CA1210212A - Plan de maison d'habitation visant l'insolation efficace - Google Patents

Abstract

Une maison d'habitation comprenant un toit, des murs extérieurs et intérieurs définissant ensemble des pièces d'habitation et des ouvertures constituées par au moins une porte et des fenêtres. Selon l'invention, les murs extérieurs de cette maison dessinent ensemble, lorsque vus de dessus, une surface en forme de moitié de polygone à au moins six côtés, ladite surface s'inscrivant dans un demi-cercle dont la diagonale formant la base est orientée plein nord de façon à ce que l'ensemble de la façade polygonale soit exposé au soleil. Le mur extérieur de la maison s'étendant le long de la diagonale formant la base du demi-cercle est dépourvu d'ouvertures, pour offrir le moins de relief possible aux intempéries et réduire au maximum les pertes de chaleur. Les pièces d'habitation sont chacune pourvues d'au moins une ouverture et sont disposées les unes à côté des autres sur toute la longueur de la façade semi-polygonale exposée au soleil. Grâce à cette disposition, les murs extérieurs de la façade se trouvent exposés au soleil progressivement de 50% minimum au lever ou au coucher du jour à 100% maximum au milieu de la journée. Entre ce maximum et ce minimum, les murs intérieurs séparant les pièces sont toujours exposés de biais ou de face aux rayons, favorisant ainsi le captage passif de la chaleur. Pour améliorer ce captage passif, les murs intérieurs séparant entre elles les diverses pièces d'habitation adjacentes sont faits en béton plein.

Description

La presente invention a pour objet un nouveau type de maison d'habitation dont la forme generale et l'o-rientation des pièces sont specialement consues pour capter le maximum d'energie solaire.
Dans les maisons d'habitation de forme convention-nelle c'est-a-dire de forme carree ou rectangulaire, ou de forme composee de carres et de rectangles adjacents, on sait que au maximum deux côtes sur quatre, c'est-à-dire au maximum 50% des côtes, sont exposes au rayon du soleil.
On sait egalement que même sous cette exposition maximum de 50~, lesdits côtes reçoivent generalement les rayons solaires de biais. En fait, pour que les rayons solaires frappent un mur de face, il faut qu'un seul côte soit expose ce qui correspond à une exposition pratique de 25%
de la totalite des murs de la maison. Il est donc bien evident que la forme conventionnelle donnee aux maisons d'habitation n'est pas la plus appropriee aussi bien pour le captage actif que pour le captage passif de l'energie solaire.
La presente invention a pour objet un nouveau type de maison d'habitation dont la forme et l'orientation des pièces sont spécialement choisis pour ameliorer subtan-tiellement le captage passif et le cas écheant actif d'e-nergie solaire.
Plus precisement, la presente invention a pour objet une maison d'habitation comprenant un toit, des murs exterieurs et des murs interieurs definissant ensemble des pièces d'habitation, et des ouvertures constituees par au moins une porte et des fenêtres, caracterisee en ce que:
a) lorsque vus de dessus, les murs exterieurs de la maison dessinent ensemble une surface en forme de moitie de polygone à au moins six côtes, ladite surface s'inscrivant dans un demi-cercle dont la diagonale formant la base est orientee du côte oppose au soleil de fason à ce que l'ense~ble de la fasade polygonale soit exposé au soleil;
b) le mur extérieur s'étendant le long de la diagonale formant la base du demi-cercle est plat et est pourvu d'une seule ouverture au maximum;
c) les pièces d'habitation sont chacune pourvues d'au moins une ouverture et sont disposées les unes a côté
des autres sur tout le long de la façade semi-polygonale exposée au soleil; et d) les murs interieurs séparant entre eux les diverses pieces d'habitation adjacentes et, de préférence, le toit sont porteurs et faits en béton.
Tel que précédemment indi~ué, le mur extérieur dispose du côté oppose au soleil de la maison d'habitation selon l'invention, ce côté étant pour une maison située dans l'hémisphere nord du globe terrestre le côté nord, est un mur aveugle, ne comprenant aucune ouverture créant une interruption du voile isolant thermique et pouvant ainsi conduire a des pertes de chaleur soit en fonction des maté-riaux utilisés pour fermer cette ouverture, soit pendant l'opération de ladite ouverture (ouverture de la porte ou des fenêtres selon le casl. De plus, ce mur est completement plat pour offrir le moins de relief possible aux intempéries.
Les autres murs extérieurs de la maison d'habita-tion selon l'invention sont, par contre, exposés au soleil progressivement de 50% minimum au lever ou au coucher du soleil a 100% maximum lors~ue le soleil est en haut de sa trajectoire. Du fait que chacune des pièces d'habitation est pourvue d'au moins une ouverture disposée du côté de la maison en permanence orienté au soleil, les murs inté-rieurs de la maison séparant les pieces entre elles sonttoujours exposés de biais ou de face au rayon solaire, ceci favorisant le captage dit passif de l'énergi~ solaire.
Comme chacun sait, il est d'usage courant d'utili-ser un matériau, généralement du béton, pour la fabrication des murs porteurs et un autre matériau plus léger pour ~l2~2~

séparer les pièces les unes des autres, le second matériau plus léger étant habituellement du gypse monté sur une ossature de bois ou de métal. Il est également d'usage courant d'utiliser un autre matériau pour la construction des planchers, cet autre matérlau étant habituellement des poutres de bois disposées horizontalement.
Selon la presente invention, les murs interieurs séparant entre elles les diverses pièces d'habitation adjacentes sont avantageusement faits en béton plein, pour améliorer leur capacité d'absorption de l'énergie solaire lorsqu'ils sont exposés au soleil.
Du fait que ces murs de séparation sont faits en béton, ils peuvent être construits de façon à etre porteurs contrairement à l'usage courant où les murs de séparation ; des pièces ne sont pratiquement jamais utilisés comme murs porteurs.
Selon un mode particulier de réalisation de l'invention,les murs intérieurs séparant les pieces adjacen-tes les unes des autres sont avantageusement disposés de façon a s'étendre comme des médianes perpendiculairement aux façades des murs exterieurs. Ceci a comme résultat de donner à chaque pièce d'habitation deux angles droits et trois angles obtus, d'ou une excellente habitabilité.
Le fait que la séparation entre les diverses pieces d'un même appartement soit effectuee a l'aide de murs de beton plein a en outre l'avantage de donner a l'ensemble de l'ap-partement une excellente isolation phonique. Les murs de 5eparation du c8te de la circulation, c'est-a-dire du côte oppose aux fenêtres peuvent par contre être à ossature legère 3C de metal remplie de laine minérale et finie de panneaux de gypse sur les deux faces.

Avantageusement, les murs extérieurs et le toit sont recouverts d'une enveloppe isolante de facon a assurer ~2~%~

une bonne isolation thermique de la maison. Cette isolation thermique peut inclure le volume habitable lui-meme ainsi que les elements de l'enveloppe de ce volume, c'est-a-dire le~ parois verticales et horizontales exterieures, pour constituer une enveloppe chaude continue. Le recouvrement du toit est de preEerence constitue par une dalle dite flottante, laquelle dalle est faite en béton coule sur une couche isolante posee sur la surface du toit. Ce systeme de double dalle constitue par, d'une part, le toit qui est maintenu chaud et, d'autre part, la dalle flottante qui est froide de par son contact permanent avec l'exterieur, est tout particulierement avantageux dans la mesure ou il assure une retention de la neige sur la toiture plate de la maison, la neige agissant alors comme coussin thermique.
De par son orientation particuliere, la maison d'habitation selon l'invention est capable de capter de façon passive le maximum d'energie solaire aussi bien a l'exterieur qu'à l'interieur où les rayons solaires peuvent aisement passer par les ouvertures prevues dans les murs exterieurs sauf du cote nord. Afïn d'augmenter au maximum son efficacite thermique, la maison selon l'invention peut être équipée de panneaux solaires pour capter de façon active l'energie solaire, cette energie pouvant être uti-lisee pour le chauffage du volume habite et/ou le chauffage de l'eau domestique, dependant du nombre d'heures d'ensoleil-lement dans la region o~ la maison est construite.
A ce sujet, il convient de mentioner que, par sa structure, la maison d'habitation selon l'invention offre une surface maximale de murs exposes au rayonnement solaire naturel.
Lorsque des panneaux capteurs sont utilises, ils peuvent etre disposes de trois façons, à savoir:
1) verticalement sux les murs exterieurs, entre les ouvertures;

2) suivant une inclinaison a determiner, en avant du dernier plancher; et

3) sur le toit.
De par sa geometrie, la maison d'habitation selon l'invention offre donc aux concepteurs plusieurs endroits adequats pour positionner des capteurs solaires tout en laissant une large possibilite de captage et/ou de trans-formation de l'energie (stockage dans de l'eau ou dans un massif de roche, l'utilisation de piles photo-voltaiques, etc).
Bien entendu, la maison selon l'invention peut comporter un ou plusieurs etages. Dans tous les cas, il sera toutefois preferable de ne prevoir qu'une seule porte au rez de chaussée pour réduire au maximum les pertes thermiques.
Comme on peut donc le constater, la plupart des composants de la présente invention sont solidaires et indissociables. Ces divers composants sont tous connus individuellement mais, a la connaissance de l'inventeur, n'ont jamais été utilisés en commun tel que décrits et revendiqués dans le présent mémoire descriptif.
Parmi les autres avantages de la maison selon l'invention on peut mentionner l'utilisation du béton comme matériau de base pour les planchers,les murs de ré-paration et le toit, lequel béton peut être coulé directe-ment sur le chantier ou préfabriqué en usine, en atelier ou sur le chantier en fonction des conditions locales.
Le fait que le béton est quasiment le seul matériau de base utilisé présente de tres nombreux avantages, tels que l'effet de répétition, la rapidité d'exécution, la réduction du délai de construction, la réduction des coûts de construction, l'avancement de la date de disponibilité, le travail pendant l'hiver dû a la préfabrication et la réduc-tion des interférences entre corps d'état.

De plus, du fait que le beton est utilise non seulement pour fabriquer des murs mais egalement pour fa-briquer les planchers, conduit à une amelioration de la qualite des surfaces exposees de même qu'à une amelioration de la precision des joints, puisque l'on peut alors utiliser des coffrages en metal et des moules fixes.
Le choix du beton presente en outre un autre interêt dans la mesure Q~ c'est un excellent isolant contre le feu. L'emploi gen~ralise du beton assure donc une 1~ securite et un confort ameliore pour les occupants, en plus de rendre inutile la presence d'un deuxième escalier. En outre, son utilisation permet d'ob-tenir une reduction des primes d'assurance, une augmentation de la valeur immobilière ainsi qu'une augmentation substan-tielle de la longevite de la bâtisse.
Avantageusement, les fonctions d'habitation au sein de la maison peuvent être separees, une partie pouvant être reservee au sejour, l'autre au repos. De preference, les pièces destinees au repos seront disposees à l'est de façon à pouvoir beneficier du soleil levant.
L'invention ainsi que ses divers avantages res-sortiront mieux de la description non limitative qui va suivre d'un mode de realisation prefere de celle-ci, faite en reference aux dessins annexes dans lesquels:
- la figure 1 est une vue de dessus d'une maison selon l'invention, montrant les axes principaux des murs et façades, - la figure 2 est une vue en plan montrant la dis-position possible des pièces d'un logement dans le cas d'une maison comprenant plusieurs logements de six pièces super-poses et relies à l'aide d'un escalier;
- les figures 3 et 4 sont des vues en plan montrant schematiquement l'ensoleillement des pièces a divers moments de la journee;

- la figure 5 est une vue en coupe transversale montrant la jonction du mur exterieur oriente du cote nord avec le toit ;
- la figure 6 est une vue en coupe transversale montrant des details de la jonction des murs exterieurs orientes du côte sud, avec un plancher interieur;
- les figures 7a et 7b sont des vues schematiques en coupe transversale et de dessus de la maison, montrant les dispositions possibles pour des panneaux capteurs; et - la figure 8 est une vue en elevation montrant la moitie de la fasade sud de la maison avec differentes combinaisons et formes possibles de panneaux et d'ouvertures.
Comme on peut aisement le constater, la maison d'ha~itation illustree sur les dessins annexes a, lorsque ~ vue de dessus, une surface en forme de moitie de dodecanone regulier. Il convient toutefois de mentionner que la pre-sente invention n'est pas limitee a ce polygone particulier, tout autre polygone ayant plus de six cotes pouvant etre utilises de façon similaire. En fait, le choix du nombre de cotes du polygone est laisse a la discretion du construc-teur en fonction de la taille et la forme qu'il veut donner a la maison et aux pièces se trouvant a l'interieur de celles-ci.
Sur les dessins ci-joints, les lettres et numeros utilises a titre de reference representent respectivement les elements suivants:
A . mur exterieur de la facade semi-polygonale exposee au soleil;
B . mur exterieur oriente au nord;
C . angle de la fasade semi-polygonale exposee au soleil, D . demi-cercle dans lequel la surface semi-polygonale de la maison est inscrite;
E . axesdes murs interieurs;

2~2 F . axes des pieces;
G . fenêtres;
R pièces de repos, S . pieces de séjour;
I' . cuisine;
W . salle de bain;
1 . finition interieure en gypse sur un des murs exterieurs ensoleilles;
2 . film coupe-vapeur entre gypse et isolant;
3 . ossature legère de metal disposee verticalement remplie d'isolant 3.5 pouces;

4 . ossature legère de metal disposee horizontalement et remplie d'isolant 3.5 pouces;

5 . finition exterieure en feuilles de metal prepeint;

6 . plafond ; coffrage fini de dalle-plancher en beton plein;

7 . armature de dalle de beton en aciers ronds;

8 . toit constitue par une dalle de beton de structure pleine (6 pouces d'epaisseur);

9 . isolant rigide ( 3 pouces d'epaisseur);

10. dalle flottante froide en beton (6 pouces d'epaisseur);

11. armature de dalle pleine en aciers ronds;

12. application hydrofuge sur dalle de beton;

13. poutre de beton formant bordure du toit-terrasse;

14. finition exterieure en metal prepeint sur le mur exte-rieur nord;

15. isolant rigide l3 pouces d'epaisseur);

16. structure rideau d'un des murs exterieurs ensoleilles, en blocs de beton creux (6 pouces d'epaisseur);

17. fourrures de metal et film coupe-vapeur;

18. finition interieure en gypse sur le mur exterieur nord;

19. poutre liaison en beton des items 16 & 8;

20. coffrage perdu en profiles metalliques;

21. isolant thermique rigide de 3 pouces;

22. mur de fondation en beton arme;
A

23. panneau solaire de façade;

24. panneau solaire de rive de- terrasse; et

25. panneau solaire de terasse.
Tel que clairement illustre sur la figure 1, les ~, murs exterieurs A et B dessinent ensemble une surface en forme de moitie de dodecagone. Cette surface s'inscrit dans un demi-cercle D dont la diagonale formant la base est orientee plein nord de façon ~ ce que l'ensemble de la fa-çade polygonale soit exposee au soleil. Le demi-cercle D
limite les arêtes exterieures des murs periphériques A.
Avantageusement, les axes des pieces E sont choisis de façon à aboutir aux angles C de la façade semi polygonale exposee au soleil, alors que les axes des murs F separant les diverses pieces entre elles sont choisis de façon a aboutir perpendiculairement a chaque tronçon de mur A de la façade ensoleillee.
Tel qu'on peut mieux le comprendre au vu de la figure 2, deux tronçons consecutifs A de façade symetrique-ment disposes autour de l'axe E dlune piece constitue le mur exterieur de la piece en question en formant un angle obtu de 150.
Tel qu'on peut egalement le constater sur la figure 2, les six pièces de la maison d'habitation, les-quelles pièces incluent trois chambres R, un salon et un sejour S, et une cuisine T sont toutes pourvues d'une ou-verture et sont toutes orientees de telle sorte qu'elles sont obligatoirement ensoleillees une partie de la journee.
Chaque pièce peut avantageusement etre conçue de façon a avoir un accès independant tel qu'illustre, sauf la cuisine T à laquelle on peut accéderer par la salle de sejour. La salle de bain W ainsi que la cage d'escalier sont disposees pres du centre du polygone, le long du mur nord. Ces deux ,,elements n'ont pas d'ouverture sauf une porte au rez de chaussee qui peut ~etre placee face a la porte d'appartement.

_ g _ A

Tel qu'on peut aisement le constater au vu des figures 3 et 4 qui montrent, de façon très schematique, le spectre plan d'ensoleillement de la maison à diverses heures de la journee, toutes les pieces d'habitation de la maison selon l'invention sont longuement ensoleillees dans la journee. Aux heures d'ensoleillement minimum, c'est-a-dire le soir ou le matin, au moins trois pièces sont capables de capter les rayons du soleil. Lorsque le soleil est au maximum de sa course, c'est-à-dire habituellement vers midi, toutes les ouvertures permettent aux rayons solaires d'entrer soit perpendiculairement dans le cas de deux des six fenêtres (c'est-à-dire dans le cas de 33~ des fenêtres), soit de biais dans le cas des quatres autres fenêtres. En outre, entre les deux periodes minimales et la periode maximale, correspondant à 9 et 11 h du matin et à 14 et 16 h de l'après-midi, cinq ou-vertures sur six de la maison permettent au rayon du soleil d'entrer, ce qui represente au total un ensoleillement maximum journalier de l'ordre de 83~, permettant un ensoleille-ment interieur plus ou moins direct.
Comme on pourra eyalement le constater au vu desfigures 3 et 4, tous les murs interieurs de même que tous les angles interieurs ~e chacune des pièces sont exposes au moins une fois par jour au soleil. Ceci est tout parti-culièrement interessant dans le cas des murs interieursseparant les diverses pièces d'habitation entre elles, puisque ces murs faits en béton plein son-t ainsi capables d'absorber et de retenir la chaleur du rayonnement solaire lorsqu'ils y sont exposes.
La figure 5 montre des details de construc- -tion au niveau de la toiture terrasse du côte du nord.
Comme on peut le constater, la toiture est constituee par un système de double dalle, la dalle superieure etant du type flottante. Comme on pourra egalement le constater, 2~

ces deux figures fournissent des details sur l'isolation thermique, l'etancheite, la structure de beton, la finition des murs et des plafonds.
Il en est de même de la figure 6 qui fournit des details de construction au niveau du plancher inferieur dan~ l'hypothèse d'un plancher de rez-de-chaussee sur vide sanitaire ventile. Sur cette figure 6, on notera la pre-sence d'un coffrage 20 laisse sur place ainsi gue la pre-sence d'une couche d'isolation thermique 21.
~0 Les fondations peuvent être du type continue porteuse ou etre de tout autre type, tel que des pieux, en fonction de la capacite portante du sol sur lequel la maison d'habitation est construite.
Tel qu'illustré sur les figures 7 et 8, la maison d'habitation precedemment decrite peut etre pourvue de panneaux capteurs solaires. Ces panneaux capteurs peuvent etre disposes ~ même la façade (panneaux 23), au devant des rives du plancher-terrasse (panneaux 24) ou sur la terrasse (panneau 25).
Il existe donc trois possibilites qui peuvent d'ailleurs etre utilisees simultanement.
Le nombre de panneaux solaires à utiliser depend bien entendu de l'intensite et du nombre d'heures d'ensoleillement de la maison, ces deux paramètres dependant eux-memes de l'emplacement geographique du site choisi pour la construction de la maison. Les panneaux solaires peu-vent être utilises pour chauffer l'eau domestique seulement ou chauffer egalement les locaux.
Comme on pourra aisement le constater, en utili-sant simultanement les trois types de panneaux capteurs ci-dessus mentionnes, on peut constater que les panneaux verticaux 23 fixes en façade reçoivent des rayons solaires de biais. Les panneaux 24 montes en biais au devant du dernier plancher reçoivent par contre les rayons solaires ~æ~oz~

perpendiculairement selon l'epoque de l'annee. Il en est de m~me des panneaux 25 inclin~s sur le toi~.

Claims (6)

Les réalisations de l'invention, au sujet des-quelles un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué, sont définies comme il suit:

1. Une maison d'habitation comprenant un toit, des murs extérieurs et des murs intérieurs définissant ensemble des pièces d'habitation; et des ouvertures constituées d'au moins une porte et de plusieurs fenêtres caractérisée en ce que:
a) lorsque vus de dessus, les murs extérieurs de la maison dessinent ensemble une surface en forme de moitié de polygone à au moins six cotés, ladite surface s'inscrivant dans un demi-cercle dont la diagonale formant la base est orientée du côté opposé au soleil de façon à ce que l'en-semble de la façade polygonale soit exposé au soleil;
b) le mur extérieur s'étendant le long de la diagonale formant la base du demi-cercle est plat et pourvu d'un maximum d'une ouverture;
c) les pièces d'habitation sont chacune pourvues d'au moins une ouverture, et sont disposées les unes à coté
des autres sur tout le long de la façade semi-polygonale exposée au soleil; et d) les murs intérieurs séparant entre elles les diverses pièces d'habitation adjacentes sont porteurs et faits en béton.

2. Maison selon la revendication 1, caractérisée en ce que les murs intérieurs séparant entre elles les diverses pièces sont disposés perpendiculairement aux murs extérieurs de la façade semi-polygonale exposée au soleil.

3. Maison selon la revendication 2, caractérisée en ce que le toit est plat et est fait en béton plein et en ce que les murs extérieurs et le toit sont recouverts d'une enveloppe isolante, le recouvrement du toit étant constitué
par une dalle en béton coulé sur une couche d'isolant.

4. Maison selon la revendication 3, caractérisée en ce que la surface de la maison lorsque vue de dessus à la forme d'une moitié de dodécagone.

5. Maison selon la revendication 2, 3 ou 4, caractérisée en ce que les pièces sont disposées de façon à ce que les pièces de repos soient à l'est et les pièces de séjour à l'ouest.

6. Maison selon la revendication 2, 3 ou 4, caractérisée en ce qu'elle comprend des panneaux solaires disposés sur ses murs extérieurs, son toit ou les deux.