l'eau circulant dans un serpentin 17 enrobé dans ce plafond.Cette eau est accumulée dans un accumulateur de chaleur 18 (figures 4 à 6), placé par exemple en sous-sol pour servir, par la suite, au chauffge du local, en l'absence de soleil. Pour la meilleure utilisation des calories captées par le serpentin 17, qui peuvent être à bas niveau, cette eau ainsi stockée dans l'accumulateur 18 alimente un serpentin de chauffage 19 placé dans la dalle de plancher 20 disposée sur ne couche iso- lante 21 (figure 3). On peut également envisager que, lorsque la température de l'eau dans le serpentin de plafond 17 dépasse 250 C, cette eau est automatiquement enveyée dans le serpentin de sol 19, ci passant OU non par l'intermédiaire de l'accumulateur 18.Ainsi, la chaleur solaire non immédiatement utilisée pour le chauffage du local est accumulée, d'une part dans les dalles de béton 14-20, d'autre part sous forme d'eau chaude dans le réservoir dit solaire 18. Le chauffage d'appoint, destiné à compenser l'insuffisance ci l'absence de soleil,peut être fourni soit par des radiateurs électriques placés dans chaque local et munis de thermostats réglé à la température voulue, soit par un chauffage électrique à accumu lation consommait de l'électricité aux heures creuses et accumulan l'émergie sous forme d'eau chaude dans un ballon accumulateur 22 (figure 4) placé en cave, suivant la technique habituelle, cette eau chaude circulant à la température voulue dans les serpentins d sel et de plafond 19 et 17, par combinaison de l'installation de chauffage d'appoint avec l'installation de chauffage solaire. Sur la figure 4, on a indiqué en 23 et 24 des pempes de circulation pour les serpentins 17 et 19. On expliquera maintenant l'application d'une régulation automatique au procédé de chauffage préconisé en considérant suc cessivement le cas d'un chauffage d'appoint électrique indépendant du chauffage solaire et celui d'un chauffage d'appoint combiné au chauffage solaire Dans le cas du chauffage d'appoint électrique direct, à toutes heures du jour et de la nuit, le réglage thermostatique dont il a été question se fait de préférence par tout ou rien. ainsi, dans un local oà la température moyenne désirée est de 18 C, les thermostats électriques peuvent couper le courant à 18,50 c et le rétablir à 17,5 O. La circulation dans les serpentins de sol 19 est arr8the par exemple lorsque la température du local dépasse 19,5 C et remise en route lorsque la température baisse à 18,5 C. Dans les régiens tempérées, la plapart du temps, c'est-à-dire en général di 15 novembre au 15 février, seuls entrent en action les thermostats des radiateurs électriques car les thermostats des serpentins n'interviennent que lersque le chauffage solaire est suffisant ou surabondant, c'est-à-dire au débit et à la fin de la période annuelle de chauffage. Lersque le chauffage d'appoint est fourni grâce à une consomnation d'électricité aux heures creuses, de l'eau chaude est accumulés dans le réservoir 22 (figure 4) à une température inférieure à 100 c et la régulation est assurés comme on l'expliquera ei-aprés en-référence à la figure 4. Lorsque la température de l'eau accumulée à la partie haute du réservoir solaire 18 est supérieure à celle dos retours des serpentins de sol 19 (voisine de 250 C), toute l'eau de retour de ces serpentins 19 traverse l'accumulateur 18.Si cette eau chauffée par le soleil est à une température insuffisante pour assurer le chauffage du local, il y est ajouté de l'@au provenant de l'aceumulateur à chauffage électrique 22 par dérivation d'une fraction de l'écoulement du circuit à travers l'accumulateur 22 sous l'action de la vanne automatique de mélange 25. Lersque la température de l'eau chauffée par le soleil et steckée dans l'accumulateur 18 est supérieure à la valeur nécessaire, en fonction de la saison, pour l'alimentation des serpentins de sel 19, cette température est abaissée par mélange de l'eau des retours des serpentins avec l'eau puisée dans le ballon solaire 18 suivant la technique classique des mélanges sous l'action de la vanne automatique de mélange 26. Il est ainsi possible de régler à la valeur voulue en toute saison la température du chauffage des serpentins de sol 19 en utilisant l'eau de l'accumulateur solaire 18 et celle de l'accumulateur 22 chauffé électriquement. Quand le soleil fournit plus d'énergie qui n'en faut pol chauffer le pavillon, la fermeture progressive du rideau du vitrage 9 ainsi que 11 ouverture des persiennes 13 des pans 8 est et ouest, permettent de limiter l'apport solaire à la valeur voulue. Le dispositif préconisé permet le rafraîchissement du loc en été comme on l'exposera maintenant ei-après en référence à la figure 5. L'eau du réservoir dit solaire 18 est distribuée et pulvérisée la nuit par une rampe 27 percée de trous en haut du pa de toiture 10 exposé au nord. Tant par évaporation que par conduc tivité, la température de a tte eau est abaissée à une valeur intermédiaire entre les températures sèche et humide de l'air, compte tenu en outre du rayonnement froid des espaces interplanétaires. Pour les mois les plus chauds des régions tempérées, à savoir Juillet et août, on peut ainsi obtenir de l'eau à une température de 120 à 150 C.Gette eau, accumulée pendant la nuit dans le réservoir 18, circule pendant le Jour dans les serpentin 19 et 17 du sol et du plafond dont la température superficielle descend pas au-dessous du point de rosée pour éviter les condenst tions. Par exemple, pour une température extérieure de 300 C, on obtiendra une température intérieure de 240 C, dans un pavillon isolé correctement, avec un sol et un plafond à une température moyenne d'eau de l'ordre de 160 à 170 C facilement réalisable pai ce procédé dans les pays continentaux. Â l'aide d'un système de vannes à trois voies 26-28 oa paz tout autre procédé, le sens de la circulation est inversé pour l'été dans le réservoir dit solaire 18. Ainsi, l'eau refroidie y pénètre par le bas et la pompe 24 alimentant le serpentin da sol 19 puise l'eau froide dans cette partie buse, l'eau réchauffée des retours revenant à la partie haute du réservoir 18. Cette inversion est représentée sur la figure 6 où on a indiqué en 29 flèches représentant la circulation pour le chauffage d'hiver et en 30 les flèches représentant la circulation pour le rafratehi- sement d'été. De réchauffage de l'eau sanitaire peut également titre obtenu du système solaire qui comporte alors des capteurs de chaleur à eau placés derrière le vitrage 9 de la face vitrée du toit, en principe à la partie basse de ce vitrage, de telle mani que l'eau chauffés s'accumale par gravité dans un ballon placé on élévation dans les combles. L'eau de la ville traverse d'abord cet aceumulateur à chamffage selaire, puis le ballon d'accumulation traditionnel chauffé à la valeur voulue pour l'eau chaude (50 ou 60 C) p@mdant la nuit. R E V E N D I C A T I O N S. 1. Procédé de chauffage solaire pour habitation, consistant à recevoir le rayonnement solaire à travers n pan de toiture incliné, exposé au sud pour l'absorption de ce rayonnement par le plafond du local à chauffer, en partie après réflexion du rayonnement reçu sur la surface interne des parois de combles non exposées au sud et non traversées par le rayonnement. 2. Procédé selon la revendication 1, utilisant pour les combles un toit avec longs pans de toiture inclinés sur l'horizon- tale à un angle supérieur de quelques degrés à la latitude du lieu et exposés respectivement au sud et au nord, le pan de toiture exposé au sud étant constitué par un vitrage traversé par le rayonnement du spectre visible, tandis que le pan opposé et les parois latérales sont garnis intérieurement d'une surface réflé- chissante renvoyant vers le plafond le rayonnement reçu. 3. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2 utilisant, comme plafond formant capteur de chaleur et surface chaufante, une dalle de béton revêtue d'une peinture d'un grand pouroir d'absorption pour le rayonnement visible et d'un faible pouvoir d'émission pour le rayennement infrareuge, ou ayant subi un traitement quelconque pour obtenir ces sélectivités, cette dall en béton étant surmontés de lames transparentes en verre, en plastique ou on produit analogue s'opposant à la convection de l'air chauffé. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précé- dentes, comprenant un meyen pour régler ou arrêter la réception d@ rayonnement solaire, par exemple sois la forme d'un rideau mobile associé au vitrage de toiture expesé au sud, ainsi que des ouvertures à persiennes sur les pans est et ouest des combles pour per- mettre, en été, l'évacuation de la chaleur. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre le chauffage d'une circulation de eau & travers un serpentin enrobé dans la dalle de plafond, l'e@ chaude ainsi produite pouvant servir à alimemter un serpentin enrobé dans la dalle de plancher du local à chauffer ou n accumu lateur de chaleur à eau. 6. Procédé selen la revendication 5, caractérisé par la combinaison d'une circulation d'eau chauffée par le rayonnement solaire avec un circuit d'eau à accumulation de chaleur chauffé par un chauffage d'appoint tel qu'un chauffage électrique consens de l'électricité aux heures creuses, les circulations d'eau pouvant être commandées par une régulation automatique. 7. Procédé selon la revendication 5 ou la revendication 6, consistant à utiliser on été les circuits de circulation d'eau non seulement pour un chauffage de le eau en hiver par rayonnement solaire, mais aussi pour le refroidissement de l'eau en été par passage de l'eau la nuit le long du pan de toiture exposé au nord.