Brevet FR2308880A1 — publié le 19761119

L'invention concerne une habitation à chauffage solaire On connait de telles habitations dans lesquelles se trouvent généralement juxtaposés des moyens pour capter l'énergie solaire, des moyens pour la stocker, et des moyens pour la redistrobuer. Les dé--erditions d'énergie ont lieu d'une p-rt au niveau des moyens de stockage, par pertes calorifiques, et d'autre part au niveau des moyens de redistribution, qui consomment généralement une énergie d'appoint, ar exemple dans des ventilateurs. Ceci réduit d'autant l'efficacité de ce type de chauffage, et conduit à des dispositifs complexes et onéreux. La présente invention vise essentiellement à pallier ces inconvénients, en prévoyant des moyens de captage, de stockage et de redistribution simples et efficaces, et en les intégrant étroitement aux locaux à chauffer. A cet effet, dans l'habitation à chauffage solaire qu'elle concerne, du type comprenant un dispositif de captage de l'énergie solaire comportant un fluide caloporteur, des moyens de stocege pour ledit fluide, et des moyens de transfert te l'énergie calcrifique du fluide à l'air de l'habitation, les moyens de stockage sont dispos sensiblement au centre de la partie inférieure de l'habitation, des passages étant prévus pour que l'air de lthabitation circule par convection naturelle dans les différents locaux à chauffer de l'habitation et au voisinage desdits moyens de stockage. Ainsi, les déperditions évoquées ci-dessus sont éliminées. En effet, les moyens de stockage étant à l'intérieur des locaux à chauffer, les pertes calorifiques à leur niveau sont directement réutilisées. D'autre part la redistribution par convection naturelle supprime les appareils annexes consommateurs d'énergie. Avantageusement les moyens de stockage comprennent une cuve à parois conductrices de chaleur disposée dans une enceinte, un espace étant ménagé entre ladite paroi et le mur de l'enceinte pour permettre à l'air de circuler au voisinage de la cuve. Ainsi, l'air de l'habitatIon est directement chauffé au contact des moyens de stockage, les parois de la cuve faisant office d1échangeur de chaleur. De préférence, le mur de I 'enceirte comprend les oaiertares faisant communiquer lendit espace et les locaux k chauffer, des cavertare étant m nagées a a base du mur, et d'autres ouvertures étant ménagées au sommet du mur, l'air de l'habitation pénétrant dans ledit espace par les ouvertures basses et en ressortant par les ouvertures hautes. Ces cuve tares constituent des moyens de redistribution particulièrement imples, permettant k l'air de circuler par convection naturelle dans les locaux de l'habitation, et dans l'espace où il s 'échauffe. Dans un mode de réalis.tion préféré de l'invention, où l'habitation comporte au moins un tage à chauffer au-dessus de celui où sont disposés les moyens de stockage, cette habitation comprend une chemin6 partant de l'intérieur de l'enceinte et débouchant par des ouvertures disposées sensiblement au sommet desdits étages suprieurs, et des ouvertures faisant communiquer le bas d'un étage déterminé avec le sommet d'un étage inférieur. Cette disposition permet le chauffer également par convection naturelle les étages supérieurs. Selon l'invention, le dispositif de captage de l'énergie comporte e préférence au moins deux ensembles de plaques parallèles disposées le long d'un versant de la toiture, le fluide caloporteu ruisse@ant sur les plaques d'un des ensembles, et les plaques des autres ensembles réalisées dans un matériau transparent isolant ledit fluide de l'atmosphère extérieur. Ainsi, contrairement aux systèmes connus où l'énergie est tout d'abord absorbée par des conduits dans lesquels circule le fluide, puis est transférée de ces conduits au fluide, l'énergie est ici directement absorbée par le fluide puisque seules des parois transparentes isolent ce fluide de l'atmosphère extérieure. Ceci présente un intérêt tout particulier en période chaude, où il est inutile de chauffer l'habitation. En effet, dans la technique connue, les conduits de fluide étaient généralement teints en noir, afin d'absorber un maximum de rayonnement. Par conséquent on devait, en périodes d'ensoleillement intense, ou bien faire circuler le fluide dans ces conduits pour les refroidir, ce qui entraînait une consommation d'énergie d'appoint, ou bien les recouvrir à moins de ne laisser le capteur atteindre des températures élevées. Au cohtraire, dans l'habitation selon l'invention, il suffit d'arrêter la circulation du fluide pour interrompre l'absorption d'énergie. L'échauffement du capteur peut être encore diminué en prévoyant une habitation dans laquelle lddit versant de la toiture est recouvert d'un matériau réfléchissant, un matelas d'air étant prévu entre ce matériau et le dispositif de captage de 'énergie, et les plaques sr lesquelles ruisselle le fluide étant elles aussi transparentes. En l'absence {e fluide, l'énergie est alors réfléchie et ne arc auffe pas 1 toi are. Jantageusement, le fluide caloporteur est teint de couleur sombre. Ceci lui peur et d'a!sor.er rias d'énergie. L'invention prévoir également que l'inclinaison dudit versant de la toiture par rapport à l'horizontale est avantageusement de sensiblement 60'. Ceci permet, dans le cas d'une toiture symétrique, d'obtenir l'égalité de la surface de captage et de la surface au sol de lthabitationp caractéristique optimale dans le cas d'une habitation comportant au rezde-chaussée et un étage. De toute façon, l'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit d'une forme de réalisation dê l'invention, donnée à titre d'exemple non limitatif. Aux dessins schématiques annexes - la figure 1 représente en plan le rez-de-chaussée d'une habitation selon l'invention, - la figure 2 est une vue de détail, en coupe horizontale, d'uns mode de réalisation de la cute de stockage et de la paroi de l'encte, - la figure 3 est une coupe verticale de l'habitation montrée à la figure 1, - la figure 4 est une vue en coupe transversale du dispositif de captage, - les figures 5 et 6 montrent respectivement les dispositifs de distribution et de réceptiondu fluide dans le dispositif de captage, - la figure 7 est une coupe longitudinale du bas du dispositif de captage et du dispositif de réception. L'invention sera décrite plus particulièrement en référence à une habitation individuelle comportant un rez-de-chaussée et un-étage habitable établi dans un comble, surmonté d'un grenier. Comme montré sur les figures 1 à 3, l'habitation comprend un dispositif 16 de captage de l'énergie, dans lequel circule un fluide caloporteur, une cuve 1 pour le stockage de ce fluide, et un espace 10 dans lequel s'effectue le transfert de la chaleur du fluide à l'air de l'habitation. L'air échauffé dans l'espace 10 circule ensuite par convection naturelle dans les locaux à chauffer 9, comme montré aux dessins par des flèches. La cuve 1 est installée sensiblement au centre du rez-de-chaussée, à l'intérieur d'une enceinte délimitée par des murs 8. L'espace 10 est compris entre les murs 8 et la paroi 2 de la cuve. De préférence, la paroi 2 de la cuve est métallique et comporte des ailettes 13 afin de faciliter les échanges thermiques entre le fluide et l'air. Des ouvertures il sont ménagées en parties hautes et basses du mur 8 pour assurer le passage de l'air, l'air froid pénétrant dans l'espace 1C par les ouvertures basses, et l'air chaud en ressortant par les ouvertures hautes. Le chauffage de l'étage est assuré par une cheminée 12, partant de l'enceinte et débouchant à la partie supérieure de l'étage par d'autres ouvertures 11. L'air chaud sortant de ces ouvertures est ensuite ramené au rez-de-chaussée par 5 'autres ouvertures 11 puis, refroidi, est ramené dans l'espace 10 par l'effet de la convection naturelle. L'ensemble des ouvertures 11 sont munies de trappes ou volets en matériau isolant, permettant de chauffer sélectivement les uns ou les autres des locaux de l'habitation. Avantageusement, le mur 8 de l'enceinte présente une capacité thermique importante. Ce sera le cas par exemple d'un mur épais en béton. Ainsi il participe au stockage de la chaleur. Dans ce cas, cd mur est revetu sur sa surface extérieure d'un matériau isolant 14 (fig. 2). Suivant un mode de réalisation préfére de l'invention, la paroi 2 de la cuve ou le mur 8 de l'enceinte sont utilisé comme élément porteur de la partie centrale du plancher de l'étage, ou de poutres telles que 15. Cette disposition permet de s'affranchir de tout mur de refend porteur et de libérer totalement le plan du rez-de-chaussée. Pour le cas où le chauffage solaire serait insuffisant, on prévoit un chauffage d'appoint comprenant un réservoir d'eau 3, immergé dans la cuve 1, et dont les parois sont conductrices de chaleur. L'eau de ce réservoir peut être chauffée au moyen d'une résistance 4, et ainsi transmettre de la chaleur au fluide contenu dans la cuve 1. Avantageusement, le réservoir 3 est alimenté en eau potable et est rélié au circuit d'eau chaude domestique. Ainsi, lorsque le chauffage solaire est suffisant, il permet en outre d'assurer le préchauffage de cette eau. La cuve 1 est reliée au point le plus haut du capteur 16 par l'intermédiaire d'une canalisation de départ 5 plongeant à la partie inférieure de la cuve. Cette canalisation est munie d'une pompe de relèvement 6, dont le déclenchement est assuré par un dispositif automatique approprié d'un type connu, lorsque le niveau de rayonnement solaire dépasse un seuil déterminé, par exemples 100 watts par mètre carré. La pompe est arrêtée également automatiquement lorsque le rayonnement solairedescend au-dessous de ce seuil. Le retour du fluide caloporteur à la cuve 1 s'effectue par gravité, par l'intermédiaire de la canalisation 7. On a représenté aux figures 4 à 7 un mode de réalisation préféré du dispositif de captage de l'énergie solaire. Ce dispositif comprend essentiellement trois ensembles superposés de plaques en matière plastique transparente. Ces plaques sont avantageusement réunies, par des entretoises délimitant des canaux 17, en éléments qui peuvent être extrudés l'une seule pièce. Ces éléments sont fixés pr les moyens appropriés le long du versant sud de la toiture. Le fluide caloporteur, teint de couleur sombre, par exemple au moyen d'une teinture ou d'un colorant, est amené dans les canaux 17 à partir de la canalisation 5 par l'intermédiaire d'un distributeur 20, réalisé dans tout matériau convenable, et coiffant la partie supérieure du capteur. Le fluide chauffé est recueilli à la partie basse du cateur par des éléments récepteurs 22 qui le dirigent vers la canalisation de retcur 7. Dans le capteur 16, le fluide ruisselle uniciuement dans les canaux inférieurs, les canaux supérieurs ne contenant que de l 'air destiné à augmenter l'isolement thermique du fluide par rapport à l'atmosphère extérieure De préférence, le versant de le toiture est revêtu d'un matériau réfléchissant 18, séparé du capteur 16 par une couche d'air 19. Ainsi, en période chaude, le fluide ne circule pas dans les canaux, et énergie du rayonnement solaire traverse le capteur, et est réfléchie par le matériau 18 sans surchauffer la toiture, comme montré à la partie droite de la figure 4.Par contre, en période frcide, lorsque le chauffage fonctionne, le rayonnement solaire est directement absorbé par le fluide qui circule dans les canaux 17, comme montré à la partie gauche de la figure 4. Ceci constitue un avantage important de ce type de capteur par rapport aux moyens connus faisant appel à des tôles métalliques noircies et à des plaques de verre, ces moyens connus conduisant généralement à des surchauffes importantes de la toiture es été. Le versant de la toiture sur lequel est fixé la capteur ne saurait être incliné de moins de 450 par rap ort à l'horizontale. D'une façon optimale, il est incliné de sensi@lement 60, ce ui, dans le cas d'une toiture symdtrique, permet c'obtenir l'égalité entre la surface de captage et la surface au sol de l'habitation, ou encore, pour une habitation à un rez-de-chaucsée et un étage, correspond sensiblement å un mètre carré le surface le captage pour cinq mètres cube d'air à chauffer. L'habitation est de préfrence de plan sensiblement carré, afin d'assurer une meIlleure dlstrisution de l'air chaud et de mieux regrouper les différents dIsposItifs de chauffage Commue il va de soi, l ' ne. tion ne se li ite pas 12 fcrme de réalisation décrite ci-dessus à titre d'exemple non limitatif, mais en embrasse au contraire tûtes les variantes d'exécution. C'est ainsi notamment que la cuve eut être disposée dans un local situé au sous-sol de l'habitation. Dans ce cas, une cheminée telle que 12 distribue l'air chaud dans les locaux habités, tandis qu'une autre chemine assure le retour de l'air froid dars le local où est disposée la cuve. Si les pertes thermiques sont alors plus fortes, cette disposition présente l'avantage ile dég-ger le rez-de-chaussée et de le r-server aux locaux d'habitation. D'autre variantes peuvent évidemment être envisagressans sortir pour autant du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1.- Habitation à chauffage solaire, comprenant un dispositif de captage de l'énergie solaire comportant un fluide caloporteur, des moyens de stockage pour ledit fluide et des moyens de transfert de énergie calorifique du fluide à l'air de l'habitation, caractérisée an ce que les moyens de stockage sont disposés sensiblement au centre de la partie inférieure de l'habitation, des passages étant prévus pour que l'air de l'habitation circule par convection naturelle dans les différents locaux b chauffer de l'habitation et au voisinage desdits moyens de stockage. 2.Habitation selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de stockage comprennent une cuve à parois conductrices de chaleur disposée dans une enceinte, un espace étant ménagé entre ladite paroi et le mur-de l'enceinte pour permettre à l'air do circuler au voisinage de la cuve. 3.- Habitation selon la revendication 29 caractérisé en ce que le mur de l'enceinte comprend des ouvertures faisant communiquer ledit espace et les locaux à chauffer, des ouvertures étant ménagées à la base du mur, et d'autres ouvertures étant ménagées au sommet du mur, l'air de l'habitation pénétrant dans ledit espace par les ouvertures basses et eu ressortant par les ouvertures hautes. 4.- Habitation selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, et comprenant au moins un étage à chauffer au-dessus de celui où sont disposés les moyens de stockage, caractérisé en ce qu'elle comprend une cheminée partant de l'intérieur de l'enceinte et débouchant par des ouvertures disposées sensiblement au sommet desdits étages supérieurs, et des ouvertures faisant communiquer le bas d'un étage déterminé vec le sommet d'un étage inférieur. 5.- Habitation selon l'une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisée en ce qu'elle comprend des trappes aptes à fermer lesdites ouvertures. 6.- Habitation selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisée en ce que le mur de l'enceinte est réalisé dans un matériau présentant une capacité thermique importante, tel que du béton. 7.- Habitation selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisée en ce que la face extérieure du mur de l'enceinte est recouverte d'un matériau isolant thermiquement. 8.- Habitation selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisée en ce que la paroi extérieure de la cuve comporte des ailettes aptes à augmenter la surface d'échange thermique entre le fluide caloporteur et l'air circulant dans ledit espace. 9.- Habitation selon l'une quelconque des revendications 2 à 8, caractérisée en ce qu'un réservoir à parois conductrices de chaleur est immergé dans la cuve, ce réservoir comportant des moyens de chauffage d'appoint aptes à élever la température du fluide qu'il contient au-dessus de celle du fluide caloporteur contenu dans la cuve. 10.- Habitation selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que le dispositif de captage de l'énergie comporte au moins deux ensembles de plaques parallèles disposes le long d'un versant de la toiture, le fluide caloporteur ruisselant sur les plaques d'un des ensembles, et les plaques des autres ensembles réalisées dans un matériau transparent, isolant ledit fluide de l'atmosphère extérieure. 11.- Habitation selon la revendication 10 caractérisée en ce que ledit versant de la toiture est recouvert d'un matériau réfléchissant, un matelas d'air étant prévu entre ce matériau et le dispositif de captage de l'énergie, et les plaques sur lesquelles ruisselle le fluide étant elles aussi transparentes. 12.- Habitation selon l'une quelconque des revendications 10 et 11 caractérisée en ce que lesdites plaques parallèles sont en matériau synthétique et extrudées ensemble par élément d'une seule pièce. 13.- Habitation selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisée en ce que le fluide caloporteur est teint de couleur sombre. 14.- Habitation selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisée en ce que l'inclinaison dudit versant de la toiture par rapport à l'horizontale est de sensiblement 600. 15.- Habitation selon l'une quelconque des revendications 1 à 14 caractérisée en ce qu'elle est de plan sensiblement carré. 16.- Habitation selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, caractérisée en ce qu'il est prévu sensiblement 1 mètre carré de surface du dispositif de captage pour 5 mètres cube de volume à chauffer. 17.- Habitation selon 1 'une quelconque des revendications 1 à 16, caractérisée en ce que le rapport de sa surface au sol à la surface du dispositif de captage est sensiblement égal à 1.