Brevet FR2544469A1 — publié le 19841019

BATIMENT EQUIPE D'UNE INSTALLATION DE CLIMATISATION SOLAIRE La présente invention a pour objet un bâtiment équipé d'une installation de climatisation solaire, et plus précisément de climatisation solaire par système actif. I1 est connu d'utiliser l'énergie solaire pour le chauffage de bâtiments. Néanmoins, les installations existantes visent à fournir de la chaleur à haute température, soit sous forme d'un courant d'air de convection, soit par fourniture de calories au circuit d'eau d'une installation de chauffage central à l'aide d'un échangeur thermique situé entre le circuit d'eau de l'installation de chauffage central et un circuit primaire dans lequel circule le liquide passant par le capteur solaire. Cependant, en période hivernale, l'énergie solaire disponible est insuffisante pour permettre un chauffage principal à haute température et ne peut, de ce fait, que servir d'énergie d'appoint. En outre, dans le cas d'un circuit primaire contenant un liquide passant par le capteur, il convient d'utiliser un mélange d'eau et d'antigel, ce qui limite la capacité de stockage thermique par rapport au cas où le circuit ne contiendrait que de l'eau pure. La présente invention vise à fournir un bâtiment comportant une installation de chauffage solaire adaptée pour utiliser l'énergie solaire comme énergie de chauffage de base à basse température, et non pas comme énergie d'appoint, comme tel est le cas habituellement. A cet effet, dans le bâtiment qu'elle concerne, du type comprenant un réservoir de stockage du liquide circulant dans le capteur solaire, le réservoir s'étend au moins sur toute la hauteur habitable du bâtiment, et comprend, dans ses parois, des éléments conducteurs thermiques en liaison avec des éléments conducteurs thermiques inclus dans les planchers et cloisons de distribution de ce bâtiment, adjacents au réservoir. Le terme "capteur solaire" utilisé précédemment ne concerne pas un capteur unique, mais une batterie de capteurs dont le nombre et la surface sont fonctions du volume du bâtiment. La masse de liquide contenue dans le réservoir étant importante et jouant un rôle d'accumulateur thermique, n'est pas chauffée à haute température, mais à une température de l'ordre de 25 à 300. Elle transmet des calories par conduction aux parois du réservoir, qui jouent le rôle d'accumulateurs et restituent des calories dans les pièces adjacentes aux parois du réservoir. En outre, les éléments conducteurs que contien nent les parois du réservoir, transmettent des calories aux éléments conducteurs contenus dans les planchers et cloisons de distribution adjacents aux parois du réservoir. Ces planchers et cloisons jouent également un rôle d'accumulateurs, et restituent des calories dans les pièces dans lesquelles ils sont situés. Selon une forme d'exécution de ce bâtiment, les parois de la cuve, ainsi que les planchers et cloisons qui lui sont adjacents, sont réalisés en béton armé avec contact entre les éléments d'armature de la cuve et ceux des planchers et cloisons voisins. Cette solution est intéressante car les éléments d'armature, outre leur fonction d'augmentation de la résistance du béton, jouent le rôle d'éléments de conduction, tandis que le béton lui-même est un excellent accumulateur de chaleur. De préférence, dans ce cas, la surface d'échange thermique entre les éléments d'accumulation, constitués par les parois du réservoir, les planchers et cloisons adjacents aux parois du réservoir, possède une valeur telle que l'on ait 1 m3 de volume à chauffer pour I m2 de surface d'échange. Avantageusement, les cloisons de distribution en contact avec les parois de la cuve ne sont pas en contact direct avec les murs extérieurs, et les planchers en contact avec les parois de la cuve ne sont solidaires que par points des murs extérieurs. I1 est ainsi créé une enveloppe isolée vis-à-vis de l'extérieur, parfaitement indépendante des éléments de stockage et de diffusion de calories. De ce fait, l'ensemble cuve, planchers et cloisons de distribution, forme un pont thermique de faible résistance et de forte inertie, qui perd ses calories par déperdition naturelle dans l'enveloppe, qui possède, par opposition, une très grande résistance thermique et peu d'inertie. Il est possible d'améliorer les conditions de fonctionnement de ce système, en prévoyant en façade sud une toiture inclinée sensiblement à 700 et portant les capteurs solaires et en prévoyant, au niveau de la façade nord, des pièces telles que garage, atelier ou buanderie, qui forment un volume tampon favorisant l'isolation du bâtiment. Selon une caractéristique de l'invention, la cuve comprend deux parties superposées, à savoir une partie inférieure située dans la zone habitable, et une partie supérieure qui, communiquant avec la partie inférieure située dans les combles et isolée thermiquement vis-à-vis de l'extérieur, contient un certain nombre de récipients en forme de tubes, remplis de produit susceptible de changer d'état dans la zone de température dans laquelle l'eau contenue dans la cuve peut être chauffée par le capteur solaire, une pompe étant prévue qui assure la circulation de liquide entre les parties inférieure et supérieure de la cuve. Selon une forme avantageuse d'excécution, les récipients, placés dans la partie supérieure de la cuve, sont remplis d'un produit connu sous le nom de CHLIAROLITHE. La présence d'un tel produit améliore la capacité d'emmagasinage de calories dans le réservoir. En effet, ce produit changeant d'état à 280C, température qui est dépassée dans la partie supérieure de la cuve en période diurne et par temps ensoleillé, lorsqu'il se produit un refroidissement dans le réservoir et que la température en partie haute de celui-ci passe en-dessous de 28"C, la CHLIAROLITHE se cristallise, ce qui se traduit par une réaction exothermique, et par suite par un dégagement de calories. Selon une autre caractéristique de l'invention, le liquide contenu dans la cuve et circulant dans le capteur solaire est constitué par de l'eau pure, I'installation comprenant des moyens assurant la vidange du circuit de fluide situé à l'extérieur du bâtiment, lorsque la température de l'eau dans ce circuit est inférieure à la température de l'eau contenue dans la cuve. Le fait d'utiliser de l'eau est très intéressant car celle-ci possède des capacités de stockage thermique supérieures à celles d'un produit anti-gel, sans présenter le moindre risque, puisque le circuit extérieur est vidangé, en période nocturne, ce qui évite tout risque de gel de l'eau à l'intérieur de ce circuit. Les moyens assurant la vidange du circuit de mise en communication de la cuve et du capteur sont constitués par une source de gaz comprimé débouchant dans ledit circuit sur la boucle de retour vers la cuve et à proximité de celle-ci, une première électrovanne étant montée sur la tubulure de mise en communication de la source de gaz comprimé avec le circuit et une seconde électrovanne étant montée sur le circuit de circulation de liquide, en aval du point où débouche la tubulure d'amenée de gaz comprimé, ces électrovannes étant associées à des moyens de commande assurant le maintien en position fermée de la première vanne et le maintien en position ouverte de la seconde vanne, quand la température dans le circuit est supérieure à la température de l'eau dans la cuve, et le maintien en position ouverte de la première vanne et en position fermée de la seconde vanne, quand la température dans le circuit est inférieure à la température de l'eau dans la cuve. Dans cette dernière position, le gaz comprimé assure la vidange du circuit extérieur, y compris dans les capteurs solaires. Dans la mesure où l'installation comprend un ballon d'eau chaude sanitaire, celui-ci est monté en dérivation par rapport aux extrémités du circuit débouchant dans la cuve, et est isolé par deux électrovannes en période de vidange du circuit. il est à noter que la cuve peut contenir une résistance électrique d'appoint dont la puissance peut compenser les déperditions calorifiques au niveau de l'enveloppe du bâtiment. En fait, cette résistance peut être utilisée au début de la période hivernale, pour accélérer la mise en température de l'eau dans la cuve. Il est également à noter que cette structure présente un intérêt en période estivale, dans la mesure où la température de 1' eau étant inférieure à la température du milieu extérieur, il se produit un transfert de calories depuis l'air contenu dans le bâtiment, vers l'eau de la cuve. En période nocturne, le circuit extérieur sera mis en fonctionnement, de manière à permettre, au moment le plus propice de la nuit, l'évacuation de calories vers l'extérieur, au niveau du capteur solaire. De toute façon, l'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de ce bâti ment Figure 1 en est une vue en perspective; Figure 2 en est une vue en perspective, à échelle agrandie, la toiture et les parois du bâtiment étant, pour partie, arrachées ; Figure 3 est une vue en coupe longitudinale de la cuve centrale; Figure 4 en est une vue en coupe transversale; Figure 5 est une vue en coupe horizontale de la liaison entre un plancher et un mur du bâtiment Figures 6 à 9 sont quatre vues du circuit hydraulique de l'installation de chauffage, dans quatre états de fonctionnement. Le bâtiment représenté au dessin comprend une batterie de capteurs solaires (2) appelée ci-après "le capteur solaire", disposée en face sud du bâtiment, qui est inclinée à 700 environ. Comme montré au dessin, l'extrémité nord du bâtiment comporte un garage (3) qui forme un volume tampon favorisant l'isolation thermique. Comme montré à la figure 2, dans la partie centrale du bâtiment, est disposée une cuve (4) remplie de plusieurs mètres cubes d'eau, réalisée en béton armé. Cette cuve est revêtue, sur sa face interne, d'une couche (5) d'un matériau étanche. Comme montré au dessin, les cloisons de distribution (6) adjacentes à la cuve, et les planchers (7) également adjacents à la cuve sont réalisés en béton armé. Comme il est visible aux figures 3 et 4 notamment, les éléments d'armature (8) de la cuve (4) sont en contact avec les éléments d'armature (9) des cloisons (6) et (10) des planchers (7). Il est ainsi réalisé une excellente conduction thermique par les armatures (8, 9, 10), et une accumulation des calories dans les parois de la cuve, des planchers et des cloisons. Les extrémités des cloisons (6), situées du côté de l'enveloppe extérieure, ne sont pas en contact direct avec cette dernière, afin d'éviter les ponts thermiques. En ce qui concerne les planchers (7), ils ne sont tenus aux murs (12) que par des tenons (13), des éléments isolants (14) étant interposés entre le plancher (7) et le mur (12) dans les zones situées entre les tenons. La cuve par elle-même comprend deux parties, à savoir une partie inférieure (15) située dans la zone habitable, et une partie supérieure (16) située en combles et isolée thermiquement vis-à-vis de l'extérieur à l'aide d'éléments (17). Quatre consoles (18) sont situées dans la zone de séparation entre les deux parties (15) et (16), qui font saillie vers l'intérieur et qui servent de support à un plateau (19) sur lequel sont disposés des tubes (20) remplis d'un produit d'accumulation thermique, tel que de la- CHLIAROLlTHE. Les volumes inférieur (15) et supérieur (16) communiquent l'un avec l'autre, une pompe (17) assurant la circulation d'eau de façon à homogénéiser la température de celle-ci. En outre, la partie inférieure (15) de la cuve est équipée d'une résistance de chauffage additionnel (21) dont la puissance permet de compenser, si besoin est, les déperditions calorifiques vers l'extérieur. Pour des raisons de sécurité, la cuve (4) est équipée, à son extrémité supérieure, d'un évent (22). Le circuit extérieur comprend, pour sa part une pompe de circulation (23) en aval de laquelle partent deux dérivations passant, pour l'une, dans un capteur principal (24) et, pour l'autre, dans un capteur (25) de moindre importance, destiné à la production d'eau chaude sanitaire en période estivale. Le ballon d'eau chaude sanitaire (26) est monté sur une branche (27) placée en dérivation entre l'extrémité de la branche de retour du circuit, et la pompe de circulation (23). En amont de la branche (27) débouche une tubulure (28) communiquant avec un système de production ou de réserve de gaz comprimé (29). Une sonde de température (30) est prévue en partie haute de la cuve, et une autre sonde de température (32) est prévue sur le circuit passant par le capteur. Un certain nombre d'électrovannes sont prévues aux points suivants : (33) en aval de la pompe (23) sur le circuit principal, (34) en aval de la dérivation (27) sur le circuit principal, (35) sur la tubulure (27) et (36) sur la tubulure (28). D'un point de vue pratique, en période hivernale et nocturne, la température au point (32) étant supérieure à la température relevée en (30) dans la cuve, le circuit extérieur est alimenté en eau qui circule par action de la pompe (23). Cette eau circule également au niveau du ballon d'eau sanitaire (26). Les vannes (33, 34, 35) sont ouvertes, la vanne (36) est fermée. Cette position est schématisée à la figure 6. Lorsque la température mesurée en (32) dans le circuit devient inférieure à la température mesurée en (30) dans la cuve, le système de commande provoque la fermeture des électrovannes (33, 34 et 35), et l'ouverture de l'électrovanne (36), permettant l'admission dans le circuit de gaz comprimé qui assure la vidange de celui-ci. Dès que les conditions de température s'inversent, le système revient dans sa position décrite précédemment. En période estivale, le capteur principal (24) peut être vidangé et maintenu isolé du circuit par l'intermédiaire de vannes (37) et (38) situées à son entrée et à sa sortie. La vanne (34) étant en position fermée, en période diurne, assure la circulation d'eau dans le capteur (25) et dans la seule dérivation (27) passant par le ballon d'eau chaude sanitaire, évitant ainsi de chauffer l'eau contenue dans la cuve (4). L'eau contenue dans la cuve (4) va, pour sa part, au cours de la journée, etpour autant que la température à l'intérieur du bâtiment soit supérieure à sa propre température, absorber un certain nombrede calories. En période estivale et nocturne, la dérivation (27) sur laquelle est monté le ballon d'eau chaude (26) étant fermée par la vanne (35), la vanne (30) est ouverte, afin de mettre le circuit extérieur en communication avec la cuve, et par suite permettre, au niveau du capteur (25), l'évacuation des calories contenues dans l'eau de la cuve. Comme il ressort de ce qui précède, I'invention apporte une grande amélioration à la technique existante en fournissant une installation de chauffage et de climatisation d'un bâtiment, utilisant l'énergie solaire pour fournir des calories à basse température. Cette solution est très intéressante tant par la fiabilité du dispositif pour sa mise en oeuvre, que par le confort procuré à l'utilisateur, puisque s'agissant de basses températures, il n'y a aucun désagrément à ce que les calories soient fournies par les planchers et les murs. Comme il va de soi, I'invention ne se limite pas à la seule forme d'exécution de ce bâtiment, décrite ci-dessus à titre d'exemple elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de réalisation. REVENDICATIONS 1. - Bâtiment équipé d'une installation de climatisation solaire, du type comprenant un réservoir de stockage du liquide circulant dans le capteur solaire, caractérisé en ce que le réservoir (4) s'étend au moins sur toute la hauteur habitable du bâtiment, et comprend, dans ses parois, des éléments conducteurs thermiques (8) en liaison avec des éléments (10, 9) conducteurs thermiques inclus dans les planchers (7) et cloisons (6) de distribution de ce bâtiment, adjacents au réservoir. 2. - Bâtiment selon la revendication 1, caractérisé en ce que les parois de la cuve (4), ainsi que les planchers (7) et cloisons (6) qui lui sont adjacents, sont réalisés en béton armé avec contact entre les éléments d'armature (8) de la cuve et ceux (10, 9) des planchers et cloisons voisins. 3. - Bâtiment selon la revendication 2, caractérisé en ce que la surface d'échange thermique entre les éléments d'accumulation, constitués par les parois du réservoir, les planchers et cloisons adjacents aux parois du réservoir, possède une valeur telle que l'on ait 1 m3 de volume à chauffer pour 1 m2 de surface d'échange. 4. - Bâtiment selon l'une quelconque des revendications 1 et 3, caractérisé en ce que les cloisons de distribution (6) en contact avec les parois de la cuve (4) ne sont pas en contact direct avec les murs extérieurs (12), et les planchers (7) en contact avec les parois de la cuve ne sont solidaires que par points des murs extérieurs. 5. - Bâtiment selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la cuve (4) comprend deux parties superposées, à savoir une partie inférieure (15) située dans la zone habitable, et une partie supérieure (16) qui, communiquant avec la partie inférieure (15) située dans les combles et isolée thermiquement vis-à-vis de l'extérieur, contient un certain nombre de récipients (20) en forme de tubes, remplis de produit susceptible de changer d'état dans la zone de température dans laquelle l'eau contenue dans la cuve peut être chauffée par le capteur solaire, une pompe (17) étant prévue qui assure la circulation de liquide entre les parties inférieure et supérieure de la cuve. 6. - Bâtiment selon la revendication 5, caractérisé en ce que les récipients (20j placés dans la partie supérieure de la cuve sont remplis d'un produit connu sous le nom de CHLIAROLITHE. 7. - Bâtiment selon l'une quelconque des revendications í à 6, caractérisé en ce que le liquide contenu dans la cuve et circulant dans le capteur solaire est constitué par de l'eau pure, I'installation comprenant des moyens assurant la vidange du circuit de fluide situé à l'extérieur du bâtiment, lorsque la température de l'eau dans ce circuit est inférieure à la température de l'eau contenue dans la cuve. 8. - Bâtiment selon la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens assurant la vidange du circuit de mise en communication de la cuve et du capteur sont constitués par une source (29) de gaz comprimé débouchant dans ledit circuit sur la boucle de retour vers la cuve et à proximité de celle-ci, une première électrovanne (36) étant montée sur la tubulure de mise en communication de la source de gaz comprimé avec le circuit et une seconde électrovanne (34) étant montée sur le circuit de circulation de liquide, en aval du point où débouche la tubulure d'amenée de gaz comprimé, ces électrovannes étant associées à des moyens de commande assurant le maintien en position fermée de la première vanne et le maintien en position ouverte de la seconde vanne, quand la température dans le circuit est supérieure à la température de l'eau dans la cuve, et le maintien en position ouverte de la première vanne et en position fermée de la seconde vanne, quand la température dans le circuit est inférieure à la température de l'eau dans la cuve.