Brevet FR2926131A1 — publié le 20090710

-1- Le chauffage d'un local ou d'une habitation est une des préoccupations humaines depuis la nuit des temps. De façon connue, il est obtenu, entre autres : - Par combustion d'une matière inflammable (bois, gaz, charbon, pétrole..) 5 Par le passage de l'électricité dans une résistance. Par utilisation de la chaleur résiduelle d'une centrale nucléaire. Par utilisation d'un fluide caloporteur pouvant effectuer un cycle thermodynamique pour puiser des calories dans une source à basse température (pompes à chaleur). 10 Par effet de serre, mais de façon diurne seulement et pendant les jours où l'ensoleillement est suffisant. La présente invention a pour but l ':utilisation de l'énergie solaire en organisant un système permettant la répartition de cette énergie tout au long de la saison froide. 15 L'invention comporte une réserve d'eau chaude, d'un volume tel qu'elle contienne toute l'énergie calorifique nécessaire au maintien d'une température de confort, dite température de référence, 20°C par exemple non limitatif. Une ou plusieurs pompes font circuler cette eau dans des radiateurs 20 disposés dans le local ou l'habitation à chauffer, sous le plancher par exemple préférentiel, non limitatif également. Le chauffage de l'eau de la réserve est obtenu, pendant la saison chaude, par passage de l'eau de cette réserve, grâce à des pompes, dans un radiateur capteur de l'énergie solaire. 25 Une des réalisations les plus simples, mais non limitative, consiste à placer ce radiateur-capteur sur le toit du local ou de l'habitation à chauffer. Pour plus d'efficacité, ce radiateur-capteur peut être couvert d'une paroi transparente, en verre ou en matière plastique de façon à obtenir un effet de serre, La circulation de l'eau ne doit se faire que 30 lorsque la température du radiateur- capteur est supérieure à la température de l'eau de la réserve. Ceci implique que la circulation doit être stoppée la nuit ou en fin de journée et surtout en fin de saison chaude quand, par temps couvert, l'apport de chaleur solaire est insuffisant. -2- Une des premières conditions de son efficacité est un isolement thermique efficace du local ou de l'habitation. Les grandeurs qui conditionnent alors la puissance Q1 à apporter pour maintenir la température intérieure du local ou de l'habitation à une température minimale, dite de référence, OR sont : - La conductivité thermique k des murs et du toit exprimée en watts par mètre pour 1°C (on considère qu'elle est la même pour les deux). La surface S d'échange avec le milieu extérieur, c'est-à-dire la surface totale des murs et du toit (la surface du plancher, isolé par le sol, a une influence négligeable). L'épaisseur E du matériau isolant des murs et du toit (on considère qu'elle est la même pour les deux). - La différence de température A0 entre l'air extérieur et l'air intérieur. - On a alors Q1 =A0. k. S/E. Pour un bâtiment bien isolé, équipé de doubles fenêtres et dont les murs et le toit intègrent une épaisseur de 20 cm de matériaux alvéolaires ou autre isolants thermique, on peut prendre k = 0,03 w/m pour 1°C, sans que cette valeur soit limitative. A titre d'exemple, non limitatif, pour un bâtiment où S = 650 m2 et E= 0,2 m, Q1= 0,03 x 650/ 0, 2 x 100 watts par degré de différence de température entre l'air extérieur et l'air intérieur. L'énergie, en Joule, à fournir à l'intérieur du bâtiment pendant un temps allant de tl à t2 est de W1 = 1 Q1.dt. Un des buts de l'invention est de rechercher l'optimum économique pour la construction de la réserve d'eau chaude qui doit fournir l'énergie de chauffage ainsi que l'énergie perdue dans le sol à travers ses parois. En appelant : - A, la surtàce totale des parois de la cuve, d'échange avec son milieu 30 Qnyironnant (la terre, par exemple non limitatif, si la cuve est enterrée) -K, la conductivité thermique des parois de la cuve. -AT, exprimé en d° C, la différence, de température entre l'eau de la cuve et son milieu environnant. 10 15 20 25 -3- e, l'épaisseur de ces parois' La puissance Q2 perdue par les parois de la cuve est donnée par : AT . K. A / e et l'énergie perdue pendant un temps allant de tl à t2 est de t2 W2 = Il Q2 . dt. A titre d'exemple non limitatif, une cuve de forme parallélépipédique de dimensions 12 m x 14,5 m x 2m, présentant donc une surface totale de 454 m2 et possédant des parois de 0,5 m d'épaisseur constituées d'un matériau isolant thermique, alvéolaire par exemple, non limitatif, dont le coefficient K peut être pris égal à 0,05 par exemple non limitatif également, présente une puissance Q2 de déperdition égale à (0,05 x 454) / 0,5 = 45,4 watts pour un degré de différence de température entre l'eau de la cuve et le milieu environnant. Il est à noter qu'il existe des matériaux possédant un coefficient K de l'ordre de 0,02, mais la présente invention relevant de l'ordre du bâtiment, le coût des matériaux doit être pris en considération. Par ailleurs, on doit prendre aussi en considération que la température de l'eau circulant dans les radiateurs, provenant du stockage d'un chauffage solaire par un dispositif extérieur est forcément relativement faible, comprise entre 25 et 45 °C, par exemple non limitatif Il est de bon sens que la température de l'eau ne descende pas en dessous de - 25°C pour conserver des temps de réponse suffisamment rapides en régime transitoire (mise en chauffe du bâtiment après une période d'arrêt par grand froid par exemple) tout en ne nécessitant qu'une surface de radiateurs raisonnable. A titre d'exemple, toujours non limitatif, avec une surface radiateurs de 100 m2 situés sous des planchers de 0,1 m d'épaisseur, dont le coefficient de conductivité thermique vaudrait 1, la puissance transmise serait de (1 x 100) / 0,1 =1000 Watts par degré de différence de température entre l'eau du radiateur et l'air intérieur au bâtiment. Si celui-ci nécessite, à titre d'exemple, unè puissance de chauffage de 2 Kw, cette différence de température devrait être de deux degrés. Pour une température de référence de 20°C , l'eau des radiateurs devra donc être au minimum à 22°C. Pour avoir donc un temps de réponse en régime transitoire correct, une température d'eau de 25°C, assurant temporairement 5 Kw est objectivement bonne.,, -4- Le dispositif de chauffage solaire, disposé sur le toit du bâtiment, comme vu plus haut par exemple non limitatif, de construction simple, pour des questions de coût, composé, comme dit plus haut également par exemple toujours non limitatif, d'un radiateur-capteur assez simple, composé de tubes, par exemple non limitatif, placé sous une paroi transparente, ne pourra fournir, sous les latitudes tempérées, que de l'eau à une température maximale de 45°C et ce jusqu'au 30 septembre au mieux. La figure 1 de la planche I, montre l'évolution journalière des températures de l'air extérieur pendant les différentes périodes de la saison froide des pays 10 aux latitudes tempérées ;ces courbes,. sinusoïdales, se rapprochent beaucoup de l'allure réelle de l'évolution des températures (courbe 5).Elles représentent le premier terme de leur décomposition en séries de Fourier. D'ailleurs, le climat variant d'une année à l'autre, une grande précision ne peut être espéré. La courbe(1), de froid léger (de +5°C à +15°C), correspond au début et à la 15 fin de cette saison froide en octobre et en mars et ne prend place que pendant une semaine environ. Pendant le reste de ces deux mois. le chauffage provenant de l'activité humaine interne et des surfaces vitrées suffit. La courbe (2), de froid moyen (de 0°C à +10°C), correspond à une partie des mois de novembre et février, deux semaines et demie environ pour chacun 20 dë ces mois. La courbe (1), de froid intense (de -10°C à 0°C), correspond à la majeure partie des mois de décembre et janvier, trois semaines et demie environ pour chacun de ces mois. La courbe (4), de très grands froids, enfin (de -20°C à -10°C), correspond 25 à une semaine de froid très intense pouvant se produire au milieu de l'hiver. La figure 2 de la planche unique I est une vue en coupe du bâtiment dans lequel la structure (5) de la réserve d'eau chaude (6) est intégrée à la structure (7) de support du bâtiment. Un matériau isolant thermiquement (8) est disposé sur les parois de la réserve 30 d'eau chaude (6). En référence à la figure 1 on peut calculer la quantité d'énergie calorifique à fournir au bâtiment à chauffer. Dans l'exemple cité plus haut k = 0,03, S = 650 m2 et e = 0,2 m, -5- QI = 100 watts x A0 , A0 étant la différence de température entre la température de référence, 20°C comme pris ci-dessus en exemple non limitatif et la température extérieure donnée par les courbes de cette figure 1. Si on appelle Am la température minimale, AM la température maximale et t l'heure considérée en heure T.U.( temps universel) et constatant que le point d'inflexion des sinusoïdes est atteint à t=7 , la température A d'un point d'une courbe est donné par : 0 = Om + @2.(OM Am) X [1 + sin((t ù 7) x17 / 12 )]. Pendant une journée allant des temps tl = 1 à temps t2 = 24 + 1 =- 25 l'énergie Wa à fournir vaut, une heure valant 3600 secondes : 10 Wa=3600x100 ji OR 0)dt En référence à la courbe (1) 01,1= 15°C et 8,=50C (OR =20°C) t2 Wa= 3600 x 100 x f t[20 ù 5 ù%2.(15-5) x [1+ sin (t ù 7) xUl / 12 )].dt Às Wa = 3600 x IOO x 10 x [t] = 86,4 MJ. Comme vu ci-dessus cette consommation ne s'applique que pendant une semaine 15 pour les mois d'Octobre et de Mars. L'énergie à fournir vaut alors Wa = 86,4 x 7 = 605 MJ. Un calcul identique donne, pour la courbe (2), applicable pendant deux semaines et demie, soit 17,5 jours en Novembre et en Février Wb 129,6 x 17,5 = 2268 MJ. 20 On obtient de même avec la courbe (3) applicable pendant 3 semaines et demie en Décembre et en Janvier, soit 24,5 jours : Wc = 216 x 24,5 = 5292 ML. On obtient également avec la courbe (4) applicable pendant une semaine, Wd=302,4x 7=2116,8 MJ. 25 Les heures prises en comte dans ces calculs correspondent à l'Europe de l'Ouest ; Elles doivent être actualisées pour toute autre région. II faut noter par ailleurs qu'une partie de l'énergie nécessaire au chauffage est fournie par l'activité humaine intérieure à l'habitation. En prenant l'exemple d'une habitation où cinq personnes séjournent 1 1 heures par 30 jour environ, en comptant 50 watts par personne, l'énergie dégagée est de : 50 x 5 x 11 x 3600 9,9MJ. En saison hivernale on peut estimer que pendant 6 heures chaque jour 8 lampes de 60 watts restent allumées, ce qui dégage une5 -6- énergie égale à 6 x 60 x 8 x 3600 = 10,4.M.1. Par ailleurs la puissance calorifique dégagée par les cuissons en cuisine peut être estimée approximativement à 1 Kw pendant deux fois 15 minutes. L'énergie dégagée est alors 1000 x 2 x 15 x 60 =1,8 MJ par jour. . Mais pour évacuer les fumées de la cuisine, un ventilateur extracteur envoie vers l'extérieur, en général, 0,2 m3 d'air par seconde. En prenant donc deux périodes de 15 minutes de fonctionnement par jour, ce sont 2 x 15 x 60 x 0,2 = 360 m3 d'air qui sont expulsés et sont remplacés par 360 m3 d'air froid, soit une masse de 360 x 1,3 470 Kg. En prenant 1330 joules par Kg pour la, chaleur spécifique de l'air à pression constante, l'énergie emportée par la ventilation ( avec toujours 20 °C comme température de référence), vaut 1330 x 470 = 6,25 MJ par jour. Il faut aussi tenir compte du fonctionnement des appareils électro-ménagers que l'on peut estimer d'une puissance moyenne de 2 Kw pendant une heure, soit une 15 énergie de 2000 x 3600 = 7,2 MJ par jour. Au total, par, l'activité humaine dégage une énergie de : 9,9 + 10,4 + 1, 8 û 6,25 + 7,4 =29,3 MJ par jour. Enfin, dans la plupart des habitations se trouve une cheminée où brûle un feu de bois d'ambiance de temps à autre. On peut estimer arbitrairement, en moyenne, 20 l'énergie dégagée, à 1,7 MJ par jour. Il y a donc au total, du fait de l'activité humaine, un apport de 29,3 + 1,7= 31 MJ par jour. Mais le système de chauffage aura a tenir compte de l'énergie W perdue à travers les parois de la cuve de stockage de l'eau chaude. 25 En reprenant l'exemple d'une cuve de stockage de l'eau chaude de 454 m2 de surface de parois et de 0,5 m d'épaisseur avec une conductivité thermique K = 0,05 et en rappelant que Q2 = 454 watts x Ati, la quantité Ai, différence de température entre l'eau de la cuve et le milieu environnant dépend de l'évolution de la température de l'eau de la cuve. Pour simplifier les calculs on peut 30 décomposer cette évolution en sept étapes, chacune débutant au début des périodes d'application des courbes (1),(2), (3) et (4) de la figure l et en calculant séparément les chutes de températures dues à la déperdition à travers les parois et celles dues au chauffage du bâtiment. Cette manière de faire est pessir Piste car -7- pour chacune de ces températures, elle ne tiendra pas compte de la baisse continue due au chauffage du bâtiment, ce qui diminuerait AT. On prendra comme température environnante 15°C Toujours suivant l'exemple étudié avec une cuve de: 12 x 14,5 x 2 = 348 m3 , ceci représente une capacité calorifique pour ce volume d'eau de 348 x 4,18 1455 MJ. Pendant le temps dt, il est perdu à travers les parois une énergie égale à Q2x( t -15) x dt soit 45,4 x ( T - 15) dt, ce qui provoque une baisse de température dT pour fournir en équivalent 1455 x 106 dT . L'équation qui régit l'évolution de la température de la cuve en fonction du temps est donc : (45,4 / 1455 x 106)dt=-dT /(T - 15) d'où: il tY (45,4 / 1455 x 106)x dt = - - dT / ( T - 15) . tl Me, = 1455 x 106 / 45,4) x Ln( T1 - 15) / ( T2 - 15). Les indices 1 et 2 indiquent les étapes de début et fin de l'étape considérée.. 15- l' étape (mois d'Octobre) ù Conditions de départ : tl = 0 t2 =31 jours soit 2,6781 x 106 secondes et T1= 45°C. On a alors 2,6781 x 106 = (1455 x 106 / 45,4) x Ln (45-15) / ( T2 - 15). soit30/(T2-15)=0,084d'où 30/(T2ù15)=e0,084 T2=30/1,087+15 T2 = 42,6°C 20 Pendant l'unique semaine du mois d'Octobre où les 31 MJ d'activité humaine ne suffisent pas, la réserve d'eau chaude doit fournir 605 ù 31 x 7''.= 388 MJ. Ceci fait chuter la température de•l.a réserve d'eau de 388 / 1455 0,27°C. A la fin de cette première étape, la température d'eau de la réserve est donc de 42,6 ù 0,27 = 42,33°C. 25 2ème étape (mois de Novembre)) ù Conditions de départ : tl = 0, t2 =30 jours soit 2,592 x 106 secondes et T1= 42,33°C. Un calcul identiqué à celui de la 1ère étape donne, pour 30 jours soit 2,592 x 106 secondes . T2 = 40,27°C. Pendant cette 2eme étape, la réserve d'eau chaude a du fournir pour chauffer 30 l'habitation 2268 ù 31 x 17,5 = 1726 MJ. Ceci a fait chuter la température de la réserve d'eau de 1726 / 1455 1,19°C. Y -8- A la fin de cette deuxième étape la température de l'eau est donc de : 40,27 ù 1,19 = 39,02°C. 3eme étape (mois de Décembre)) ù Conditions de départ : tl = 0, t2 =24,5 jours soit 2,1168 x 106 secondes et Tl= 39,02°C. Le calcul donne alors T2 = 37,66°C Pendant cette 3eme étape, la réserve d'eau chaude a dû fournir pour chauffer l'habitation 5292 û 31 x 24,5 = 4533 MJ. Ceci a fait chuter la température de la réserve d'eau de 4533 / 14.55 3,1 1°C. La température de l'eau devient donc de 37,66 ù 3, 11 = 34,55°C. _ 4eme étape (une semaine de grand froid ).ù Conditions de départ : tl = O. 12 =7 jours soit 0,605 x 106 secondes et Tl= 34,55°C. On trouve T2 = 34,17°C. Pendant cette semaine, le chauffage demandé à la réserve d'eau chaude a fait chuter sa température de (21 17 ù 31 x 7) / 1455 = 1900 / 1455 = 1,31°C. D'où la 15. température finale de la 4èmé étape 34,17 -- 1,31 = 32,87°C. 5eme étape (mois de Janvier) û Condition de départ : tl = 0, t2 =24,5 jours soit 2,1168 x 106 secondes et T l= 32,87°C. On trouve T2 = 34,17°C Le chauffage fait encore chuter (comme en Décembre ) de 3.11°C d'où une 20- température finale de 31,73 ù 3,11 = 28,62°C. 6eme étape (mois d Février) û Condition de départ : tl = 0, t2 =29 jours soit 2,506 x 106 secondes et Tl= 28,62°C. On trouve T2 = 27,60°C. Le chauffage fait encore chuter de 1,02°C, la température finale est de : 25 27,60 ù 1,02 = 26,58°C. 7Cf1C étape (mois de Mars) û Condition de départ : tl O. t2 =31 jours soit : 2.6781 x 106 secondes et T l û 26,58°C. On trouve T2 = 26.65°C. Le chauffage (comme en Octobre) fait encore chuter de 0,23°C . d'où une 30 température finale de 25,42°C. Bien entendu ce calcul présente une certaine imprécision, et serait d'autant plus exact que le pas de calcul correspondrait à beaucoup plus que 7 étapes.-Mais étant -9- donné l'imprécision sur les données, ce qui est normal lorsqu'il s'agit de techniques du bâtiment , le résultat peut être considéré comme satisfaisant et assure un chauffage avec de l'eau dont la température va de 45°C à 25°C. Dans l'exemple étudié ci-dessus on constate que la chute de température de l'eau da la cuve due à la dissipation dans le milieu extérieur est sensiblement égale à la chute de température due au chauffage du bâtiment. Ceci signifie que l'énergie disponible dans la cuve, entre 45°C à 25°C s'est répartie pour moitié entre le chauffage du bâtiment et les pertes dans le milieu environnant. Pour des raisons constructives, la cuve est en général un parallèlépipède de base carrée ou rectangulaire de faible allongement et de hauteur environ quatre fois inférieure aux cotés du carré ou du petit coté du rectangle, quand, par exemple non limitatif, elle est située en sous-sol d'un bâtiment en utilisant des éléments de structure communs. Soit V le volume de stockage de la cuve d'eau chaude, l'énergie stockée, 15 proportionnelle à v, est de la forme E = a. a3, a étant la longueur d'une arête de référence du parallèlépipède. L'énergie El utilisée pour le chauffage est, dans le cas de l'exemple égale à El ='/z a. a3. L'énergie dissipée dans le milieu environnant est de la forme E2 = [3. a2 /e, dans les mêmes conditions. Dans l'exemple traité avec e = 0,5 m, on a vu que El = E2;d'où 13. a2 /c = a. a3 soit 20 (3=0,5.'/2a.a=>[3= %.a.a. Un paramètre important, au regard du coût de l'installation est la masse de matériau isolant a utiliser. En conservant l'exemple examiné d'un bâtiment d'habitation ayant une surfaçe de murs et de toit de 650 m2 avec 0,2 m d'isolant de coefficient de conductivité thermique k = 0,03, on peut examiner un autre 25 arrangement de la cuve de stockage d'eau chaude avec une isolation del m d'épaisseur au lieu de 0,5 m, de matériau isolant ayant toujours un coefficient de conductivité thermique k = 0,05. Si la cuve, qui dan$ ce cas sera plus petite, ayant moins d'énergie à stocker, garde la même proportion géométrique le coefficient a ne change pas. Le coefficient [3 30 sera également pris comme constant bien qu'il varie légèrement en fonction du profil de la courbe de chute de température de la cuve en fonction du temps. L'énergie totale vaudra a.x3, en appelant x la longueur de référence. L'énergie nécessaire au chauffage du bâtiment est toujours 'lz a..a3 et l'énet zie.dissipée -10- vaudra 3.x2 /e Nous avons : Energie totale = Energie de chauffage + Energie dissipée Soit e x3 = '/2 �r a3' + x2 /e. Avec e= lm x est donc donné par l'équation a.x3 û �.a.a.x 2- '/2 a. a3 = O. En reprenant le cas étudié avec a = 12 m comme arête de référence , l'équation devient : x3 û 3.x2 - 864 = 0 D'où x = 10,65 m. La cuve de même proportion, mais avec une épaisseur de 1 m a alors pour dimension 10,65 m ; 14,5 x 10,65 /12 = 12,9 ; 2 x 10,65 / 12 = 1,8. Si au contraire, on prend pour épaisseur d'isolant e = 0,25 m l'équation donnant la longueur de l'arête de référence devient x3 û a.x2 - a3 / 2 = 0 soit, toujours avec a =12 m : x3 û 12.x2 - 864 = 0. D'où x = 15,6 m. La cuve prend alors les dimensions 15,6 m x 18,85m x 2,6m . Nous avons vu que la puissance de déperdition Q2 à travers les parois de la cuve, 15 base des calculs, est une fonction de K/e. En utilisant un matériau isolant plus coûteux avec une épaisseur moindre on peut conserver la même valeur pour K/e. Le tableau 1 récapitule les caractéristiques du système de chauffage solaire d'une habitation de 650 m2 de surface extérieure (murs et toit) isolée par une paroi de 0,2m d'épaisseur en matériau de conductivité thermique : 20 k = 0,03 watts / m / 'i°C avec maintien d'une température de 20°C dans les conditions hivernales des latitudes tempérées. Ce tableau est établi pour une cuve de stockage d'eau chaude isolée par du matériau isolant pour utilisation dans l'eau, présentant un coefficient de conductibilité thermique K (différent de k), dans les .cas où : 25 K / e = 0,2 ; K / e = 0,1 ; K / e = 0,05 et pour K = 0,05 et 0,025. 10 5 10. 15 20 25 30 - Tableau 1 - Coeff K / e 0,2 0,1 0,05 de coût K = K= Epaisseur 0, 25 0,125 0,5 0,25 1 0,5 d'isolant K=0,05 K=0,025 K=0,05 ' K=0,025 K=0,05 K=0,025 des parois en m 0,05 0,025 Dimensions 16,10 15,85 13 12,50 12,65 11,65 hors tout en 19,30 19,05 15,50 15 14,90 13,90 m 3,10 2,85 3 2,50 3,80 2,80 10 10 Surface des 842 803 574 482 586 463 parois extérieures en m2 Volume 763 763 348 348 245 245 d'eau en m3 3 15 Volume 200 98 257 121 465 208 d'isolant en m3 Energie 14546 14546 14546 14536 14546 14546 utilisée pour le chauffage - MJ Energie 49241 49241 14546 14546 5936 5936 perdue - MJ 20 20 Surface de 50 50 22 22 16 16 capteurs solaires a nécessaires Coût Proportionnel 9120 9600 6951 7070 1 7575 8070 Un calcul analogue peut être établi pour un immeuble dont les dimensions seraient : longueur 40m, largeur 20m, hauteur 24m. L'énergie nécessaire au chauffage se monte à 71400 MJ. La cuve de stockage d'eau chaude étant située -11- 10 15 20 25 30 -12- dans les fondations du bâtiment, ses dimensions sont : 40m / 20m / H- H étant la profondeur dépendant des paramètres envisagés. Le tableau 2, comme le tableau précédant a été établi pour K/e = 0,2 ; K/e = 0,1 ; K/e = 0,05 et pour deux valeurs de K correspondant a deux matériaux isolants de coût différent. -Tableau 2- Coeff K / e 0,2 0,1 0, 05 de coût K = K= Epaisseur 0,25 m 0,125m 0,5 m 0,25m 1 m 0,5m 0,05 0,025 d'isolant des K=0,05 K=0,025 K=0,05 K=0,025 K=0,05 K=0,025 parois 1000 1000 Profondeur 2,95 m 2,90 m 2,00 m 2,00 m 1,70 m 1,60 rn d'eau 3,45 m 3,25 m 3,00 in 2,50 m 3,70 m 2,60 m totale 10 10 Surface des 2014 1990 1960 1900 2044 i i parois 1912 extérieures en m2 Volume 3081 2944 2186 1887 2360 1815 d'eau en m3 3 15 Volume 489 324 918 460 1797 894 d'isolant en m3 Energie 71400 71400 71400 71400 71400 71400 utilisée pour le chauffage - MJ Energie 118455 118957 52495 57344 25827 27750 perdue - MJ 20 20 Surface de 146 146 95 99 75 76 capteurs solaires nécessaires Coût Proportionnel 27977 29310 27254 28080 31031 32180 2926131 -13- 7. La surface des capteurs solaires prend en compte une énergie captée moyenne de 13 MJ par jour et par m2 pendant 100 jours. Les coefficients de coût permettent une estimation en valeurs relatives des différents constituants de l'installation de stockage de l'eau chauffée par le soleil, avec les tolérances en usage dans l'industrie du bâtiment et du génie civil. Dans le cas d'un immeuble collectif on a affecté, dans le tableau page 12 la profondeur de la cuve d'un certain coefficient. En effet, cette cuve étant placée dans les fondations de l'immeuble, l'augmentation de la profondeur de ces fondations est un facteur de coût significatif. Il est à noter qu'avec des pertes nulles en utilisant un isolant thermique absolument parfait la réserve d'eau ne pourrait descendre en dessous de : 71400 / 4,18 / 20 soit 874 m3 pour le chauffage du' bâtiment. De façon remarquable il apparait que dans les deux cas, maison individuelle (tableau 1) ou immeuble collectif (tableau page 2), le coût minimum est obtenu pour K / e = 0,1, plus précisément autour d'une certaine plage de part et d'autre de 0,1 pour tenir compte des tolérances sur les valeurs de � K � et de � e � en usage dans. l'industrie du bâtiment et du génie civil, avec également utilisation du matériau le moins cher (K= 0,05). En référence à la figure 2, on peut décrire comme suit le fonctionnement 20 de l'installation de chauffage selon l'invention. L'eau de la réserve (6) est envoyée, grâce à une pompe (9),dans une tuyauterie (10) conduisant à un serpentin (11) chauffé par le soleil, avantageusement disposé sir le toit (12) de l'immeuble, du local ou de l'habitation à chauffer, comme représenté sur la figure 2, mais pouvant aussi être 25 disposé sur un panneau séparé orienté vers le soleil. L'orifice d'entrée (13) par lequel la pompe puise l'eau est, de façon avantageuse, placé dans le bas de la cuve (5) de façon à prendre l'eau la moins chaude de la cuve. L'orifice de refoulement (14) par où l'eau retourne à la cuve après avoir été chauffée dans le serpentin (Il) est préférentiellement placé dans la 30 partie supérieure de la cuve pour éviter d'être renvoyée immédiatement dans le serpentin (11), occasionnant alors une perte de rendement du système de chauffage. Avantageusement, une paroi transparente (15) peut être placée au 25 30 -14- dessus du serpentin (11) pour provoquer un effet de serre et améliorer ainsi le rendement du système du chauffage. Une ou plusieurs pompes de distribution propulsent l'eau de la réserve d'eau chaude (6) à travers éventuellement des vannes à ouverture télécommandée ou automatique dans un ensemble de radiateurs qui transmettent la chaleur aux locaux à chauffer; cette eau, après avoir traversé les radiateurs retourne à la cuve (5). Avantageusement la ou les pompes de distribution aspirent, dans le haut de la cuve (5), l'eau (6) et après lui avoir fait traverser les radiateurs de chauffage de l'habitation , la rejettent dans la partie inférieure de la cuve (5). L'eau circulant dans les radiateurs, étant à une température relativement basse, entre 45°C et 25°C comme dit plus haut, les radiateurs doivent présenter une grande surface d'échange avec l'air des locaux à chauffer et peuvent être avantageusement disposés dans les planchers de ces locaux. Pendant la saison chaude, la pompe (9) fait circuler l'eau dans le 15 serpentin(11);un capteur de température (16) informe un calculateur programmable (17) de la température de l'eau ainsi chauffée sortant par l'orifice (14). Un second capteur de température (18) informe ce même calculateur (17) de la température régnant près de la surface de la masse d'eau (6). Selon l'invention, le calculateur (17) ne donne l'ordre à la pompe (9) dt' fonctionner que si la température donnée par le capteur (16) est supérieure à l'indication de température fournie par le capteur (18) . Des capteurs de température (19) disposés dans chaque pièce de l'habitation ou du local à chauffer donnent l'indication des températures ambiantes de ces pièces. Lorsque dans une pièce, la température ambiante descend en dessous de la température de référence désirée (20°C par exemple non limitatif) le calculateur (17) donne l'ordre à une des pompes de distribution de faire circuler l'eau chaude (7) à travers le ou les radiateurs de la pièce à chauffer. Les informations reçues et les ordres envoyés par le calculateur (17) peuvent se faire par un fil ou par un moyen non filaire, telles ''que les ondes radioélectriques ou les ultrasons par exemples non limitatifs. Un indicateur de niveau informe le calculateur (17) de la nécessité de procéder à un remplissage complémentaire de la cuve (5) en cas de perte'd'eau. 10 5 15 20 -15- Avantageusement, les ouvertures, portes et fenêtres des locaux ou de l'habitation à chauffer peuvent être munis de détecteurs d'ouverture. En transmettant leurs informations au calculateur (17) celui-ci peut déclencher une alarme en cas de maintien ouvert au-delà d'une certaine temporisation en saison froide pour éviter un refroidissement intempestif Ces détecteurs d'ouverture peuvent être également mis à profit dans un dispositif de surveillance anti intrusion. En première approximation, étant donné les tolérances sur des valeurs concérnant les industries du bâtiment et du génie civil , c'est à dire en assimilant les fonctions au premier terme de leur développement en série, on peut estimer que les relations sont linéaires entre le volume d'eau V ,exprimé en m3, l'énergie E nécessaire au chauffage en supplément de l'énergie interne produite par l'habitation elle-même, exprimée en MJ ,le coefficient de conductibilité thermique K du matériau (8) isolant la cuve (5), exprimé en watts par mètre et par degré et son épaisseur e exprimée en mètres ; on peut alors écrire, selon l'invention : V=ZxE xK/ e Z étant une constante paramétrique dépendant de la zone climatique concernée. Selon l'invention, dans les climats tempérés Z, est compris entre 0,2 et 0,3 compte tenu des tolérances sur des valeurs relatives aux industries du bâtiment et du génie civil. REVENDICATIONS 1. Système de chauffage solaire de locaux ou d'habitations comprenant : Un capteur solaire composé d'un serpentin(11)dans lequel circule l'eau chauffée par le soleil pendant la saison chaude. Une cuve (5) dans laquelle est recueillie cette eau chaude isolée thermiquement par une épaisseur � e � de matériau isolant (8) de coefficient de conductibilité thermique � K �. Une pompe (9) faisant circuler l'eau de la cuve (5) à travers le serpentin (11) Une ou plusieurs pompes de distribution. Des radiateurs de chauffage situés dans Jes pièces à chauffer de l'habitation Un capteur de température (16) indiquant la température, à la sortie de l'orifice de refoulement (14) de l'eau chauffée dans le serpentin (Il). Un capteur de température (18) indiquant la température de l'eau(6) près de sa surface. Des capteurs de température d'ambiance(19) disposés dans les pièces dont on veut contrôler la température . Un calculateur programmable (17). Caractérisé par le fait que l'optimum économique pour sa construction est obtenu lorsque le rapport K/e avoisine 0,1 , K étant exprimé en Watts par mètre et par degré et e en mètres, compte tenu des tolérances en usage dans 20 les industries du bâtiment et du génie civil. Caractérisé encore par le fait que la circulation de l'eau dans le serpentin(l 1) n'a lieu que si la température de cette eau à la sortie de l'orifice (14) est supérieure à la température de l'eau (6) au fond de la cuve (5).Caractérisé encore par le fait que lorsque la pompe (9) est arrêtée, le serpentin (Il) est vide et hors gel. Caractérisé encore par le fait que l'énergie reçue par le capteur solaire pendant la saison chaude et stockée sous forme de chaleur d'un volume d'eau (6) dans la cuve (5) est égale à la somme de la totalité de l'énergie nécessaire au chauffage des locaux ou de I" habitation et de la totalité des pertes à travers les parois (8) de de la cuve (5) de stockage de l'eau chaude (6). Système de chauffage selon la revendication l comprenant une paroi transparente (15) couvrant le serpentin (l 1),caractérisé parle fait que l'effet de serre obtenu améliore le rendement du système. 25 302)-17- 3) Système de chauffage selon les revendications 1 et 2 caractérisé par le fait que le serpentin (11) est placé sur le toit du local ou de l'habitation à chauffer. 4) Système de chauffage selon les revendications 1 , 2 et 3 caractérisé par le fait que la cuve (5) de stockage d'eau chaude est intégrée dans la structure (7) du 5 local ou de l'habitation à chauffer 5) Système de chauffage selon l'une quelconque des revendications précédentes comprenant un orifice (13) d'aspiration d'eau de la cuve par la pompe (9) et un orifice (14) de refoulement de cette eau, caractérisé par le fait que l'orifice (13) est placé au fond de la cuve (5) et l'orifice (14) dans sa partie supérieure. 10 6) Système de chauffage selon l'une quelconque des revendications précédentes comprenant des détecteurs d'ouverture sur les portes et fenêtres des locaux ou habitations, transmettant leurs informations au calculateur programmable (17),caractérisé par le fait que ce calculateur (17), pendant la saison froide, déclenche une alarme temporisée, lorsqu'une porte ou une fenêtre est restée 15 ouverte pendant un temps excessif prédéterminé. 7) Système selon la revendication 6 caractérisé parle fait que les informations d'ouverture des portes et fenêtres peuvent être intégrées dans un système de sécurité anti-intrusion. 8) Système selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par 20 le fait que le volume V d'eau (6), exprimé en m3, l'énergie E nécessaire au chauffage en supplément de l'énergie interne produite par l'habitation elle-même, exprimée en MJ, le coefficient de conductibilité thermique K des parois (8) de la cuve (5) exprimé én watts par mètres et par degré et l'épaisseur e de ces parois, exprimée en mètres, sont liés par la relation : V = 4 Z x E x K / e 25 Z étant une constante paramétrique dépendant de la zone climatique concernée. 9) Système selon la revendication 8 caractérisé par le fait que Z est compris entre 0,2 et 0,3 pour les climats tempérés.