Systèmes solaires passifs. Masse thermique (stockage de chaleur). Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique

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Le rayonnement solaire tombant sur les murs, les fenêtres, les toits et autres surfaces est absorbé par le bâtiment et stocké sous forme de masse thermique. Cette chaleur est ensuite rayonnée dans le bâtiment.

La masse thermique d'un système de chauffage solaire remplit la même fonction que les batteries d'un système solaire photovoltaïque : stocker l'énergie solaire pour une utilisation ultérieure.

La masse thermique peut être intégrée dans un système solaire passif de différentes manières, des sols carrelés aux conteneurs remplis d'eau. Les matériaux qui absorbent et retiennent la chaleur comprennent : les dalles de sol en béton, les murs en pierre et d'autres matériaux de construction lourds. Ils sont l'élément principal des maisons qui utilisent l'énergie solaire passive. Même si la plupart des fenêtres du bâtiment sont orientées au sud, mais qu'il n'y a pas de réserve de masse thermique, une telle maison ne sera pas économe en énergie. Vous devez savoir qu'une surface sombre réfléchit moins et absorbe plus de chaleur. Si le sol est recouvert de carreaux sombres, il absorbera la chaleur pendant la journée et rayonnera la nuit. L'amplitude du flux de chaleur dépend de la différence de température entre la source de chaleur et l'objet vers lequel elle est dirigée.

Comme décrit ci-dessus, la chaleur se déplace de trois manières : conduction (transfert de chaleur par des matériaux solides), convection (transfert de chaleur dû au mouvement de liquides ou de gaz) et rayonnement. La surface de la maison perd également de la chaleur par ces trois voies. Une bonne conception d'un bâtiment solaire passif permet de minimiser les pertes de chaleur et de maximiser sa distribution efficace. La quantité de masse thermique requise (matériaux de stockage de chaleur) dépend fortement du climat. Les bâtiments lourds avec une grande masse thermique sont plus confortables dans les climats chauds, secs ou froids, mais dans les climats chauds et humides, ces bâtiments sont inefficaces. Dans les climats frais, la masse thermique agit comme une réserve thermique en cas de temps froid, améliorant ainsi le confort et réduisant le besoin de chauffage d'appoint, sauf les jours nuageux ou très froids.

Assurer une masse thermique adéquate est généralement la tâche la plus difficile pour un concepteur solaire passif. Le besoin de masse thermique est déterminé par la surface totale des fenêtres orientées au sud et l'emplacement du bâtiment. Pour garantir une conception efficace, les principes suivants doivent être respectés :

• Localisez la masse thermique dans les endroits où la lumière du soleil frappe. Une masse thermique située dans des endroits où les rayons du soleil tombent directement est plus efficace qu'une masse placée dans un endroit difficilement accessible depuis le soleil. Les bâtiments conçus pour l'absorption solaire indirecte ont besoin de 34 fois plus de masse thermique que ceux qui utilisent la lumière directe du soleil.
• Répartir la masse thermique. Les maisons utilisant une conception solaire passive sont plus efficaces lorsque la masse thermique est relativement mince et répartie sur une grande surface. La surface de la masse thermique doit être au moins 3 fois et de préférence même 6 fois supérieure à la surface totale des fenêtres orientées au sud. Les dalles de sol d'une épaisseur de 8 à 10 cm sont plus efficaces qu'un sol d'une épaisseur de 40 à 50 cm.
• Ne couvrez pas la masse thermique. Les tapis et les passerelles entravent le transfert d'énergie vers et depuis les cellules solaires passives. Les murs en pierre peuvent être finis à sec, mais ne doivent pas être recouverts de grandes tapisseries murales ou de boiseries. La finition sèche doit être appliquée directement sur le mur et non sur des revêtements fixés au mur qui créent un espace d'air isolant indésirable entre la finition et la masse thermique.
• Isolez les surfaces intérieures de la masse thermique. Il existe plusieurs méthodes pour isoler les dalles de plancher et les murs extérieurs en pierre. De telles mesures sont nécessaires pour économiser de l'énergie. Malheureusement, des problèmes peuvent parfois survenir, comme l'apparition de termites dans la mousse isolante des panneaux de plancher.
• La masse thermique doit être polyvalente. Pour justifier les coûts financiers, la masse thermique doit servir non seulement d'accumulateur de chaleur, mais également à d'autres fins. Par exemple, les murs en pierre capables de stocker la chaleur, bien que l'un des éléments de la conception solaire passive, ont un coût déraisonnablement élevé s'ils ne sont nécessaires que comme masse thermique. Un sol carrelé retient la chaleur, sert d'élément structurel et est un bel élément de design. Les murs intérieurs en pierre sont un élément structurel, séparant les pièces et gardant la chaleur.

Lors de la conception d'un système solaire passif, le processus de choix des matériaux de construction doit prêter attention à leur capacité à retenir la chaleur. Cette valeur s'appelle la capacité calorifique volumétrique (J / m3-oC) ou, en d'autres termes, c'est la quantité de chaleur que le matériau est capable d'absorber et de stocker.

Capacité calorifique volumétrique pour certains matériaux de construction couramment utilisés:

Dans le passé, les concepteurs solaires passifs utilisaient de l'eau stockée dans de grands conteneurs comme moyen de transfert de chaleur. Alors que l'eau est bon marché, les conteneurs et l'espace qu'ils occupent sont assez chers. Certains concepteurs ont opté pour des conteneurs remplis de pierres, les utilisant comme réservoirs de masse thermique. Il faut garder à l'esprit que pour maintenir la même quantité de chaleur, il faudra trois fois plus de pierres que d'eau. Cependant, l'environnement humide qui se forme dans les endroits où sont installés les réservoirs d'eau provoque une forte odeur désagréable et constitue un environnement favorable à la reproduction des champignons et des bactéries. Ces problèmes ont miné la réputation de cette option de construction solaire passive.

Le stockage de la chaleur avec de l'eau et des pierres nécessite des systèmes de contrôle complexes, des pompes et des ventilateurs. Un tel processus de conservation de la chaleur n'est presque jamais utilisé aujourd'hui. La raison principale en est que le fonctionnement de tels systèmes dépend de l'électricité, ces systèmes nécessitent un entretien, sont sujets à des pannes périodiques et, par conséquent, nécessitent des réparations.

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