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SYSTÈMES SOLAIRES PASSIFS DE CLIMATISATION. PARTIE 2 : TYPES DE SYSTÈMES ET PRINCIPES DE FONCTIONNEMENT

23-01-2019

Parmi les systèmes solaires passifs de climatisation il existe trois catégories basiques de solutions : systèmes d'apport solaire direct, semi-direct et indirect. Dans le cas des systèmes d'apport solaire direct l'énergie rayonnante solaire entre dans l'espace intérieur, qu'on souhaite climatiser, instantanément, à travers d'une surface transparente. Dans le cas des systèmes d'apport indirect, le rayonnement solaire visible n'atteint pas l'espace intérieur du bâtiment. L'énergie est absorbée et transférée par conduction ou irradiée et transférée par convection.

Parmi les systèmes solaires passifs de climatisation il existe trois catégories basiques de solutions, comme nous le mentionnions la semaine dernière dans la 1ère partie de cette série de post : systèmes d'apport solaire direct, semi-direct et indirect.


Système d'apport solaire direct [Image 1]
Dans le cas du système d'apport solaire direct, l'énergie rayonnante entre dans l'espace instantanément à travers une surface transparente. Le système d'apport direct le plus simple et efficace est une fenêtre, plus spécifiquement son vitrage (simple, double ou triple). Les variables qui affectent le rendement des différents types de vitrage sont : le facteur solaire du vitrage et le coefficient de transmission thermique.

Un des mécanismes de fonctionnement de système d'apport direct est le suivant : le rayonnement solaire pénètre dans l'espace intérieur à travers le vitrage. Il atteint, directement et sans obstacles, le lieu où la chaleur primaire sera absorbée et stockée durant les heures d'ensoleillement. La diffusion ultérieure de la chaleur accumulée produira l'augmentation de la température de l'habitation. La masse thermique pour le stockage de chaleur peut se trouver dans différents endroits des bâtiments solaires passifs. Par exemple dans les sols ou les murs externes ou internes.


Système d'apport solaire semi-direct
Un exemple de système semi-direct est la véranda bioclimatique. Il est semi-direct parce qu'il inclut un espace intermédiaire, conçu pour la captation solaire, qui fonctionne aussi comme tampon entre l'extérieur et l'espace à climatiser. Il fonctionne comme amortisseurcar il réduit la différence de température entre l'intérieur et l'extérieur. L'application de ce système de chauffage solaire passif réduit la consommation d'énergie pour compenser la perte de chaleur. Dans ce type de système on profite de l'effet de serre pour capter l'énergie. L'énergie solaire pénètre dans l'espace solaire sous forme de rayonnement visible. Elle est absorbée par la superficie intérieure et irradiée sous forme de radiation infrarouge. Le verre est opaque à la radiation infrarouge donc l'énergie se retrouve coincée à l'intérieur. Avec le temps, la température dans la serre augmente progressivement. La chaleur est transférée à l'espace intérieur par convection ou conduction.

Deux types basiques de véranda bioclimatique sont les suivants :

Véranda bioclimatique convective [Image 2], dans laquelle l'air chaud de la serre est transféré à travers des perforations de ventilation dans la partie supérieure et inférieure du mur.

Véranda bioclimatique rayonnante [Image 3], qui inclut le mur sans ouverture de ventilation. Dans ce cas, la chaleur est accumulée dans le mur et transférée lentement vers l'espace intérieur par conduction. L'objectif est de fournir de la chaleur dans l'espace intérieur durant les heures nocturnes et on cherche donc à diffuser la chaleur accumulée en différé.

Système d'apport solaire indirect

Dans le cas de système d'apport solaire indirect, les rayons du soleil n'atteignent pas l'espace intérieur. L'énergie est absorbée par le mur massif et lentement transférée vers l'intérieur par conduction. Elle arrive à l'intérieur avec un décalage qui est avantageux dans le cas où nous voulons recevoir la chaleur pendant la nuit quand la température intérieure baisse.

Un exemple classique de système d'apport indirect est le mur Trombe. Le premier prototype de mur Trombe a été construit en 1967 par le Dr Félix Tombe [Image 4].

Le mur Trombe classique est un mur de forte masse thermique recouvert d'un vitrage. Les deux couches sont séparées par une lame d'air. Pour augmenter l'absorption le mur est peint en noir. Dans la partie supérieure et inférieure du mur, on trouve des ouvertures de ventilation. L'air de la cavité entre le mur et le vitrage est chauffé grâce à l'effet de serre et, par convection, entre dans l'espace intérieur à travers les perforations. L'air de température plus basse de l'habitation pénètre dans la chambre à air par les ouvertures inférieures, ce qui provoque une circulation constante entre la chambre à air et l'espace intérieur. En même temps, durant les heures de soleil, le mur absorbe une partie de l'énergie solaire. La chaleur est transférée lentement par conduction vers l'intérieur. L'énergie absorbée est libérée dans l'habitation et redistribuée par convection. Pour éviter la perte de chaleur pendant la nuit, on installe des clapets pour le contrôle du flux de l'air dans les ouvertures de ventilation.

Un exemple d'utilisation du mur de Trombe dans l'architecture moderne est le Centre d'Apprentissage de la Nature et de l'Environnement (NME) à Amsterdam, par Bureau SLA [image 6].




Textes des images :

1 : Systèmes d’apport direct durant le jour et la nuit

2 : Véranda bioclimatique convective

3 : Véranda bioclimatique rayonnante

4 : Prototype de mur Trombe

5 : Mur Trombe

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