Brevet FR2357832A1 — publié le 19780203

La présente invention se réfère à un dispositif permettant de réaliser une installation quolconique de captage d'énergie solaire , simple et économique . Elle concerne , plus particulièrement , un dispositif modulaire de captage , ou serre , utilisable pour réaliser n'importe quel type de capteur plan ou autre , gå air ou fluide Il est connu pour capter l'énergie solaire à des fins de chauffage d'air ou de fluide , d'utiliser des capteurs plans dont le principe de fonctionnement est basé sur l'effet de serre . Ces derniers sont constitués par des cadres ou caissons contenant un corps noir absorbeur dont la surface est disposée parallelement à une surface transparente constituant le cou vérole du caisson .La surface transparente doit etre capable d'assurer deux fonctions bien précises conditionnées par ses propretés de transmission spectrale . cette surface doit laisser passer le rayonnement solaire , situé en grand. partie dans le spectre visible , et , par ailleurs , bloquer le rayonnement in-verse infra-rouge du corps noir absorbeur et accumulateur d'énergie t ces deux conditions conduisent à l'effet de serre connu depuis longtemps Il a été proposé pour climatiser économiquement des habitations dtutiliser les façades de ces dernières comme absorbeur et accumulateur d'énergie .Le transfert énergétique vers l'habitat étant alors assuré par une thermocirculation naturelle de l'air , contenu entre les serres et la façade, s'établis sant à travers des orifices judicieusement répartis sur cette dernière .Li serre , disposée devant la surface de réception , est généralement constituée par une feuille de verre distante de quelques cm de la paroi , et maintenue parallblement à cette dernière par une charpente . Celle-ci peut etre soit métallique , en éléments standards , soit en bois et de dimensions quelconques. Dans tous les cas l'ensemble est particulièrement onéreux tant au point de vue fabrication que montage . De plus , l'utilisation de verre en grande surface rend le dispositif particulièrement fragile et dangereux. Il a été également proposé pour la climatisation des habitations , des procèdés plus évolués faisant appel à des fluides pour assurer le transfert thermique . Les capteurs utilisés peuvent aussi Qtre disposés sur les façades mais il est plus intèressant pour des questions deiendement--et compte tenu du type d'utilisation qu'il soient disposés sur le toit . Dans ces conditions outre les problèmes déjà cités apparaissent d'autres inconvénients inhérents à ces procèdés . Ce type de capteur doit en effet etre parfaitement étanche afin d'éviter les con-densations intérieures perturbant l'isolation thermique et la transmission lumineuse .Par ailleurs , et compte tenu de la situation du dispositif de captage , les étanchéités tant au niveau du vitrage qu'au niveau du caisson container sont des problèmes difficiles à résoudre , qui de toutes façons se traduisent par une augmentation des coûts de réalisation En-fin . sur le plan architectural on peut reprocher aux capteurs d'être in-esthétiques et difficilement intégrable à une oonstruction Si on a pu proposer pour pallier à certains inconvénients d'utiliser des surfaces éclairantes réalisees en matières plastiques , et plus particulière- ment des feuilles de matériaux composites associant de la fibre de verre et des résines thermodurcissables translucides , le fond du problème résidant essentièllement dans le coût n'a pu être réglé .Malgré cette amélioration les difficultés rencontrées dans l'art antérieur limitent considérablement le développement de l'énergie solaire à des fins domestiques L'invention à pour objet un dispositif qui permet d'éliminer l'ensemble de ces inconvénients . Plus précisément , le dispositif selon l'invention se réfère à la réalisation d'une serre universelle incluant en un seul matériau la surface transparente , la charpente écarteur ainsi que le système de fixation et / ou d'étanchéité L'intégration des trois fonctions à'aide d'un seul matériau est rendue possible en utilisant un matériau composite constitué par du mat de verre associé à une résine thermodurcissable translucide genre polyester .La très grande facilité de transformation de ces matériaux permet , soit par des méthodes artisanales du type"au contact" , soit plus évoluées du type"projection" d'obtenir en une seule opération et en un temps très court une serre complète directement utilisable comme insolateur Selon une autre caractéristique de l'invention la serre ainsi obtenue peut être utilisée seule dans le oas d'un capteur plan à air , la fixation étant simplement assurée par chevillage sur la façade de captage , ou bien dans le cas d'un capteur à fluide , par paire - disposées en opposition , l'ensemble conduisant avec un réflecteur judicieusement placé à multiplier au plus par deux l'énergie captée Compte tenu de la très grande facilité de moulage il est possible de modifier l'allure de la surface transparente , soit par des formes permettant d'accroitre le rendement énergétique , soit par des formes agréables sur le plan esthétique et directement intégrable à une construction moderne Toujours dans le même esprit , les dimensions des serres sont quelconques mais peuvent néanmoins, pour répondre à des soucis architecturaux, faire l'objet de recherches en vue d'être harmonieuses - utilisation par exemple du MODULOR mis au point par LE CORBISSIER Cependant , selon une forte préfèrée de 1 'invention , concernant le capteur plan r*! air , le rapport de la longueur par la largeur active de la serre est compris entre six et dix pour une longueur active supérieure à trois mètres . Une telle disposition permet , dans le cas d'un chauffage par réception sur façade , de créer une succession de capteurs utilisables indépendament et, par conséquent , autorisant une modulation de l'apport énergétique D'une manière générale toutes serres , quelquesoit leurs formes ou dimen sions , réalises à l'aide d'un seul matériau intégrant les trois fonctions:: surface éclairante , charpente support , et fixation étanchéité, restent dans le cadre de l'invention Le demandeur a pu constater que le dispositif suivant 1'invention permettait d'obtenir par rapport aux dispositifs classiques tels qu'il ont été décrits dans l'art antérieur: . un montage simplifié et économique . une excellente tenue au vieillissement climatique . une étanchéité parfaite. . un court global de quatre à six fois moins élevé que celui des capteurs réalisés selon l'art antérieur . un rendement global très légèrement inférieur à celui d'un capteur verre. On comprendra mieux les objets et caractéristiques de la présente invention d'après la description qui va suivre , celle-ci est relative à des formes de réalisation particulièrement intéressantes données à titre d'exemple non limitatif, elle met en évidence d'autres caractéristiques et avantages objets de l'invention et se réfère aux dessins annexés qui montrent i . Figure 1 , une vue perspective d'une serre intégrée selon l'invention. . Figure 2 , une vue en coupe d'une serre intégrée situant les trois fonctions . Figure 3 , une vue en coupe avec grossissement montrant la constitution d'une serre selon la fonction . Figure 4 , montage d'une serre sur façade pour installation de chauffage solaire aveo thermocirculation d'air . Figure 5 , ensemble de serres indépendantes montées sur une façade selon le système représenté sur la figure 4 . Figure 6 , détails de montage d'une serre sur une façade . Figure 7 , exemple de modification de l'aspect extérieur d'une surface transparente . Figure 8 , schéma avec grossissement montrant l'effet de concentration apporté par les cannelures verticales . Figure 9 , montage de deux serres en opposition pour la réalisation d'un capteur à fluide . Figure 10 , montage sur façade , avec réflecteur , d'un capteur à fluide selon la figure 9 . Fi-gure 11 , montage sur toit d'un capteur à fluide selon 9. . Figure 12 , modification d'une serre intégrée pour capteur à fluide i passage des conduits de circulation du fluide vecteur d'énergie . Figure 13 , montage dtun capteur avec modification selon 12 . Figure 14 , utilisation d'une serre intégrée pour la culture des semis horticoles ou maraîchers . ligure 15 , exemple de moule pour la réalisation d'une serre intégrée selon le procédé dit " au contact " les références identiques sont utilisées dans chacune des figures pour repérer les mêmes éléments La vue en perspective de la figure 1 représente une serre intégrée selon l'invention . La figure 2 montre également une serre selon l'invention mais vue en coupe .On retrouve sur cette coupe les trois fonctions intégrées par l'invention s le repère 1 indique la fonction " surface éclairante " , le repère 2 la fonction " charpente écarteur " et la fonction " fixation étanchéité " est repérée par le chiffre 3 La figure 3 représente une coupe avec grossissement de la serre . Ce schéma montre la constitution du matériau composite selon la fonction recherchée La surface éclairante , à qui l'on ne demande qu'un maximum de transmission lumineuse , n'est constituée que par une seule couche de matériau composite. Par contre la charpente assurant uniquement un rôle de maintient doit avoir des propriètés mécaniques supérieures . Ce résultat est obtenu avec trois couches de mat de verre imprégnées de résine thermodurcissable .Enfin la collerette de fixation ne doit pas pour des raisons d'étanchéité se déformer sous l'effet du serrage au cours du montage . On demande dono à cette partie une certaine rigidité acquise à l'aide de quatre couches de matériau composite La figure 4 représente sohématiquement la coupe d'une maison chauffée par dispositif solaire à circulation d'air . Ce dispositif , revendiqué par le brevet Français NO 1 152 129 est certainement la filière la plus économique qui 'ait vu le jour .L'utilisation de la serre intégrée , dans une installation de ce genre, est particulièrement avantageuse car elle permet de diminuer considérablement le côut du seul poste dont le prix de revient etait encore trop élevé . On retrouve sur cette figure la serre intégrée avec ses trois fonctions 1-2-3 . L'ensemble est appliqué contre le mur accumulateur 9, et fixé à l'aide de vis et de chevilles 13 comme on peut le voir sur la figure6 Un joint mousse 12 , disposé entre la collerette et le mur 9 , assure l'étan- chéité en absorbant les défauts de surface du mur porteur .On retrouve sur la figure 5 une vue de la façade solaire montrant une forme préfèrée de 1 'in- vention ou le rapport de la longueur par la largeur active d'une serre est compris entre six et dix pour une longueur égale au moins à trois mètres .Une telle disposition favorise les échanges thermiques et permet de moduler l'apport énergétioue selon les besoins Par ailleurs , la surface éclairante étant obtenue comme les autres parties par moulage , il est possible pour des raisons de rendement du dispositif d'effectuer le moulage sur une forme apte à favoriser la concentration du rayonn-ement solaire . Une forme particulière de la surface éclairante est retrouvée sur les figures 7 et 8 ou l'on observe de fines cannelures verticales , de faible profondeur , assurant un piègeage efficace des rayons solaires quelquesoit leur incidence .On peut également utiliser , pour obtenir un effet du même genre , une surface constituée par des nicro-pointes de diamant. Il faut encore remarquer que les cannelures verticales sont aptes à compenser les variations journalière de l'incidence solaire , alors que les micro-pointes de diamant permettent o en plus , la compensation dans une certaine mesure des variations saisonnières L'utilisation de deux serres intégrées permet la realisation économique d'un capteur à fluide comme on peut le voir sur la figure 9 . Les deux serres montées en opposition constituent avec un intermédiaire en materiau composite 14 et les joints mousse 18 une structure étanche mais perméable au rayonnement solaire . L'intercalaire 14 réalisé en matériau composite se présente sous la forme d'un cadre qui supporte en 16 l'élement absorbeur 15 .Ce dernier est généralement constitué par deux feuilles métalliques noircies emprisonnant un tube en serpentin contenant le fluide accumulateur Cet ensemble constitue un capteur double faces qui peut être utilisé indifféremment avec l'une ou l'autre face , la face non utilisée jouant le rôle de caisson isolant . L'épaisseur de la lame d'air "e" est choisie de telle sorte qu'il ne s'établisse aucun courant de convection et qu'elle corresponde,par ailleurs, à une isOlation thermique convenable Cependant , selon une utilisation préfèrée et particulièrement avantageuse de l'invention . il est possible d'utiliser les deux faces en disposant un réflecteur 19 comme on peut le voir sur les figures 10 et 11 .Ce réflecteur permet de multiplier au maximum par deux surface élémentaire de captage et par conséquent de concentrer l'energie reçue . Le réflecteur 19 peut être comme sur la figure 10 un mur peint en blanc ou comme sur la figure 11 le revêtement métallique réfléchissant d'un toit Néanmoins , ce type de capteur impose pour assurer la circulation du fluide caloporteur une entrée et une sortie du serpentin 15 . Pour ce faire, la serre intégrée est modifiée comme sur l'exemple donné par la figure 12 Le passage des tuyaux est obtenu directement au moulage sur deux faces opposées de la charpente 2 . La figure 13 donne un exemple de montage ou l'on retrouve le tuyau 21 d'entrée , ou de sortie , protégé par une gaine 22 en mousse isolante assurant l'isolation thermique et l'étanchéité de cette sortie . Notons également que ce capteur peut être fixé et supporté par les éléments 17 directement liés aux collerettes de fixation 3 par les trous 4 La figure 14 montre une autre utilisation particulièrement avantageuse d'une serre intégrée . Il est en effet possible d'utiliser ce dispositif pour former une bache ou serre complète , pour les semis horticoles ou maraichers , par simple dépose sur le terrain ensemencé . La bache ainsi réalisée est légère , imputrescible , économique , et peut à volonté être déplacée facilitant ainsi la remise en condition du terrain à l'aide d'appareils motorisés On donne ci-après un exemple de réalisation d'une serre intégrée utilisable pour la réalisation d'un capteur plan à air .Sur un moule en bois réalisé selon la figure 15 on dépose,après paraffinage de la surface , une première couche de résine constituée par le mélange dont on donne ci-après la composition pondérale ( partie en poids = pp . Norsodyne 601 100 pp ( CDF Chimie ) . Pèroxyde de Méthyléthylcêtone 1,5pp ( Nourylande ) . Naphtéate de cobalt 0,4 pp ( Nourylande ) Sur cette couche de résine catalysée et accélérée on dépose une couche de mat de verre , type UETRO X M 113- 10 , préalablement découpée selon un patron correspondant à la surface développée du moule .Une nouvelle couche de résine est alors appliquée sur le renfort et,à l'aide d'un rouleau, soigneusement ébullé jusqu'à ce que la fibre de verre soit parfaitement mouillée et disparaisse dans la résine . Cette première couche imprégnée correspond à la couche 5 de la figure 3 et constitue la surface éclairante 1 ainsi que le premier renfort des fonctions 2et 3 . Dès que débute la gélification de la première couche de résine l'opération est recommencée pour la couche 6 . Cette couche ne recouvre et ne vient renforcer que la charpente et la collerette de fixation . L'opération est terminée aveo les couches 7 et 8 toujours selon la figure 3 .Après polymérisation complète , à froid , le démoulage est obtenu sans problème compte tenu des phénomènes de retrait .Laserre après ébarbage ponçage et perçage de la collerette 3 peut alors être utilisée La vérification des performances de ce dispositif à été réalisée de la façon suivante Dans une boite sans couvercle , dont les parois ont été préalablement tapissées aveo de la laine de verre , a été disposé un bloc de béton de 327x 41T 10 cm . La surface libre du bloc , peinte en noir mat , a été chapeauté avec la serre intégrée réalisée auparavant . L'ensemble ainsi réalisé simule un mur dont la surface extérieure serait recouverte d'uneserre de captage . Le mur, ainsi reconstitué , a été disposé verticalement la face coté serre orientée vers le sud . Les essais ont été conduits par une journée ensoleillée du mois de janvier , entre 11 et 14 heures , par une température moyenne extérieure de + 80C .La mesure des température a , par ailleurs , été réalisée à l'aide d'un thermomètre dont le bulbe était noyé dans l'épaisseur du béton A 11heures la température du bloc était en équilibre avec la température ambiante , soit +80C ; à 14 heures le thermomètre indiquait + 500C , soit un accroissement de + 420C . Il est alors possible,par le calcul, de retrouver l'énergie absorbée pendant les trois heures d'exposition, soit 2896 W.h Si lton ramène cette énergie ?ar heure et par mètre carré on obtient la valeur de 720 W.h par mètre carré L'énergie solaire étant , au sol , de 1000W.h/m le rendement de l'installation est alors égal à 72% . Dans les mêmes conditions , une surface éclairante en verre à conduit à conduit à un rendement de 76 % , on peut en conséquence estimer que la chute de rendement d'un capteur intégré par rapport à un capteur verre est approximativement de 5 % - REVENDICA?IONS 1. Dispositif de captage modulaire ou serre intégrée permettant la réali sation d'installations de captage d'énergie solaire simples et économiques , caractérisé en ce qu'il est réalisé par moulage d'un matériau translucide, ou transparent , unique,integrant la surface éclairante , la charpente écarteur le système de fixation et /ou d'étanchéité 2 . Dispositif selon la rev-endication Icaractérisé en ce que le matériau utilisé est unnatériau composite translucide associant des fibres de verre coupées et une résine thermodurcissable polyester haute translucidité 3 . Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que les épaisseurs des différentes parties intégrées ne sont pas égales 4 .Dispositif selon les revendications 2 et 3 caractérisé en ce que le moulage peut être effectué au contact ou par projection simultanée 5 . Dispositif selon les revendications 2 et 4 caractérisé en ce que la surface éclairante a un état de surface extérieur propre à faciliter la con centration du rayonnement solaire ; l'état de surface est constitué par de fines cannelures verticales ou par des mioro-pointes de diamant 6 . Dispositif selon les revendications 1 à 5 caractérisé en ce qu > il peut constituer un capteur à air par simple application et fixation , par vis cheville et joint mousse , contre une paroi absorbante 7 .Dispositif selon les revendications 1 à 5 caractérisé en ce qu'il peut être associé en opposition , par l'intermédiaire d'un joint mousse , à un autre dispositif identique pour former l'enveloppe isolante et éclairante d'un capteur à fluide dont la surface de captage est double 8 . Dispositif selon la revendioation 7 caractérisé en ce que la partie "fluide" du capteur est supporté par un cadre en matériau composite verre résine pris entre les collerettes de fixation et deux joints mousse d'étanchéite 9 . Dispositif selon les revendications 7 et 8 caractérisé en ce que deux sorties opposées sont prévues au moulage pour la sortie et l'entrée des tuyaux collecteurs de fluide ; ces derniers étant isolés thermiquement par des tubes en mousse isolante ioulant égaiement le rôle de joint d'étanchéité 10 . Dispositif selonles revendications t à 5 caractérisé en ce qu'il peut constituer une bache ou serre complète pour les semis horticoles ou maraichers par simple dépose sur le terrain ensemencé