Brevet FR2591321A1 — publié le 19870612

La présente invention se rapporte à un module de captation solaire faisant partie intégrante d'un bâtiment. Dans divers systèmes solaires connus subsistent des problèmes de base liés au concept même de ces systèmes. La captation indirecte, que ce soit par des capteurs plats, des murs Trombe ou tout autre dispositif de même nature, intercepte le rayonnement solaire pour augmenter la température d'une masse ou d'un fluide caloriporteur. Ce rayonnement n'est alors plus disponible pour l'espace habitable. Ainsi, plus on occupe la face ensoleillée d'un bâtiment par ces dispositifs, plus ils peuvent délivrer de l'énergie mais moins on a de soleil dans le bâtiment même. On en arrive vite à des bâtiments solaires sans soleil. Inversement, on n'introduit des ouvertures au soleil qu'au détriment de la surface de captation, le dosage à faire entre les deux n'étant pas évident. De plus, ces systèmes sont des dispositifs relativement coQteux qui n' ont qu'une utilité de chauffage; on ne peut dériver de leur installation aucun bénéfice en terme de mieux vivre et le surcroît occasionné doit être rentabilisé d'un strict point de vue économique. La captation directe, que ce soit par des fenêtres, solariums ou puits de lumière, laisse par contre, pénétrer le soleil dans les espaces habités. Plus on ouvre la face ensoleillée d'un bâtiment au rayonnement solaire, plus on récupère de l'énergie. Cependant, une telle stratégie peut amener beaucoup trop de luminosité dans l'espace habité créant ainsi des conditions d'éblouissement et des détériorations de finis par le rayonnement de l'ultraviolet. De plus, la construction légère de colombage qui se pratique dans certains endroits ne peut gérer la variation des apports calorifiques en agissant comme volant thermique. Son manque de capacitance globale l'expose à des surchauffes à certains jours et heures et à des demandes de chauffage- très importantes à d'autres moments. Diminuer la surface de vitrage pour éviter ces problèmes ou installer des stores pour réfléchir le rayonnement diminue d'autant l'énergie captée. D'une part, les systèmes de captation indirecte permettent, dans le contexte d'une construction légère, de bien gérer les apports solaires, l'optimisation de ces systèmes se faisant, par contre, au détriment de la pénétration du soleil dans les espaces de vie. D'autre part, les systèmes de captation directe ont des caractéristiques opposées. La présente invention a pour but de surmonter les problèmes associés à la captation directe et ceux à la captation indirecte. Ce but est atteint en réalisant un système de captation solaire qui permet, au choix de l'utilisateur, de faire varier la configuration de la face ensoleillée en transformant le mode de captation de direct à indirect et, inversement, en proportion plus ou moins grande, au gré des besoins en confer~ visuel et thermique. La présente invention concerne donc un système mixte de captation s'énergie solaire. Cette captation, selon la présente invention, se fait au noyen d'un module de façade d'un bâtiment. La partie extérieure du module est entièrement vitrée par des unités de vitrage scellées dont une est ouvrable pour la ventilation naturelle. La partie intérieure du module est composée de panneaux opaques isolants, partiellement ou totalement ouvrables, assurant ainsi une résistance thermique désirée. La présente invention se rapporte donc à un module de captation solaire faisant partie intégrante d'une des faces d'un bâtiment comportant des pièces à chauffer. Le module est constitué d'une structure composée d'un mur avant, d'un mur arrière donnant sur une ou des pièces à chauffer et de murs latéraux réunissant les murs avant et arrière. Le mur avant est formé d'unités de vitrage scellées incluant une unité ouvrable pour la ventilation naturelle de la chambre alors que le mur arrière est formé de panneaux opaques isolants comportant une face absorbante du côté de la chambre. Au moins un des panneaux est ouvrable permettant ainsi une communication entre la chambre et la pièce à chauffer. Selon un mode préféré de l'invention, le panneau ouvrable a une face réfléchissante du côté de la pièce de manière à réfléchir les- rayons solaires dirigés sur les murs latéraux vers la pièce à chauffer lorsque ce panneau est en position ouverte. Selon un autre mode de l'invention, les murs latéraux comportent une face absorbante du côté de la chambre. Dans le cas d'une juxtaposition de modules, le mur latéral commun aux modules adjacents peut être une paroi vitrée. La présente invention concerne aussi un bâtiment équipé du module de captation solaire défini plus haut et de moyens de stockage d'énergie solaire disposés sur au moins un des murs de la pièce à chauffer, les moyens de stockage agissant comme surface cnauffante radiante. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention se dégageront de la description qui va suivre en regard des dessins annexés, lesquels descriptions et dessins ne sont donnés qu'à titre d'exemple non limitatif. Sur ces dessins: - la fig. 1 montre une vue en élévation d'un bâtiment dont la façade est pourvue de modules de captation solaire construits selon la présente invention; - la fig. 2 montre une coupe en élévation du bâtiment représenté à la fig. 1; - la fig. 3 montre, en perspective, un module de captation solaire construit selon la présente invention; - la fig. 4 montre une coupe en élévation d'un module adjacent à une pièce à chauffer; - la fig. 5 illustre un schéma montrant la -réflexion des rayons solaires sur les panneaux en position ouverte; - la fig. 6 illustre un module équipé d'un écran solaire;; - la fig. 7 montre une vue de plan de pièces et de modules dont un a ses panneaux en position ouverte et deux ont leurs panneaux en position fermée; - les fig. 8 et 9 montrent des coupes en élévation d'une pièce et d'un module illustrant, respectivement, les panneaux en position fermée et en position ouverte; - la fig 10 montre, en perspective, un mur de brique servant de stockage de l'énergie solaire; et -la fig. Il illustre, en perspective, un mur de brique dont la face arrière est équipée de chicanes. Les figs. 1 et 2 montrent un bâtiment 10 dont la façade 12 (la face la plus exposée au soleil) est pourvue de panneaux vitrés 14 et 16, lesdits panneaux étant formés d'un ou de plusieurs modules de captation solaire construits selon la présente Invention. Un exemple d'un tel module est illustré à la fig. 3; il est constitué d'une structure composée d'un mur avant, d'un mur arrière et de murs latéraux réunissant les murs avant et arrière de manière à définir une chambre qui peut être ouverte et fermée comme il sera décrit plus bas. Dans l'Illustration donnée, le mur avant est formé de deux unités de vitrage scellées 22 et 24 dont l'un, 24, est ouvrable permettant une ventilation naturelle avec l'intérieur de la chambre lorsque désiré. Le mur arrière est composé principalement de panneaux opaques isolants 26, 28, 30, et 32. Les murs latéraux 34, 36, 38 et 40 réunissent les murs avant et arrière afin de définir un espace intérieur ou chambre 42 qui est disposée de façon contigüe à une pièce 44 du bâtiment. Les murs latéraux peuvent être des unités de vitrage scellées ou encore des murs pleins de gyproc ou de tout autre matériau semblable. L'ouverture des panneaux 28 et 30 se fait, de préférence, vers l'extérieur, c'est-à-dire du côté de la chambre 42 de façon à ne pas nécessiter le déplacement de mobilier (représenté par le fauteuil 46). A la figure 5, les panneaux 28 et 30 sont montrés en position ouverte et leur face intérieure 28a, 30a est, de préférence, de couleur claire assurant ainsi une réflectivité maximale à l'intérieur de la pièce 44 (comme il est indiqué par les flèches 46 et 48). Toutes les faces internes de la chambre 42 sont, de préférence, de couleur foncée assurant une absorbtion au rayonnement solaire la plus élevée possible. Une ouverture de ventilation 52 est prévue dans la partie inférieure du module permettant un échange d'air entre la chambre 42 du module et la pièce 44 à chauffer. Une ouverture 54 est prévue dans la partie supérieure de la chambre et un ventilateur 56 est installé dans la conduite 58 permettant une propulsion de la chaleur solaire directement à la pièce 44 ou à un dispositif de stockage lorsque le système de panneaux est en position fermée. Ainsi, les panneaux fermés préviennent les fortes déperditions d'hiver, de la nuit ou des temps couverts en rétablissant l'isolation de façon continue. Par contre, par temps ensoleillé, le rayonnement est absorbé tant par les côchés que par la face absorbante des panneaux, le module travaillant alors comme un capteur plat.De plus, lorsque les panneaux sont ouverts, la partie du rayonnement qui est interceptée par les cotés du module se trouve renvoyée vers la pièce 44 par les faces réfléchissantes 28a et 30a des panneaux. Les jours d'été, une ventilation naturelle du module est assurée; cependant, le rayonnement incident peut être réduit par l'utilisation d'un écran soleil 59 vivoir figure 6) monté à l'extérieur du module et qui peut etre pivoté ou autrement déplacée en une position horizontale. On peut aussi la nuIt se servir du module comme élément de déperdition par rayonnement vers le ciel et le faire agir conme réfrigérateur. On peut aussi laisse les panneaux ouverts au même titre que les fenêtres, l'été. La fig. 7 montre qu'une façade équipée de plusieurs modules laisse à l'utilisateur un très grand contrôle de son environnement. I1 -peut faire varier complètement la proportion de mur en fermant les volets et de fenêtre en les ouvrant. Ces deux composantes de bâtiment ont des effets très différents tant sur le plan thermique que sur la qualité de vie. Se référant aux figures 8 et 9, la presente invention comporte aussi un système de stockage de l'énergie solaire captée par la chambre 42. Ce stockage se fait au moyen d'un mur de maçonnerie 60 disposée à l'intérieur de la pièce 44 et dont une construction est illustrée à la fig. 10. Ce mur assure une masse qui augmente la capacitance de la pièce et assure aussi de façon passive le stockage d'excédents de chaleur dans le cas où ils ne sont pas trop importants. Dans ces derniers cas, le stockage se fait également de façon active. L'air chaud 62 est envoyé derrière le mur 60 dans l'espace 64, le réchauffe sur la hauteur du mur et revient refroIdi en 66 -à la pièce à chauffer. L'énergie, transférée à la face arrière de cette façon, réchauffe la masse de brique et s'écoule vers la face avant avec un délai dont le transfert est proportionnel à l'épaisseur de la paroi. Comte illustré à la figure 7, des connexions directes 70 entre l'espace 64 et la chambre 42 permettent d'éviter d'utiliser la pièce comme plemun. L'utilisateur doit donc limiter l'ouverture du module en gain direct à l'apport nécessaire pour maintenir la température stable. L'excédent venant des panneaux fermés est alors stocké directement par les gaines derrière le mur de stockage et récupéré la nuit par rayonnement. Dans le cas de stockage de façon active, il est important d'assurer un coefficient d'échange thermique le plus élevé possible entre l'air et la maçonnerie. Un maximum de turbulence peut être créé au moyen de chicanes 72 (fig. 11) qui augmentent l'échange entre l'air et la maçonnerie. L'épaisseur du mur est un facteur qui influence le délai de restitution de la chaleur accumulée. Ainsi, ce mur de stockage est localisé dans l'espace habitable comme un radiateur, d'une part, et comme une unité de refroidissement par rapport à la source des gains, d'autre part. Lorsque l'utilisateur laisse les panneaux ouverts par temps ensoleillé, les modules sont en mode de captation directe. L'ossature étant légère, la température monte rapidement et le mur de maçonnerie joue un rôle passif de masse thermique. Si la température s'élève trop, un ventilateur 76 (fig. 9) peut être utilisé permettant à l'air chaud de la pièce à réchauffer la face arrière du mur. L'échange air-mur est considérablement augmenté par rapport au régime naturel et sert à éviter les surchauffes. Si les panneaux sont au contraire fermés le logement est protégé et les pertes diminuées. Mais l'air de la pièce est réchauffé mécaniquement par l'énergie interceptée par le module à l'aide d'un ventilateur 78 dans le haut de la chambre (fig. 2). Si l'énergie transférée à la pièce est plus élevée que ses pertes, la température monte et la stabilisation par le mur de stockage se fait de la même façon que précédemment. Bien que l'invention ait été décrite en ne donnant que quelques formes de réalisation de l'invention, il est bien évident qu'elle peut être modifié de diverse façon. Par exemple, les moyens de stockage peuvent être prévus dans le plancher de la pièce plutôt que sur les murs. Ainsi, il est souhaité de ne voir la présente invention limitée que par l'ampleur des revendications suivantes. REVENDICATIONS 1. Un module de captation solaire faisant partie intégrante d'une des faces d'un bâtiment comportant des pièces à chauffer, ledit module étant constitué d'une structure composée d'un mur avant, d'un mur arrière donnant sur une pièce à chauffer et de murs latéraux réunissant lesdits murs avant et arrière et définisssant ainsi une chambre; lesdits murs latéraux comportant une face absorbante du côté de la chambre; ledit mur avant étant formé d'unités de vitrage scellées incluant au moins une unité ouvrable pour la ventilation naturelle de ladite chambre; ledit mur arrière étant formé de panneaux opaques isolants comportant une face absorbante du côté de la chambre; au moins un desdits panneaux étant ouvrable permettant ainsi une communication d'air entre la chambre et la pièce à chauffer. 2. Un module de captation solaire tel que défini à la revendication 1, en ce que ledit panneau ouvrable a une face réfléchissante du côté de la pièce à chauffer de -manière à réfléchir les rayons solaires dirigés sur les murs latéraux vers la pièce à chauffer lorsque ledit panneau est en position ouverte. 3. Un module de captation solaire tel que défini à la revendication 1, en ce que ledit mur arrière est formé de panneaux ouvrables et de panneaux fixes; lesdits panneaux fixes étant disposés dans les parties supérieure et inférieure dudit mur arrière; une ouvertue de ventilation dans ladite partie inférieure permettant une circulation d'air entre la chambre et la pièce à chauffer. 4. Un module de captation solaire selon la revendication 3, en ce que lesdits panneaux ouvrables s'ouvrent du côté de la chambre. 5. Un module de captation solaire selon la revendication 1, en ce que lesdites faces absorbantes à l'intérieur de ladite chambre sont d'une couleur fonçée assurant une absorption au rayonnement solaire. 6. Un module de captation solaire selon la revendication 2, en ce que ladite face réfléchissante des panneaux ouvrables est de couleur claire permettant une réflectivité maximale. 7. Un module de captation solaire selon la revendication 3, en ce que la partie inférieure de la chambre comporte une ouverture de ventilation pour un échange d'air entre la chambre et la pièce à chauffer. 8. Un module de captation solaire selon la revendication 1, en ce que le mur avant comporte un écran-soleil monté à l'extérieur de la structure et pouvant être déplacé, une position ouverte et une position fermée; ledit écran en position ouverte réduisant le rayonnement solaire incident dans la chambre du module. 9. Un bâtiment comportant: des pièces dont au moins une est à chauffer, un module de captation solaire faisant partie intégrante de ladite pièce à chauffer selon la revendication 1, et des moyens de stockage disposés dans ladite pièce et agissant comme surface chauffante radiante. 10. Un bâtiment selon la revendication 9, en ce que les moyens de stockage consistent en un mur de brique comportant des ouvertures supérieure et inférieure servant à recevoir, derrière ledit mur, de l'air de la pièce à chauffer, à le réchauffer et à retourner l'air réchauffé vers la pièce à chauffer. 11. Un bâtiment selon la revendication 10, en ce que ledit mur de brique comporte, à l'arrière, des chicanes servant à créer des turbulences afin d'augmenter l'échange de chaleur entre l'air et le mur. 12. Un bâtiment selon la revendication 11, en ce que des moyens de ventilation sont prévus pour la circulation d'air chaud à l'intérieur des moyens de stockage. 13. -Un bâtiment selon la revendication 9, comportant des gaines servant de connexion directe entre les moyens de stockage et la chambre du module.