Brevet FR2443557A1 — publié le 19800704

La présente invention concerne des fenêtres spéciales destinées aux bâtiments en vue d'une meilleure utilisation de 11 énergie solaire reçue par ces bâtiments ou leurs annexes. Par le terme de bâtiments, nous entendons aussi bien les habitations résidentielles, que les ensembles immobiliers à usage divers : commerce, enseignements, activités tertiaires de toute nature, ou ceux à usage agricole ou industriel, ainsi d'ailleurs que des volumes formant abris, tels que des serres, des structures gonflables, des ensembles immobiliers avec toit ouvrant,etc, et de manière générale toute construction temporaire ou à long terme. Ces bâtiments comportent en général des ouvertures, de formes très variées, de surface très variable, laissant entrer la lumière extérieure; nous emploierons le terme de baies vitrées pour désigner ces ouvertures En période de chauffage des bâtiments, durant l'hiver par exemple, les pertes thermiques des baies vitrées sont en général importantes lorsque la différence de température entre l'intérieur du bâtiment et l'extérieur est élevée. les coefficients de transmission thermique des vitrages, et de manière générale des matériaux trasparents ou translucides, sont en effet relati remuent importants. Même en utilisant des doubles vitrages ou des surfaces réfléchissant les infrarouges, les pertes thermiques demeurent importantes par les baies vitrées.On aurait donc intérêt, en principe, à réduire leur surface pour éviter les déperditions des batiments par ces ouvertures. D'autre part, des apports énergétiques ont lieu à travers les ouvertures des bâtiments grâce au rayonnement solaire, même par ciel couvert. Cependant ces apports énergétiques à travers les baies vitrées sont souvent largement compensés par les pertes thermiques allant de l'intérieur du bâtiment vers l'extérieur. lorsque les apports solaires à travers une ouverture sont plus importantes que les pertes thermiques, nous dirons que le bilan énergétique est positif; dans le cas contraire, il sera dit négatif. les fenêtres solaires chauffantes à concentration qui constituent la présente invention, visent à obtenir un bilan énergétique moyen journalier positif, le plus élevé possible, durant le plus grand nombre de journées de chauffage des bâtiments possible, ou tout au moins à obtenir un bilan énergétique négatif le plus faible possible lorsque les conditions climatiques sont particulièrement défavorables. Dans son principe, ceci est réalisé en ayant une grande surface extérieure captatrice à travers laquelle se font les apports solaires et une petite surface intérieure collectrice permettait l'entrée dans le bâtiment de ces apports solaires sous forme d'un flux lumineux concentré.Ce flux lumineux participe également à l'éclairage de l'intérieur du bâtiment, comme pour des ouvertures ordinaires, mais il peut être ou non absorbé en partie à l'intérieur du bâtiment par des surfaces absorbantes placées sur le trajet des rayons lumineux afin d'éviter un ébluuissement causé par un éclairage trop Intense. les fenêtres, objets de l'invention, comportent un système collecteur à concentration tourné vers l'extérieur du bâtiment et permettant de recueillir l'énergie solaire et de la concentrer. Nous appellerons face extérieure, la face d'entrée de ce système collecteur à concentration. Ce dernier concentre les rayons solaires, directes ou diffus, sur une ouverture du batiment, munie ou non d'une paroi transparente ou translucide, et dont la surface située sur la surface interne du bâtiment sera appelée la face intérieure de la fenêtre. Le rapport entre l'aire de la face intérieure et l'aire de la face extérieure de la fenêtre est évidemment inférieure à l'unité, sinon il n'y aurait pas de phénomène de concentration. le système collecteur et concentrateur d'énergie solaire ne constitue pas l'invention proprement dite, mais c'est t'adap- tation d'un concentrateur directement sur une ouverture d'un bâtiment qui constitue l'originalité de l'invention. En effet les concentrateurs ont été jusqu'à présent utilisés pour des capteurs à caloporteurs. par contre, l'adaptation d'un concentrateur sur une ouverture de bâtiment donne un ensemble nouveau et original constituant une fenêtre à grande ouverture extérieure et faible ouverture intérieure.le système concentrateur peut être de type à réfraction, telle qu'une lentille de Fresnel par exemple, ce système étant placé sur la face extérieure de la fenetre.Le système concentrateur peut également être à réflexion, de forme variée, cylindrique, parabqlique, en spirale d'archimède, etc,et il est alors situé entre les faces extérieure et intérieure de la fenêtre Deux techniques peuvent être employées simultanément, le concentrateur à réfraction étant couplé avec celui à réflexion. Donnons quelques exemples de réalisations possibles de telles fenêtres solaires chauffantes à concentration. Un concentrateur pyramidal peut être employé tout le long d'une façade de bâtiment. le concentrateur peut être formé par une structure directement construite avec l'enveloppe du bâtiment ou être formé d'éléments préfabriqués rapportés sur l'enveloppe du bâtiment. La face extérieure de la fenêtre solaire est alors un rectangle dont le grand côté est horizontal et peut#etre situé soit en fa çade orientée vers le sud, soit en toiture également tournée vers le sud pour avoir un ensoleillement maximal l'hiver* Cette orientation est donnée seulement à titre d'exemple, des orientations quelconques, sud-ouest et sud-est, en particulier, peuvent être reconnues comme également favorables.la face intérieure de la fenêtre solaire chauffante peut alors présenter diverses formes en fonction des concentrateurs pyramidaux retenus.La forme la plus simple peut être également un rectangle dont le grand côté est horizontal, homothétique de la face extérieure, le rapport d'homothétie pouvant être variable mais la face intérieure étant d'une aire inférieure à celle de la face extérieure.Dans une autre forme possible de réalisation la face intérieure de la fenêtre peut être un ensemble de rectangles dont le grand côté est vertical, le collecteur pyramidal étant alors segmenté en un ensemble de collecteurs pyramidaux placés côte à côte. Dans le cas d'un collecteur conique, la face extérieure de la fenêtre peut être ronde et la face intérieure est également une surface limitée par un cercle, les deux cercles, d'entrée et de sortie, n'étant pas nécessairement centrés sur le meme axe. L'emplacement de ces fenêtres chauffantes dans les bâtiments peut être extrêmement divers. Elles peuvent être employées soit en façade, en pignon, en toiture, ou former toute une partie du bâtiment s'il s'agit d'une adaptation à des serres. Des modules industriels de fenêtres solaires chauffantes sont envisagés, permettant une bonne intégration dans les enveloppes des bâtiments, cependant une construction directe avec ou non les matériaux de l'enveloppe est également possible.Ces fenêtres solaires peuvent comporter de nombreux accessoires sans que cela modifie l'originalité de l'invention. Ces accessoires peuvent être, par exemple, des volets permettant d'obturer les faces extérieures et/ou intérieures des fenêtres, la commande de ces volets pouvant être quelconque, manuelle ou automatique. D'autres composants, telles que des surfaces réfléchissantes, diffusantes ou absorbantes, peuvent être rajoutées à ces fenêtres sans pour autant modifier le caractère original de l'invention. Tout système de reprise de l'air situé entre les faces extérieure et intérieure des fenêtres solairee ne modifie pas l'invention. REVENDICATIONS 1.Fenêtres permettant de capter et de concentrer le rayonnement solaire sur une ou plusieurs ouvertures donnant sur l'intérieur d'un b#timent.le flux lumineux concentré rentre à l'intérieur du bâtiment donnant un apport énergétique pour le chauffage.le concentrateur est adapté directement sur une ouverture du b#timent.l'aire de la face extérieure est inférieure à celle de la face intérieure. 2.Dispositif selon la revendication r, caractérisé par le fait que le système concentrateur du rayonnement solaire peut être de type à réfraction ou à réflexion, ou éventuellement combiner les deux types 3.Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la face extérieure de la fenêtre peut être une surface plane, ou être formée d'un ensemble de surfaces planes formant des angles entre elles, ou également entre une surface quelconque de forme régulière ou non. 4.Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par d' le fait que la face intérieure de la fenêtre est/avoir une forme quelconque qui sera définie par le type de concentrateur.Cette face intérieure sera couverte, en général, d'un matériau transparent ou translucide. 5.Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que ces fenêtres peuvent être des éléments modulaires industriels ou artisanaux, rapportés sur la structure du bâtiment. 6.Dispositif selon la revendication 5; caractérisé par le fait que ces fenêtres peuvent être construites directement comme une partie de la structure du bâtiment. Cette structure sert alors de support pour les faces extérieure et intérieure, pour les matériaux qui les constituent ainsi que pour les systèmes servant à la concentration du flux lumineux.