Systèmes solaires passifs. Fenêtre. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique

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L'efficacité de tout système passif dépend du type de fenêtres. Le verre ou d'autres matériaux transparents laissent passer les ondes courtes et bloquent les longues ondes de rayonnement thermique à l'intérieur. Les fenêtres régulent le flux d'énergie de deux manières principales : en hiver, elles fournissent de la chaleur à la maison en laissant entrer l'énergie solaire dans le bâtiment, grâce à quoi la température de l'air à l'intérieur des locaux dépasse la température extérieure ; en été, ils aident à rafraîchir le bâtiment en réduisant la quantité de lumière solaire qui pénètre par la fenêtre en la positionnant bien et en l'ombrageant, et en utilisant la ventilation pour refroidir la maison.

Si nous utilisons la chaleur solaire, il est nécessaire d'assurer sa pénétration dans la pièce exactement au moment où elle est la plus utile. En règle générale, en hiver, les rayons du soleil doivent tomber dans la pièce de 9.00h15.00 à XNUMXhXNUMX. Il est souhaitable qu'il n'y ait pratiquement aucun obstacle sur leur chemin. Ainsi, les arbres du site peuvent occulter les pièces de la maison. Ceci doit être pris en compte lors de la construction. Vous pouvez planifier une maison avec des fenêtres de chaque côté. Dans le même temps, le bâtiment aura une faible consommation d'énergie. Lors de la conception, la charpente du bâtiment, c'est-à-dire les murs, le sol et le plafond, est plus importante que l'emplacement des cloisons internes. Si vous voulez que la fenêtre soit orientée vers l'ouest, vous devez l'ombrager correctement et choisir la taille appropriée.

Le verre transmet des ondes de rayonnement solaire dans la plage de 0,4 à 2,5 microns. En raison de l'absorption de la lumière par des objets opaques situés à l'intérieur de la pièce et de sa réémission ultérieure, sa longueur d'onde augmente à 11 microns. Le verre est une barrière impénétrable à une onde électromagnétique de cette longueur. La lumière entrant dans la pièce est piégée. La quantité de lumière traversant le verre dépend de l'angle d'incidence. Angle d'incidence optimal - 90°. Si la lumière du soleil frappe le verre à un angle de 30° ou moins, alors la majeure partie de la lumière du soleil est réfléchie.

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Spectre de rayonnement solaire et transfert de chaleur

Pour choisir le bon vitrage, vous devez avoir une idée de la lumière et de la chaleur. Le spectre de la lumière solaire frappant la Terre est constitué d'ondes de différentes longueurs d'onde. Différents verres transmettent, absorbent et réfléchissent les ondes de rayonnement solaire de différentes manières. Par exemple, réduire la lumière vive (par réflexion ou ombrage) est utile sur le lieu de travail. En laissant entrer la lumière du jour, vous pouvez économiser l'énergie nécessaire à l'éclairage artificiel. Les plus favorables pour une personne sont les rayons infrarouges, qui créent une sensation de confort. En identifiant le bon type de verre, vous pouvez transmettre ou réfléchir le rayonnement infrarouge.

Il existe trois options pour le passage de la chaleur à travers le matériau utilisé pour le vitrage. Le premier est la conductivité thermique : dans ce cas, la chaleur traverse le verre. Pour sentir la chaleur, il suffit de toucher le verre. La deuxième forme de transfert de chaleur est le rayonnement : les ondes électromagnétiques transfèrent la chaleur à travers le verre. Cela donne l'impression que la surface de la fenêtre dégage de la chaleur. La troisième façon de déplacer la chaleur est la convection. La convection déplace la chaleur par le mouvement de l'air, dans ce cas des courants d'air. Le mouvement naturel de l'air chaud vers l'air plus froid vous permet d'augmenter ou de diminuer la température dans la pièce.

L'indice de résistance thermique du matériau (valeur R) utilisé pour le vitrage est déterminé par son degré de conductivité thermique, de rayonnement et de convection. La valeur globale de l'indice de résistance thermique de la fenêtre dans son ensemble est affectée par l'infiltration du flux d'air. La quantité de chaleur qui traverse le vitrage est tout aussi importante que le mouvement de chaleur à travers les fenêtres. La qualité de fabrication et d'installation de l'ensemble de la fenêtre, y compris l'installation du cadre, affecte le degré de pénétration de l'air.

Les progrès de la technologie des fenêtres ont considérablement affecté l'efficacité des bâtiments dans les années 70 et jouent aujourd'hui un rôle important dans les systèmes solaires passifs. Voici quelques avancées dans la technologie des fenêtres :

• Double et triple vitrage (double vitrage) avec un haut degré d'isolation thermique.
• Verre à faible émissivité doté d'un revêtement qui laisse entrer la chaleur mais ne la laisse pas sortir.
• L'utilisation d'argon (ou d'un autre gaz inerte) pour remplir l'espace à l'intérieur d'un vitrage isolant, entraînant une augmentation du degré d'isolation thermique par rapport aux vitrages isolants remplis d'air ordinaire.
• Technologies basées sur l'utilisation d'une transition de phase, qui permettent de modifier le degré de transparence du verre à l'aide d'une tension électrique.

Principaux types de verre

Les matériaux utilisés pour les vitrages comprennent : le verre, les fibres acryliques, la fibre de verre, etc. Bien que différents matériaux aient des applications différentes, la plus courante est l'utilisation du verre. Différents types de verre permettent au concepteur de développer une maison solaire passive répondant à toutes les exigences du client. Le vitrage simple est le plus simple de tous les types de verre et constitue la pierre angulaire d'un vitrage de meilleure qualité. Le verre ordinaire a une grande transparence à la lumière du soleil, mais une mauvaise isolation thermique - le coefficient de résistance thermique est d'environ 1,0. Le verre à vitre ordinaire peut jouer son rôle efficacement lorsqu'il est utilisé dans des fenêtres à double vitrage ou à double vitrage, dans des bâtiments situés dans des régions à climat chaud (à moins que la climatisation ne soit également utilisée), dans certains types de capteurs solaires et dans des serres saisonnières. Les structures qui utilisent des vitres simples sont généralement sujettes à de grandes fluctuations de température, des courants d'air, de la condensation et ne bloquent pas bien l'air froid de l'extérieur.

La structure la plus couramment utilisée dans la construction aujourd'hui est la fenêtre à double vitrage. Une fenêtre à double vitrage est constituée de deux verres assemblés en un seul produit. Les verres simples (thermoglass) sont reliés en une seule structure par une barre intermédiaire, constituée d'un matériau qui absorbe l'humidité. Cette conception est généralement scellée avec du silicone. Un espace d'air fermé se forme entre les verres, ce qui contribue à augmenter la résistance thermique, dont le coefficient pour une fenêtre à double vitrage est d'environ 1,8-2,1. La pratique a montré que la meilleure distance entre les verres pour l'espace aérien est de 1 à 2 centimètres. Une plus grande distance entre les vitres n'augmentera pas beaucoup le coefficient de résistance thermique.

En effet, une grande lame d'air peut augmenter la convection dans un vitrage isolant et par conséquent abaisser la température. Bien sûr, vous pouvez augmenter la distance entre les verres jusqu'à 10-12 centimètres sans créer de flux de convection, mais le produit sera alors très volumineux. La demande croissante d'efficacité énergétique dans les bâtiments a conduit les fenêtres à double vitrage à devenir la norme dans la construction. Avec une bonne transparence pour l'énergie solaire et une isolation thermique de haute qualité, de telles fenêtres représentent une avancée significative par rapport à une fenêtre conventionnelle. Les fenêtres à double vitrage sont utilisées dans la production de fenêtres, de portes, pour la construction de toits vitrés, de solariums et dans de nombreux autres domaines.

verre de haute qualité

Le verre de haute qualité a un coefficient de résistance thermique plus élevé et une bonne transparence pour l'énergie solaire. En augmentant la capacité isolante du verre, la conception du bâtiment peut être améliorée en même temps. Des locaux auparavant clos de murs peuvent être aménagés en chambres dites solaires avec éclairage solaire passif (fenêtres en toiture et en plafond). Les pièces sombres seront remplies de lumière naturelle, de chaleur solaire et de magnifiques vues depuis la fenêtre peuvent également s'ouvrir. Avec une augmentation relativement faible des coûts, il est possible d'améliorer l'efficacité énergétique, d'offrir une plus grande résistance à l'humidité et une protection contre les UV. Et par conséquent - une variété de projets de construction. Aujourd'hui, une grande variété de verres de haute qualité est disponible pour les consommateurs.

Quels sont les avantages d'un tel verre ? Le verre à faible émissivité (faible capacité du matériau à transmettre le rayonnement infrarouge (thermique)) augmente l'efficacité énergétique d'un vitrage isolant. Plus l'émissivité est élevée, plus le matériau transmet de chaleur. A l'inverse, plus ce coefficient est faible, plus la chaleur est réfléchie par le matériau. Les revêtements ayant une faible émissivité réfléchiront ou réémettront le rayonnement infrarouge dans la pièce, augmentant ainsi la température. Une fois converti en coefficient de traînée, ce dernier sera de 2,6 à 3,2.

Pour les climats plus chauds, les fenêtres des bâtiments peuvent être modifiées pour renvoyer la chaleur infrarouge vers l'extérieur, en maintenant la température à l'intérieur de la maison plus fraîche. Le verre à faible émissivité a une résistance thermique élevée, une protection contre les UV et une résistance à l'humidité. Les fenêtres remplies de gaz inerte ont un coefficient de résistance thermique plus élevé, son indice augmente d'environ 1,0. L'air à l'intérieur de la fenêtre isolante est remplacé par un gaz inerte aux meilleures performances isolantes. Les gaz les plus couramment utilisés sont le krypton et l'argon.

rideaux de fenêtre

En plus de remplir des fonctions décoratives, les rideaux peuvent réduire les pertes de chaleur pendant les mois froids ou empêcher la température de monter pendant la saison chaude. Une corniche faite, par exemple, de contreplaqué empêchera l'air chaud sous le plafond de se déplacer dans l'espace entre la fenêtre et le rideau. Pour obtenir le résultat souhaité, les rideaux doivent être au moins 30 cm plus longs que la hauteur de la fenêtre, bien qu'ils soient plus optimaux lorsqu'ils sont au sol.

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