Brevet FR2484617A1 — publié le 19811218

PROCEDE DE CHAUFFAGE SOLAIRE ET BATIMENT EQUIPE POUR LA MISE EN OEUVRE DE CE PROCEDE L'invention concerne un procédé de chauffage de bâtiments, au moins partiellement à partir énergie solaire ; elle s'étend aux bâtiments réalisés pour la mise en oeuvre de ce procédé, notamment maisons individuelles, petits immeubles collectifs, etc... De nombreuses études ont été menées ces dernières annéés, sur les installations de chauffage qui utilisent l'énergie solaire, dans le but de réaliser des économies de consommation sur les sources énergétiques traditionnelles. En particulier, un système fréquemment préconisé consiste à prévoir une pluralité de capteurs solaires sous forme de panneaux exposés au rayonnement solaire et à réchauffer dans ces capteurs un liquide caloporteur,en général de l'eau, qui est amené à circuler dans des radiateurs placés dans les pièces à chauffer. Toutefois, ces installations présentent plusieurs inconvénients. En premier lieu, elles sont mal adaptées pour conditionner une température à peu près uniforme quel que soit l'état de llensoleillement : ces installations fournissent en période de plein ensoleillement des excès calorifiques qui sont perdus et sont inaptes, en l'absence de rayonnement notamment en périodes nocturnes, à fournir un apport sensible de chaleur. En outre, le surcoût que représentent ces installations est relativement élevé et n'est amorti que sur de très longues durées de fonctiönnement. Par ailleurs, les capteurs solaires sont en pratique difficiles à loger en façade ou en toiture des bâti- ments et leur présence est généralement très inesthétique. La présente invention se propose de remédier aux inconvénients sus-évoqués des installations classiques de chauffage par énergie solaire. Un des objectifs de l'invention est en particulier de permettre une bonne régulation de la température intérieure du bâtiment au cours de périodes d'ensoleillement et de périodes de non-ensoleillement. Un autre objectif est de permettre la réali sation d'un bâtiment dont le surcoût provenant de la nature solaire du chauffage est relativement réduit en raison de la simplicité des éléments additionnels exigés. Un autre objectif est de faciliter l'inté gratlon des moyens de captage dans le bâtiment et de permettre de conserver le caractère attrayant de l'aspect de bâtiments traditionnels, A cet effet, le procédé conforme à l'invention consiste à réaliser à l'intérieur du bâtiment au moins un mur de refend constitué de deux épaisseurs séparées par une lame d'air, à capter sur au moins une face du bâtiment le rayonnement solaire pour rechauffer de l'air, à envoyer au moins une partie de cet air entre les deux épaisseurs du mur de refend et à le distribuer dans les pièces principales du bâtiment par des bouches ménagées dans ledit mur de refend. Le mur de refend sus-évoqué peut être réalisé avec deux épaisseurs de forte inertie athermique, constituées chacune en briques de hauteur d'étage dont les alvéoles verticales sont remplies d'un matériau à l'état divisé de masse thermique élevée, en particulier du sable. En outre, selon une autre caractéristique de l'invention, le captage du rayonnement solaire est assuré, au moins partiellement, par une serre disposée sur une des fa çades du bâtiment, notamment sur une façade exposée au sud ou sud-ouest pour des latitudes telles que celles de la France cette serre est délimitée par un vitrage frontal et par un mur absorbant arrière de grande inertie thermique, qui constitue un des murs de façade du bâtimen-; Ce mur peut être réalisé, comme précédemment, au moyen de briques de hauteur d'étage remplies de sable, la face externe desdites briques étant munie d'une peinture sombre mate. L'air réchauffé dans la serre est, de préférence, envoyé entre les deux épaisseurs du mur de refend au moyen de gaines enterrées dans une couche de galets, qui forme le sol de la serre. Une partie de l'air réchauffé de la serre peut également être envoyé directement vers les pièces adjacentes par des ouvertures pratiquées dans le mur absorbant. Par ailleurs, selon une autre caractéristi que du procédé de l'invention, les murs de façade autres que le mur absorbant sont réalisés de façon à présenter une inertie thermique élevée et équipés d'une isolation externe. Ils peuvent en particulier être réalisés, comme précédemment, par des briques de hauteur d'étage remplies de sable,'avec une couche d'un matériau isolant, accolée auxdites briques du c8té extérieur. Ainsi, dans le procédé de l'invention, le chauffage est effectué au moyen d'air réchauffé par l'énergie solaire, qui est amené à céder une partie de sa chaleur par convection aux épaisseurs du mur de refend, cet air étant ensuite soufflé dans les pièces principales. Celles-ci sont donc chauffées par deux voies, d'une part, par émission des faces externes du mur de refend, d'autre part, par soufflage d'air. En outre, le mur de refend, les murs de façade et le mur absorbant de la serre, de grande inertie thermique, accumulent une quantité importante de calories pendant les périodes d'en- soleillement pour la restituer ensuite, notamment en période nocturne. Notons que les pièces adjacentes au mur absorbant sont également chauffées par émission de la face intérieure de ce mur et le cas échéant, par soufflace direct d'une partie de l'air de la serre. Les moyens de captage constitués par la serre et son mur absorbant peuvent être aisément intégrés dans une façade du bâtiment, sans nuire à l'esthétique de ce dernier ; au contraire, la serre pourvue de plantes peut être un facteur d'amélioration de l'aspect attrayant de celui-ci. En outre, les divers moyens sus-évoqués qui utilisent de l'air comme seul fluide caloporteur sont d'un coût relativement modeste et le transfert de chaleur grâce au mur de refend permet de supprimer les échangeurs et radiateurs qui sont nécessaires dans les systèmes classiques, de sorte que le procédé de l'invention entralne des surcoûts peu importants. Par ailleurs, en saison chaude, le bâtiment peut être ventilé en envoyant entre les deux épaisseurs du mur de refend de l'air frais extérieur lorsque celui-ci se trouve à une température inférieure à une température donnée le mur de refend sert dans ce cas à stocker des frigories pour réfrigérer le bâtiment. Bien entendu, la serre est alors occultée par un store ou volet extérieur réfléchissant le rayonnement solaire. L'invention ayant été exposée dans sa forme générale, la description qui suit, en référence aux dessins annexés en présente à titre d'exemple non limitatif un mode de mise en oeuvre ; sur ces dessins la figure 1 est une coupe verticale partielle d'une maison d'habitation, illustrant le procédé de l'invention, la figure 2 est une coupe verticale partielle de l'angle de cette maison exposé au Sud-Ouest, les figures 3 et 4 sont des coupes analogues à celles des figures 1 et 2, illustrant le fonctionnement en période chaude, la figure 5 est une coupe schématique de la maison par un plan vertical , parallèle au mur de refend et passant entre les épaisseurs de celui-ci, les figures 6 et 7 sont des vues partielles en perspective illustrant respectivement la structure du mur de refend et d'un mur de façade, les figures 8 et 9 sont des vues en plan de la maison respectivement au niveau du rez-de-chaussée et au niveau de l'étage, les figures 10 et 11 sont des vues analogues à celles des figures 8 et 9, illustrant le fonctionnement en saison chaude. Le bâtiment représenté à titre d'exemple aux figures pour illustrer le procédé de l'invention est une maison individuelle d'habitation à 2 étages dont on ne décrira que les caractéristiques qui ont un lien direct avec l'invention. Cette maison possède sur sa façade SUD une serre 1 comprenant un vitrage frontal incliné 2, un mur arrière absorbant 3 et un sol de galets 4. Au niveau de la façade OUEST, la serre 1 est fermée par un vitrage vertical 5 qui se poursuit au delà de l'angle SUD-OUEST de la maison pour réaliser un mur du type mur "Trombe" avec le mur absorbant 3. Les vitrages 2 et 5 sont équipés de volets roulants à lames orientables qui sont relevés en hiver pour laisser passer le rayonnement solaire et permettent en été d'occulter les vitrages en réfléchissant le rayonnment. En outre, le vitrage 2 est pourvu de prises d'air frais telles que 7. Le mur absorbant 3 est réalisé en briques de hauteur d'étage en terre cuite, avec des alvéoles verticaux remplis de sable. Sa face externe est revêtue d'une couche de peinture noire matou autre peinture de couleur foncée. Ce mur comprend des ouvertures hautes telles que 8 et basses (notamment au niveau du mur Trombe) telle que 9, qui débouchent dans les pièces adjacentes. Dans le sol en galets 4 est enterré un réseau de gaines 10, pourvues de lumières ou bouches permettant l'aspiration de l'air de la serre. Ces gaines sont reliées à un conduit d'air 11 équipé de moyens de mise en circulation de l'air tel que extracteur 12. Un conduit d'air frais 13 débouchant à l'extérieur sur une façade fraîche de la maison (façade Nord) est également relié à l'extracteur 12, lequel présente deux positions, une position -été- dans laquelle il aspire l'air frais par le conduit 13 et une position -hiverdans laquelle il aspire l'air de la serre par le conduit 11. En aval de l'extracteur, le conduit d'air débouche dans un mur de refend intérieur 14 constitué de deux parois 14a et 14b séparées par une lame d'air, qui s'étendent sur toute la hauteur de la maison et sur toute sa longueur (de la façade EST à la façade OUEST). Comme le schématise la figure 6, chaque paroi 14a ou 14b du mur de refend est réalisé en briques de hauteur d'étage, en terre cuite, dont les alvéoles verticaux sont remplis de sable. Comme le montre la figure 5 (coupe parallèle aux parois du mur de refend, au niveau de la lame d'air), entre les parois 14a et 14b l'air est guidé par des plaques 15 suivant un trajet préférentiel passant au niveau de bouches telles que 16 ménagées dans les parois 14a ou 14b et débouchant dans les pièces adjacentes. Les plaques 15 sont ouvertes à leur extrémité et percées d'ajours tels que 17 pour permettre à l'air de diffuser dans toute la lame d'air séparant les parois 14a et 14b du mur de refend. Le mur de refend qui s'étend dans toute la longueur de la maison et présente une surface importante forme une masse thermique de stockage de chaleur très importante en outre, il permet de distribuer commodément l'air de façon appropriée vers les diverses pièces grâce à de simples bouches 16 convenablement positionnées. Par ailleurs, les murs de façade de la maison sont réalisés comme le schématise la figure 7, en briques de hauteur d'étage 18, en terre cuite dont les alvéoles verticaux sont remplis de sable 19. Du côté externe, ces briques sont équipées d'une couche d'isolant 20 par exemple couche de polystyrène de 4 cm d'épaisseur. Un crépis externe étanche 21 est disposé sur cette couche avec interposition de moyens classiques améliorant l'accrochage de celui-ci. En outre, la maison est pourvue de moyens de chauffage d'appoint, de préférence électrique, mais pouvant éventuellement utiliser toute source traditionnelle. Elle est équipée d'un système de régulation, de type connu en soi, adapté pour assurer, d'une part, la mise en fonctionnement de ce chauffage d'appoint au-dessous d'une température minimum à l'intérieur du bâtiment, d'autre part, un arrêt de la circulation de l'air réchauffé par l'énergie solaire au-delà d'une température maximum à l'intérieur du bâtiment. A cet effet, des sondes de température de type classique sont disposées à l'intérieur de la maison. Le système de régulation comprend également une ou des sondes de température disposées dans la serre 1, en vue d'interrompre la circulation de l'air réchauffé par l'énergie solaire, dans le cas où la température de cet air descend au-dessous d'une température limite déterminée ; cette disposition évite, en cas de basse température dans la serre, que les calories du chauffage d'apoint soient dissipées inutilement par l'arrivée d'air froid. Par exemple, en saison froide, la sonde intérieure du bâtiment peut déclencher le fonctionnement du chauf fage d'appoint à partir d'une température minimum de l'ordre de 18ex, et interrompre la circulation de l'air réchauffé au-dessus d'une température intérieure de l'ordre de 22 ec e De plus, la sonde disposée dans la serre 1 peut assurer un arrêt de la circulation de l'air de la serre lorsque celui-ci passe au-dessous de 19 C. Les figures la 2, 8 et 9 illustrent le fonctionnement du système en saison froide. L'air de la serre est réchauffé, d'une part, par effet de serre derrière les vitrages 2 et 5, d'autre part, par rémission du mur absorbant qui absorbe une partie des calories, les accunule et les réémet vers la serre et vers les pièces adjacentes L'air réchauffé est aspiré dans les gaines 10 qui reçoivent également des calories par contact avec les galets 4 Cet air est délivré dans le mur de refend 14 auquel il tranfère une partie de sa chaleur, l'autre servant à réchauffer directement les pièces dans lesquelles cet air est soufflé par les bouches 16. Les deux parois du mur de refend 14 accumulent de la chaleur qu'elles restituent ensuite en période de non ensoleillement. /des ièCeEy outre a les murs de façade réchauffés par l'air ambiant/assurent également un stockage de chaleur qui est restitué en période plus froide, notamment nocturne. On obtient ainsi, par un stockage de chaleur considérable (au niveau du mur absorbant de grand masse thermique, du mur de refend de grande masse thermique et des murs de façade de grande masse thermique et isoles par l'extérieur) une régulation naturelle de température, laquelle; combinée à un captage solaire efficace et discret sur le plan esthétique, fournit un ensemble particulièrement performant, économique et apte à s'intégrer dans l'architecture de la plupart des bâtiments ou maisons. Le système présente en outre l'avantage d'être réversible en saison chaude et de permettre de stocker des frigories. Les figures 3, 4, 10 et 11 illustrent le fonctionnement en saison chaude. La serre est ouverte eut occultée au moyen des volets roulants 6 et l'extracteur/aspire de l'air frais extérieur par le conduit 13. Une sonde de température disposée à l'extérieur permet d'assurer le soufflage d'air extérieur lorsque celui-ci est à une température inférieure à une température déterminée et d'interrompre ce soufflage dans le cas contraire. Par exemple, ce soufflage peut être assuré la nuit ; les frigories ainsi tranférées sont accumulées essentiellement dans le mur de refend et conditionnent une excellente régulation de la température, évitant toute montée en température à l'intérieur de la maison. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au te mes de la description précédente, mais en comprend toutes/variantes. Il est par exemple possible de prévoir plusieurs murs de refend à l'intérieur du bâtiment, agencés pour donner un stockage de chaleur approprié et permettre une aistribution satisfaisante dans les pièces en fonction de leur répartition. De plus, les mur absorbant, mur de refend et mur de façade, de grande inertie thermique, peuvent le cas échéant, être réalisés par d'autres moyens que ceux décrits, ces derniers étant préférentiels -mais non exclusifs en raison de leur grande efficacité et de leur coût modéré. REVENDICATIONS 1/ - Procédé de chauffage au moins partiel d'un bâtiment au moyen d'énergie solaire, caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser à l'intérieur du bâtiment au moins un mur de refend (14) constitué de deux épaisseurs (14a, 14b) séparées par une lame d'air, à capter sur au moins une face du bâtiment le rayonnement solaire pour échauffer de l'air, à envoyer au moins une partie de cet air entre les deux épaisseurs (14a, 14b) du mur de refend et à le distribuer dans les pièces principales du bâtiment par des bouches (16) ménagées dans ledit mur de refend. 2/ - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on réalise le mur de refend (14) avec deux épaisseurs de forte inertie thermique. 3/ - Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque épaisseur (14a ou 14b) du mur de refend est réalisée en briques de hauteur d'étage disposées verticalement avec des alvéoles verticaux remplis d'un maté riau à l'état divisé de masse thermique élevée, en particulier du sable. 4/ - Procédé selon l'une des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que l'air est guidé entre les deux épaisseurs (14a, 14b) du mur de refend suivant un trajet préférentiel passant au niveau des bouches (16). 5/ - Procédé selon l'une des revendications 1, 2, 3 ou4,caracterisé en ce que le captage du rayonnement solaire est assuré par une serre (1) disposée sur une des fa çades du bâtiment et délimitée par un vitrage frontal (2, 5) et par un mur absorbant arrière (3) de grande inertie thermique constituant un des murs de façade du bâtiment. 6/ - Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'air réchauffé de la serre (1) est envoyé entre les épaisseurs (14a, 14b) du mur de refend au moyen de gaines (10) enterrées dans une couche de galets (4) formant le sol de la serre. 7/ - Procédé selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que le mur absorbant (3) de la serre est réalisé en briques de hauteur d'étage, disposées verticalement avec des alvéoles verticaux remplis d'un matériau à l'état divisé de masse thermique élevée, en particulier par du sable, la face externe des briques étant munie d'une peinture sombre mate. 8/ - Procédé selon l'une des revendications a 6 ou 7, caractérisé en ce qu'une partie de l'air réchauffé de la serre (1) est envoyé directement vers les pièces adjacentes par des ouvertures (8) pratiquées dans le mur absorbant. 9/ - Procédé selon l'une des revendications 5, 6, ou 7, caractérisé en ce que les murs de façade du bâtimen autre que le mur absorbant sont oralisés de façon à présenter une inertie thermique élevée, avec une isolation externe (20). 10/ - Procédé selon la revendication 9, ca ractérisé en ce que les murs de façade sont réalisés en brique (18) de hauteur d'étage, disposées verticalement avec des alvéoles verticaux remplis d'un matériau à l'état divisé (19) de masse thermique élevée, en particulier du sable, une couche (-) d'un matériau isolant étant accolée auxdites briques du coté extérieur. 11/ - Procédé selon l'une des revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 ou 10, dans lequel on assure un chauffage d'appoint traditionnel et une régulation realisant, d'une part1 la mise en fonctionnement de ce chauffage d'appoint audessous d'une température minimum à l'intérieur du bâtiment, d'autre part, un arrêt de la circulation de l'air réchauffé par l'énergie solaire au-delà d'une température maximum à l'intérieur dudit bâtiment. 12/ - Procédé selon l'une des revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 ou 11, dans lequel on interrompt la circulation de l'air réchauffé par l'énergie solaire dans le cas où la température de cet air descend au-dessous d'une température limite déterminée. 13/ - Procédé selon l'une des revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 ou 12, permettant une ventilation du bâtiment en saison chaude, caractérisé en ce que, en saison chaude, on envoie entre les deux épaisseurs (14a, 14b) du mur de refend, de l'air extérieur lorsque celui-ci se trouve à une température inférieure à une température déterminée. 14/ - Bâtiment doté de moyens de chauffage solaire pour la mise en oeuvre du procédé conforme à l'une des revendications précédentes. 15/ - Bâtiment selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un mur de refend intérieur (149 de grande inertie thermique constitué par deux épaisseurs (14a, 14b) séparées par une lame d'air, des bouches de soufflage 16/ - Bâtiment selon la revendication 15, ca ractérisé en ce que le mur de refend (14) est constitué de deux épaisseurs (14a, 14b) formées chacune par des briques en terre cuite de hauteur étage disposées verticalement avec des alvéoles verticaux remplis de sable, les murs de façade étant constitues par des briques (18) en terre cuite de hauteur d'étage, disposées verticalement avec des alvéoles verticaux remplis de sable (19) et une couche d'isolation (20) acco lée sur la face externe des briques. 17/ - Bâtiment selon l'une des revendications 15, ou 16, caractérisé en ce que les moyens de captage de l'é- nergie solaire comprennent une serre