Brevet FR2388220A1 — publié le 19781117

La présente invention a pour objet un procédé permettant de réduire les pertes calorifiques par conduction et par convection sur la face exposée au soleil des capteurs solaires dont le rosie est de réchauffer un fluide. Elle a également pour objet dlaméliorer llesthétique des capteurs solaires. Pour réduire les pertes calorifiques par conduction et par convection sur la face avant des capteurs solaires, les techniques aetuelles interposent des matériaux entre la surface captante et l'environnement extérieur. L'état actuel de la technique présente deux inconvénients majeurs : le cott élevé et l'encorbrement de ces matériaux. D'autre part les capteurs existants ont le gros inconvénient d'être inesthétiques, car la surface absorbante peinte en noir est visible. Cet inconvénient est l'une des causes importantes du faible développement du captage de l'énergie solaire dans le chauffage des habitations. Le but que s'est fixé l'invention est de remédier à ces trois inconvnients qui constituent les principaux obstacles au développement de llénergie solaire au niveau du chauffage. Selon l'invention, la surface captante est constituée d'au moins une cellule présentant au moins deux ouvertures. Les parois de la cellule constituent la surface captante. La (ou les) ouvertures qui permet(tent) au rayonnement de pénétrer dans la cellule constitue(nt) la face avant du capteur. La (ou les) autres ouvertures constitue(nt) la face arrière. En faisant circuler un fluide de la face avant vers la face arrière, on récupère la chaleur captée par les parois de la cellule. Ce procédé permet de réduire fortement les pertes par conduction et par convection conrmè se le propose l'invention. En effet le fluide se réchauffe à llintérieur de la cellule en étant aspire vers la face arrière. Dans la mesure où la vitesse de déplacement du fluide est supérieure à la vitesse de conductien de la chaleur dans ce fluide, les pertes par conduction et par convection sur la face avant ne sont dues qulà la différence de température entre la teqpérature d'entrée du fluide dans le capteur et la température extérieure. Gracie à ce procédé on peut réduire le coat et l'encombrement des capteurs solaires en ce sens que les matériaux interposés entre le fluide et l'air ambiant ne servent plus qu'a empêcher le fluide de sortir du capteur. Le roule anti-conductif et anti-convectif de ces zatériau devient réduit. L'application la plus importante de ce procédé est le cas où le fluide à chauffer est l'air ambiant lui-meme. Dans ce cas il n'est plus nécessaire dtintercaler des maté- riaux entre le fluide et l'air ambiant : le capteur se réduit alors à une surface captante constituée selon l'invention. De plus ce procédé permet de palier au problème esthétique. Il suffit pour cela qu'une partie des parois (appelée surface visible) de la cellule soit tournée vers l'ouverture avant de la cellule et que l'autre partie des parois (appelée surface invisible) soit tournée vers l'ouverture arrière. ta cellule ainsi constituée permet de choisir une couleur claire de la surface visible. Ainsi on utilise les pertes calorifiques par réflexion dans la cellule : elles servent à donner au capteur la couleur désirée. La surface invisible doit quant à elle avoir la propriété d'être absorbante au rayonnement solaire. 1l faut également que la (ou les) cellule(s) soi(ent) disposée(s) de telle façon que la surface visible réfldchisse la majeur partie du rayonnement solaire sur la surface invisible. On peut aussi par une disposition judicieuse de la cellule ou par un changement de cette disposition dans le temps, faire en sorte qué la part du rayonnement réfléchie sur la surface invisible soit plus ou moins importante selon les saisons. Ce procédé permet enfin de donner à la cellule une configuration telle quelle soit anti-rayonnante, ctest à dire que pour une température donnée les radiations émises par la cellule vers l'extérieur soient de faible amplitude. Selon une réalisation de l'invention illustrée par la Figure 1 en annexe, la structure cellulaire 1 est composée de plaques à profilé, superposées de telle façon quelles forment entre elles une série de canaux qui donne à l'ensemble une configuration cellulaire. Cette structure est placée dans le cadre 2 qui permet de collecter un fluide qui circule de la face avant vers la face arrière. Un tuyau 3 disposé dans le cadre permet de transférer le fluide vers son lieu d'utilisation. Selon cette réalisation, les plaques sont inclinées par rapport à l'hori- zontale pour rendre une partie des parois invisible. L'angle d'inclinaison sera tel que les parois visibles, peintes d'une couleur choisie, réfléchissent le rayonnement solaire sur les parois invisibles traitées de telle façon qu' elles absorbent le rayonnement. Les capteurs solaires ainsi constitués forment un ensemble pouvant être adapté à chaque utilisation. On peut utiliser par exemple ce type de capteur, suivant l'invention, dans les systèmes de chauffage à air pulsé. Le capteur peut être, par exemple, disposé sur un mur de façade ensoleillé d'un bttiment. Le fluide circulant dans le capteur sera l'air extérieur, qui préchauffé par le capteur sera envoyé à la prise d'air neuf du chauffage à air pulsé. On arrive ainsi en adaptant ce système peu comateux, peu encombrant et esthétique à réaliser des économies importantes dans le chauffage des bâtiments. Un autre avantage de ce dispositif est de réduire les pertes thermiques du bâtiment puisque le capteur disposé contre le mur de ce batment empêche une partie des calories de s'échapper vers ltextérieur. De ce fait on se rend compte qutil est préférable de construire un capteur à bas prix au mètre carré avec un rendement médiocre mais qui couvre l'ensemble des parois ensoleillées du bâti- ment.Ainsi le capteur solaire joue le double rtle de chauffer l'air neuf du du chauffage à air pulsé et de réduire les pertes thermiques du bttiment. Selon une autre réalisation de l'invention illustrée par la Figure 2 en annexe, la structure cellulaire 1 est un module du type claustra en céramique dont les canaux 2 sont orientés de l'extérieur vers l'intérieur du mur 3 du ha^timent et inclinés par rapport à l'horizontale de façon à ee qu'une partie des canaux soit visible et peinte d'une couleur choisie et que la partie restée invisible des surfaces des canaux soit traitée pour quelle soit absorbante au rayonnement solaire.Ce module est empilé contre le mur 3 du bâtiment à chauffer en laissant un espace d'air 4 entre le capteur ainsi formé et le mur du bâti- ment Le capteur ainsi constitué forme un ensemble lié au timent ; suivant l'invention, il est également adapté pour les systèmes de chauffage à air pulsé. t'air est aspiré dans les canaux formés par les modules, passe dans ltespace entre le capteur et le mur du bâtiment et est collecté et envoyé à la prise d'air neuf du chauffage à air pulsé. tes capteurs solaires selon les deux réalisations précédemment décrites peuvent avoir un usage plus étendu. En effet, on a vu que ces capteurs placés contre les murs d1un bâtiment réduisaient les pertes calorifiques du bâtiment. il peut etre envisagé de couvrir l'ensemble des murs du bâtiment de ces capteurs. l'hiver, l'air aspiré cdes capteurs exposés au soleil est envoyé à l'air neuf du chauffage à air pulsé, ce qui réalise des économies de chauffage. Les capteurs non exposés au soleil seront branchés à l'extraction de la ventilation du batiment. L'air extrait à la température intérieure du bâtiment formera une lame d'air ventilée sur les façades à l'ombre du batiment et servira donc à réduire les pertes calorifiques du bâtiment. t'été, ce seront les capteurs à l'ombre qui seront branchés à la prise d'air neuf et l'air extrait sera envoyé vers les capteurs exposés au soleil. On pourra ainsi rafraichir le bâtiment. On choisira un angle d'inclinaison des canaux du capteur par rapport à l'horizontale de telle façon qu'il y ait sur les capteurs exposés au soleil un maxi- mum d'absorption du rayonnement solaire l'hiver et un maximum de réflexion du rayonnement solaire frété, On peut également utiliser ces capteurs pour récupérer ou utiliser l'énergie du vent. En effet, la surface des capteurs étant importante, la force qu'exerce le vent sur cette surface est loin d'être négligeable. On peut enfin utiliser une pompe à chaleur qui permettrait de récupérer les calories de l'air extrait. On améliore ainsi le coefficient de performance des pompes à chaleur. Dans une autre utilisation de la pompe à chaleur on peut transférer le surplus de calories récupéré dans le capteur vers un lieu dluti- lisation comme un chauffe-eau ou vers un stockage qui servirait å fournir des calories lorsque l'énergie récupérée par le capteur est insuffisante en faisant fonctionner la pompe à chaleur en sens inverse. L'invention ayant maintenant été exposée et son intérêt justifié par des exemples détaillés, le deamndeur sten réserve l'exclusivité pendant toute la durée du brevet, sans limitation autre que celle des termes des revendications çl-après. REYENDIGATIONS 1- Installation pour l'absorption de l'énergie solaire, en vue de modifier la température d'un fluide tel que l'air, utilisée dans un inuaeuble qui comprend au moins une cellule de type anti-rayonnante caractérisée par le fait qu1il y a au moins une ouverture appelée face avant qui laisse pénétrer le rayonnement solaire et au moins une autre ouverture appelée face arrière, et que le fluide se déplace dans la (ou les) cellule(s) de la face avant vers la face arrière. Le fluide se réchauffe en contact des parois de la ou les cellules(s). 2- Installation selon la revendication 7, caractérisée par le fait que les cellules sont disposées de telle façon qutune partie seulement de leurs parois soient visibles de la face avant, ces parois visibles étant d'une couleur choisie alors que les parois invisibles de la face avant doivent avoir la propriété d'titre absorbantes au rayonnement solaire. 3- Installation selon les revendications 1 et 2, caractérisée par le fait que les cellules sont formées par des plaques à profilé, superposées. 4- Installation selon les revendications 1 et 2, caractérisée par le fait que les cellules sont formées de modules de type claustra en céramique.