WO2014177474A1 - Dispositif de chauffage et/ou de rafraichissement a paroi ayant un capteur thermique solaire et un element de stockage d'energie thermique - Google Patents

Dispositif de chauffage et/ou de rafraichissement a paroi ayant un capteur thermique solaire et un element de stockage d'energie thermique Download PDF

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WO2014177474A1
WO2014177474A1 PCT/EP2014/058505 EP2014058505W WO2014177474A1 WO 2014177474 A1 WO2014177474 A1 WO 2014177474A1 EP 2014058505 W EP2014058505 W EP 2014058505W WO 2014177474 A1 WO2014177474 A1 WO 2014177474A1
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fluid
solar thermal
storage element
heat transfer
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PCT/EP2014/058505
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Louis STEPHAN
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Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives
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    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers

Definitions

  • Wall-mounted heating and / or cooling device having a solar thermal sensor and a thermal energy storage element
  • the invention relates to a heating and / or cooling device for a building, comprising a wall intended to form part of a wall or roof of a building and delimiting on both sides of the wall an environment outside the building. and an interior environment of the building.
  • the subject of the invention is also a method of operating such a heating and / or cooling device for a building.
  • a first concept is known under the name of "sensor wall", for example developed in document CN201575609.
  • the solar radiation is enhanced by the greenhouse effect by placing a glazing unit in front of a concrete wall and leaving between the two a blade of air, forming a solar thermal sensor.
  • the concrete wall is in direct contact with the air gap and is airtight.
  • the energy is transmitted by conduction through the wall from the air space heated by the greenhouse effect, then by radiation and air convection of a building room. This transmission is done with a phase shift of up to 1 1 hours if the concrete wall thickness is 40 cm. This phase shift is used to heat the room when there is no more sun.
  • Trombe Wall is a glazing delimiting an air space with a wall, commonly made of concrete. This is also a solar thermal sensor in the same way as in the case of a sensor wall, described above.
  • high and low openings are made in the wall to create a flow of air between the air space and the air of the room to be heated.
  • the air coming from the outside through the low opening and heated up in the air gap enters the room through the high opening during an operating mode associated with the winter period.
  • indoor air is drawn through the top opening.
  • the heat input in the air gap serves as a thermosiphon forcing the hot air evacuation from the house at the low opening to the outside.
  • the Trombe wall can also be used in a closed circuit mode in which the air taken from the house at the bottom opening is heated in the air space and is thrown into the house through the top opening. .
  • the sensor wall or Trombe wall Due to significant thermal losses from the wall to the solar thermal collector, the sensor wall or Trombe wall provides much less heat energy than it receives. In order to limit these losses, it is conventionally necessary to provide thermal insulation or shading outside the glazing, on the side of the external environment, or to implement double glazing. This is necessary to avoid a overheating of the wall in summer during the day and to prevent the wall from cooling too quickly at night, especially during winter periods.
  • WO8500212A1 describes a variant of the Trombe wall which improves its efficiency. It is a panel formed by a stack with a solar thermal sensor in which an air space is trapped and a thermal energy tank through which the air to be heated. The reservoir is arranged so as to constitute a heat exchanger in the stacking direction promoting as much as possible the heat transfer between the air space and the air to be heated. The heat transfer stream entering the panel and flowing through the tank is separated in two, so that part of this stream participates in the heat exchange and heat transfer function, circulating in channels defined by fins formed in the tank.
  • this solution does not answer the problems listed above.
  • the object of the present invention is to provide a heating and / or cooling device for building that overcomes the disadvantages listed above.
  • an object of the invention is to provide such a device which is compact and small, easy to implement, less expensive than the existing solutions presented above, while being easy to implement and manage on a daily basis, and also for performing refresh operations.
  • FIG. 1 is a perspective view of an exemplary device according to the invention
  • FIG. 2 is a perspective view of the thermal energy storage element used in the device of FIG. 1,
  • FIG. 3 is a diagrammatic view in vertical section along the transverse thickness of the device of FIGS. 1 and 2
  • FIGS. 4 and 5 are associated with the operation of the device when it operates in a first variant of a first mode of operation
  • FIGS. 6 and 7 are associated with the operation of the device when it operates in a second variant of the first mode of operation
  • FIGS. 14 and 15 are associated with the operation of the device when it operates in a first example of a fifth mode of operation
  • the description which follows with reference to Figures 1 to 17 relates to a heating and / or cooling device for building and its operating method. This includes operating the device in a selected operating mode from a plurality of predetermined operating modes, which will be detailed later.
  • the solution uses a solar thermal sensor 10, a thermal energy storage element 12, the assembly being arranged so as to allow a good solar or thermal protection and to have good efficiency for heating in winter and / or for cooling in summer.
  • the heating and / or cooling device comprises a wall intended to constitute a portion of a wall or roof of a building and to delimit on both sides of the wall an external environment. rated "EX" to the building and an interior environment rated “El" of the building.
  • the wall is intended to enter into the constitution of an outer envelope of the building.
  • the wall is preferably in the form of an integral panel whose constituent elements are fixed to each other, the wall being in one piece in this case.
  • This wall may possibly allow a structural holding of the outer shell of the building.
  • the wall can be a carrier, that is to say, resume efforts from the building lift so as to avoid collapse.
  • it remains that it can possibly be non-carrier in the manner of a conventional window for example.
  • the heating and / or cooling device may make it possible to carry out a heating operation of the internal environment E 1, in particular but not exclusively when the internal environment E 1 is warmer than the external environment EX, thanks to the presence of the sensor solar thermal 10 in particular.
  • the wall is generally plane in a plane defined by the longitudinal X and vertical directions Z, and its thickness is counted along the transverse direction Y.
  • the longitudinal direction X corresponds to the width of the wall
  • the vertical direction Z corresponds to the height of Wall.
  • the thickness of the wall corresponds to the dimension ranging from the external environment EX to the interior environment E1 or vice versa, in the transverse direction Y.
  • the wall is constituted by a stack made in a stacking direction corresponding to the thickness of the wall, therefore in the direction Y, which comprises the following elements going from the external environment EX to the inner environment E1:
  • a solar thermal sensor 10 which delimits a first fluid circulation volume V1 adapted to the circulation of a first flow of heat transfer fluid through the solar thermal sensor 10,
  • a first thermally insulating element 11 in particular in the form of a panel or a layer of thermally insulating material, a thermal energy storage element 12, the first thermally insulating element 1 1 opposing heat transfer, following the thickness of the wall, between the thermal energy storage element 12 and the coolant present in the first fluid flow volume V1.
  • the wall is constituted by a stack comprising: a solar thermal sensor 10 turned on the side of the external environment EX and delimiting a first fluid circulation volume V1 a first flow of heat transfer fluid through the solar thermal sensor,
  • a first thermally insulating element 1 1 interposed between the solar thermal sensor and the thermal energy storage element.
  • the solar thermal sensor 10 is capable of capturing heat by supplying calories to the first flow from the external environment EX, in particular via solar radiation incident on the solar thermal sensor 10, and transmitting all or part of this heat captured with the coolant circulating in the first fluid flow volume V1.
  • the solar thermal sensor 10 may also preferably constitute a cooling element; it is in particular capable of capturing freshness by supplying frigories to the first flow from the external environment EX and of transmitting all or part of this freshness captured to the coolant circulating in the first fluid circulation volume V1 delimited in the sensor solar thermal 10.
  • This capture of freshness can be done by conduction of thermal energy through the transparent partition 14 and by radiation and convection to the coolant present in the volume V1.
  • such an operation is envisaged during the nocturnal periods in summer period.
  • the thermal energy storage element 12 may comprise a phase change material, such as paraffin.
  • phase change material such as paraffin.
  • the use of the phase change material makes it possible to have good thermal inertia while limiting the thickness of the wall.
  • any other nature of material may be envisaged as long as it fulfills the function thermal energy storage in the form of heat or freshness.
  • it may be formed by a parallelepiped block in a plastic material, whose advantage is the lightness and the relatively low cost, or in a metal material, preferably based on aluminum.
  • the first thermally insulating element 11 is generally parallelepipedal and plane in a plane defined by the longitudinal X and vertical directions Z, and its thickness is counted along the transverse direction Y.
  • the thermal energy 12 is preferably monobloc (see FIG. 2) and is generally plane in a plane defined by the longitudinal X and vertical Z directions, and its thickness is counted along the transverse direction Y.
  • the first thermally insulating element 11 comprises outer faces 11a and inner 11b opposite in the stacking direction, ie in the direction Y, and respectively facing the solar thermal sensor 10 and the storage element. thermal energy 12. This allows to limit the size and improve efficiency, the outer face 1 1a of the first thermally insulating element 1 1 defines a portion of the first fluid flow volume V1 and the inner face 1 1b the first thermally insulating element 11 is preferably in contact with the storage element 12 at its outer face 12a.
  • the first thermally insulating element 11 is sandwiched in the stacking direction, here the transverse direction Y, between firstly the solar thermal sensor 10 (while participating preferably in the delimitation of the first fluid flow volume V1 via its outer face 1 1 b) and on the other hand an outer face 12a of the solar thermal sensor 12.
  • the solar thermal sensor 10 preferably comprises a transparent partition 14 to at least a portion of the sun's radiation coming from the external environment EX with the interposition of an interval marked "D" with respect to the first thermally insulating element 11 so as to delimit the first fluid flow volume V1, especially in the form of an air gap, between the transparent partition 14 and the first thermally insulating element 11 at its outer face January 1a.
  • the thermal energy storage element 12 preferably delimits a second fluid circulation volume V2 distinct from the first fluid circulation volume V1.
  • This second circulation volume V2 ensures the circulation of a second flow of a heat transfer fluid through the thermal energy storage element 12. It is in particular a heat transfer fluid of the same nature as that flowing through the solar thermal sensor 10, so that a series circulation, in parallel or alternately, is selectively possible among the first and second fluid circulation volumes V1, V2.
  • This configuration thus has the advantage of being able to implement different modes of operation of the heating and / or cooling device.
  • the heating and / or cooling device comprises a fluid distribution system with, for example, a lower distribution box 17 and an upper distribution box 21.
  • a distribution system comprises, for example, a first motorized valve 15 and a second motorized valve 20.
  • the interior of the lower distribution box 17 makes it possible to put in fluid communication the first and second fluid circulation volumes V1, V2.
  • a dispensing system also comprises, for example, a fluidic collector 16 defined below.
  • the interior of the upper distribution box 21 also makes it possible to put in fluid communication the first and second fluid circulation volumes V1, V2, as well as the fluidic collector 16, as a function of the state of the first and second valves 15, 20.
  • the first fluid flow volume V1 extends over the entire height of the wall in the vertical direction Z so that its upper and lower ends respectively open in the upper and lower distribution boxes 21 and 21.
  • the heating and / or cooling device also comprises at least one first fluidic element making it possible to collect heat transfer fluid from the external environment EX and / or reject heat transfer fluid to the external environment EX and at least a second fluidic element for withdrawing heat transfer fluid from the internal environment El and / or reject heat transfer fluid towards the interior environment El.
  • the lower distribution box 17 may include an outer opening marked "OE” which communicates the interior of the lower distribution box 17 with the external environment EX.
  • the lower distribution box 17 may include an inner opening marked “Ol” which communicates the interior of the lower distribution box 17 with the inner environment El.
  • the upper distribution box 21 may also include such an inner opening and / or such an outer opening.
  • the device can therefore comprise the openings chosen from the following: a high interior opening disposed at the upper distribution box 21,
  • the first motorized valve 15 is for example arranged at the upper distribution box 21, and varies between:
  • the second state of the first valve 15 can make it possible to put in fluid communication the first volume of fluid circulation V1 with a high external opening arranged at the level of the upper distribution box 21. It is a variant of the first mode of operation defined below, this variant being used especially during the day in summer periods.
  • the second motorized valve 20 is for example arranged at the level of the upper distribution box 21. It varies between:
  • first and second motorized valves 15, 20 could be arranged at the lower distribution box 17.
  • the first and second fluid flow volumes V1, V2 are in fluid communication with the intermediate of the upper distribution box 21.
  • the fluidic collector 16 is not in fluid communication with the first and second fluid flow volumes V1, V2 in this configuration of the first and second valves.
  • the flow of heat transfer fluid circulating in the first volume V1 can then flow in the second volume V2 or vice versa, according to the direction of flow imposed on the heat transfer fluid by the circulation element 19.
  • the fluidic distribution system controls, that is to say, regulates the circulation of the coolant withdrawn by the first and second fluidic elements OE, O1 through the solar thermal sensor 10 and / or through the heat sink element.
  • storage 12 is configured to allow the fluidic communication of the first and second volumes of fluidic flows V1, V2 so that the flow of coolant fluid flowing in one of the first and second fluid flow volumes then flows into the other first and second fluid flow volumes.
  • the fluid distribution system is configured to allow the fluidic communication of the first and second volumes of fluidic flows V1, V2 so as to allow flow flow successively in one then the other.
  • the device is therefore advantageously configured to be able to circulate the flow in series in the solar thermal sensor 10 and in the storage element 12. This allows the device to be able selectively to perform a heating operation of the internal environment El and an operation for cooling the internal environment El.
  • the first thermally insulating element 1 1 is opposed to heat transfer, depending on the thickness of the wall, therefore in the transverse direction Y, between the coolant present in the second fluid flow volume V2 and the solar thermal sensor 10.
  • the heat transfer between the solar thermal sensor 10 and the thermal energy storage element 12 of the device object of the invention is practiced very simply and directly, or by circulating the same heat transfer fluid successively in the first fluid circulation volume V1 through the solar thermal collector 10 and then in the second fluid circulation volume V2 through the thermal energy storage element 12, or by circulating the same heat transfer fluid successively in the second fluid flow volume V2 through through the thermal energy storage element 12 s in the first fluid flow volume V1 through the solar thermal sensor 10.
  • the first volume of fluid circulation V1 is in fluid communication with the fluidic manifold 16 via the upper distribution box 21.
  • the second fluid circulation volume V2 is not in fluid communication with the first fluid circulation volume V1 and with the fluidic collector 16.
  • the flow of heat transfer fluid that circulates in the first volume V1 can then flow in the collector fluidic 16 or vice versa, according to the direction of flow imposed on the coolant by the circulation element 19.
  • the second fluidic circulation volume V2 is in fluid communication with the fluidic collector 16 via the control box. superior distribution 21.
  • the first fluidic circulation volume is not in fluid communication with the second fluid circulation volume V2 and with the fluidic collector 16. The flow of heat transfer fluid that circulates in the second fluid circulation volume V2 can then flow through the fluidic collector 16 or vice versa, according to the direction of circulation imposed on the heat transfer fluid by the circulation element 19.
  • heat energy 12 and the internal environment El are practiced in a simple and direct manner, either by circulating the same coolant successively in the second fluid circulation volume V2 through the thermal energy storage element 12 and then in the fluidic collector 16, or by circulating the same heat transfer fluid successively in the fluidic collector 16 and then in the second fluid circulation volume V2 through the thermal energy storage element 12.
  • the first and second fluid flow volumes V1, V2 and the fluidic collector 16 are all in fluid communication with the intermediate of the upper distribution box 21.
  • the organization described above allows heat transfer fluid taken from the inner environment E1 at the inner opening 01 and / or from the external environment EX at the outer opening OE to pass from the lower distribution box. 17 to the upper distribution box 21 by circulating through at least one circulation element selected from the first fluid flow volume V1, the second fluid flow volume V2 or the fluidic manifold 16. Then, the heat transfer fluid can be discharged to the indoor environment El or to the external environment EX provided that the upper distribution box 21 comprises internal and / or external openings.
  • the coolant can then advantageously pass from the upper distribution box 21 to the lower distribution box 17 by circulating through at least one circulation element chosen from the first fluid circulation volume V1, the second fluid circulation volume V2 or the fluidic collector 16, before being discharged to the inner environment E1 or to the external environment EX at the inner openings O1 and / or O1 outside the box of lower distribution 17.
  • the circulation element allowing the passage of the heat transfer fluid from the lower distribution box 17 to the upper distribution box 21 is different from the circulation element which ensures the passage of the heat transfer fluid from the upper distribution box 21 to the lower distribution box 17.
  • the choice of the circulation element in one direction and the other is obtained by a suitable control of the valves of the distribution system, including the first and second motorized valves 15, 20. This piloting performed by a control unit detailed further allows to select the operating mode in which it is desired to place the heating and / or cooling device among a predetermined set of possible modes of operation, as detailed below.
  • An inverted organization can be provided by reversing the role played by the lower 17 and upper distribution boxes 21.
  • the coolant intended to circulate in the first and second fluid flow volumes V1, V2 may be a gas, especially air in the case of a building for professional or residential purposes, in the manner of a wall Dome or wall sensor.
  • the coolant intended to circulate in the first and second fluid flow volumes V1, V2 could alternatively be a liquid such as water, in the manner of a solar heating device for example.
  • the wall-forming stack may comprise a second thermally insulating element 13, arranged between the thermal energy storage element 12 and the interior environment E 1, so as to thermally isolate the thermal energy storage element 12 and the coolant present in the second fluid flow volume V2 with respect to the internal environment El.
  • the thermal energy storage element 12 is then sandwiched according to the direction of stacking of the wall, ie in the transverse direction Y, between the first and second thermally insulating elements 11, 13.
  • the second thermally insulating element 13 is in particular in the form of a layer or a panel of thermally insulating material, like the first thermally insulating element 11.
  • the second thermally insulating element 13 is for example generally parallelepipedal and plane in a plane defined by the longitudinal X and vertical Z directions, and its thickness is counted in the transverse direction Y.
  • the second thermally insulating element 13 comprises external faces 13a and internal 13b opposite in the direction of stacking, ie in the direction Y, and respectively facing the storage element 12 and to the inner environment El.
  • the external face 13a of the second thermally insulating element 13 is in contact with the storage element 12 at the internal face 12b of the storage element 12.
  • the thermal inertia of the thermal energy storage element 12 is much greater than the thermal inertia of the first and second thermally insulating elements 11, 13.
  • thermal inertia can be characterized by several quantities such as thermal effusivity, thermal diffusivity or its thermal capacity and a phase shift which characterizes a time of return to equilibrium.
  • the thermal energy storage element 12 advantageously has a high thermal inertia of thermal capacitance volume, for example greater than 1000 kJ-m "3 - K " 1 and a phase advantageously between for example between 6 hours and 12 hours.
  • the wall may in particular be formed by the stack in the direction Y respectively comprising, going from the external environment EX to the inner environment E1, the following elements:
  • the partition 14 transparent to at least a portion of the sun's radiation coming from the external environment EX,
  • the first thermally insulating element 11 in particular in the form of a panel or a layer formed of particles or of a coherent layer, with the interposition of an interval D with respect to the transparent partition 14 so as to form the solar thermal sensor 10 and to delimit the first fluid flow volume V1, especially in the form of an air gap,
  • the storage element 12 in particular formed by a one-piece block of thermal energy storage material and delimiting the second fluid flow volume V2,
  • the first and second thermally insulating elements 11, 13 are formed from identical or different materials as required. It is preferably of high performance materials in terms of thermal insulation, for example vacuum insulating type.
  • the material for each of the first and second thermally insulating elements 1 1, 13 may for example have a thickness of 35 mm, a lambda coefficient of thermal insulation of the order of 0.007 W / mK and a coefficient of thermal resistance R of l order of 5 KW "1 .
  • the device may comprise third and fourth thermally insulating elements not shown arranged on either side of the thermal energy storage element 12 in the longitudinal direction X and ensuring that the vertical faces of the thermal energy storage element 12 according to its thickness, and therefore along Y, are also thermally insulated, in the same manner as its internal and external faces 12a, 12b thanks to the thermally insulating elements 1 1, 13.
  • the thermal energy storage element 12 which open respectively into the boxes of di upper stribution 21 and lower 17 are not thermally insulated. On the contrary, they are unobstructed, in order to allow the fluidic circulation in the second volume V2 delimited by the element storage 12 and in the upper and lower distribution boxes 21 and 17.
  • the first fluid circulation volume V1 ensures the circulation of the first flow of coolant globally in at least a first plane P1 oriented in the X and Z directions and perpendicular to the stacking direction, that is to say perpendicular in the direction Y.
  • the second fluid circulation volume V2 preferably ensures the circulation of the second flow of coolant globally in at least a second plane P2 oriented in the X and Z directions and perpendicular to the stacking direction, the first and second planes P1, P2 being disposed on either side of the first thermally insulating element 1 1 in the stacking direction.
  • the thermal energy storage element 12 comprises solid elements formed in a thermal energy storage material impermeable to the coolant circulating in the second fluid flow volume V2 and these solid elements delimit between them the second volume of fluid circulation V2.
  • the second fluid flow volume V2 may in particular comprise a plurality of tubular passages 18, in particular parallel to each other and all oriented vertically along Z, delimited by the solid elements and opening each at its two ends at the of the thickness of the storage element 12. More specifically, the upper end of each tubular passage 18 opens into the upper distribution box 21 while the lower end of each tubular passage 18 opens into the lower distribution box 17. The combination of all these tubular passages 18 has the effect of constituting the second volume of fluid circulation V2 as defined previously.
  • passages 18, or channels may have a cross-section, in a plane (X, Y), having a circular or rectangular shape and they may be distributed inside the thermal energy storage element 12 with a regular layout or a non-uniform and optimized layout obtained following an optimization study, in the plane (X, Y).
  • the diameter of the tubular passages 18 will in particular be evaluated, in this case, by means of this optimization study, in order to guarantee the best exchange between the coolant flowing in the second volume V2 and the solid elements of the storage element 12 which delimit the tubular passages 18, with the least possible loss of load suffered by the second flow.
  • the section of each passage 18 is a circle having a diameter of about 3 cm.
  • the heating and / or cooling device also comprises the circulation element 19 mentioned above, configured so as to selectively realize:
  • the circulation element 19 is for example arranged at the level of the upper distribution box 21.
  • the nature of the circulation element 19 depends directly on the nature of the coolant circulating in the first and second fluid flow volumes V, V2.
  • This is a fan-type element in the case of aeration circulation where the fluid is a gas, especially air. It may be a crossflow type fan or "Crossflow" in English terminology.
  • It could be a liquid circulation element in the case of a coolant circulating in volumes V1 and V2 of liquid nature such as water.
  • the circulation element 19 could be arranged at any other location of the device, for example at the level of the lower distribution box 17.
  • the heating and / or cooling device comprises a fluidic collector 16, in particular delimited at least in part by the thermal energy storage element 12, into which the first and second fluid circulation volumes V 1 open, V2. It has the effect of multiplying advantageously the number of possible modes of operation of the device.
  • the first flow of heat transfer fluid having circulated through the solar thermal sensor 10 can circulate in the fluidic collector 16 before being discharged into the internal environment E1 or external EX.
  • the second flow of heat transfer fluid having circulated through the thermal energy storage element 12 can also flow in the fluid manifold 16 before being discharged into the indoor environment E1 or external EX.
  • the fluidic collector 16 is for example delimited by a channel formed in the storage element 12 in its inner face 12b, preferably centrally in the longitudinal direction X. Preferably, this channel extends over the entire height of the storage element 12 in the vertical direction Z so that its upper and lower ends respectively open in the upper and lower distribution boxes 21 and 17.
  • the fluidic collector 16 is also delimited in part by the outer face 13a of the second thermally insulating element 13 .
  • the dispensing system thus controls, that is to say regulates, the circulation of the coolant collected by the first and second fluidic elements, that is to say here by said at least one inner opening 01 and by said minus an outside opening OE, through the solar thermal sensor 10 and / or through the thermal energy storage element 12.
  • the device comprises a control unit (not shown) controlling the distribution system by selectively selecting from a predetermined set modes of operation of the heating and / or cooling device, this set being detailed below.
  • the control unit controls the first motorized valve 15 in order to place it selectively in the first state or in the second state and at the same time it controls the second motorized valve 20 in order to place it selectively in the first state, in the second state or in the third state.
  • the combination of these two valve controls allows the selective selection of the operating mode in which the heating and / or cooling device is placed. It follows from the foregoing that the operation of the heating and / or cooling device for a building generally comprises:
  • This driving step is performed so as to operate the heating and / or cooling device in an operating mode selected from said predetermined set of operating modes of the heating and / or cooling device.
  • the dispensing system is configured so that said predetermined set of operating modes comprises: a first mode in which the heat transfer fluid taken from the external environment EX or from the internal environment E1 flows through the solar thermal sensor 10 only before being discharged into the EX outdoor environment or into the El indoor environment,
  • the storage element 12 serves to store heat captured by the solar thermal sensor 10 during winter periods when the device operates so as to achieve heating of the internal environment El and there is sufficient Solar gains solar heat sensor 10. This then makes it possible to restore the stored heat when the indoor environment El will drop in temperature.
  • the storage element 12 serves to store the coolness sensed by the solar thermal sensor 10, especially a night cool, during the summer periods, when the device operates so as to provide a cooling of the internal environment El. This then restores the stored cool when the indoor environment El will rise in temperature.
  • Figures 4 and 5 illustrate the operation of the device when operating in a first variant of the first mode of operation.
  • the coolant is removed (arrow F1) from the external environment EX through the outer opening OE before traveling through the solar thermal sensor 10 only (arrow F2), it is that is to say without circulating in the storage element 12. It is then rejected (arrow F4) in the internal environment El.
  • the first motorized valve 15 is in the first state and the second motorized valve 20 is in the second state. so that the coolant having previously circulated through the solar thermal sensor 10 in the first volume V1 circulates in the upper distribution box 21 before flowing in the fluidic collector 16 (arrow F3) to reach the lower distribution box 17, from where it is evacuated (arrow F4) to the inner environment El through the inner opening Ol.
  • This variant of the first mode of operation is also notably applied during the summer phases, for the cooling of the internal environment El.
  • the freshness picked up by the solar thermal sensor 10, especially during the nocturnal periods, is transmitted to the coolant, which is then rejected in the inner environment El.
  • Figures 6 and 7 illustrate the operation of the device when operating in a second variant of the first mode of operation.
  • the heat transfer fluid is taken (arrow F5) from the inner environment E1 through the inner opening O1 before circulating through the solar thermal sensor 10 only (arrow F7), c ' that is to say without circulating in the storage element 12, before being rejected (arrow F8) in the external environment EX.
  • the first motorized valve 15 is in the first state and the second motorized valve 20 is in the second state so that the heat transfer fluid having previously circulated (arrow F6) through the fluidic collector 16 circulates in the upper distribution box 21 before move (arrow F7) in the solar thermal sensor 10 in the first volume V1 to reach the lower distribution box 17, where it is discharged (arrow F8) to the outside environment EX through the outer opening OE.
  • This variant of the first mode of operation is also notably applied during the summer phases, for the cooling of the internal environment El.
  • the air is taken from the internal environment E1 in the manner of a thermosiphon, thanks to the heating of the fluid. heat transfer made in the solar thermal sensor 10, before being subsequently discharged into the external environment EX.
  • This fluid flow from the internal environment E1 to the external environment EX allows a cooling of the internal environment E1.
  • the heat input into the delimited air space between the partition wall 14 and the first thermally insulating element 1 1 serves as a thermosiphon forcing the hot air evacuations of the internal environment El at the outer opening OE towards the external environment EX.
  • the discharge of the fluid to the external environment EX is at a high outer opening.
  • a third variant of the first mode of operation comprises:
  • This variant is used in particular to perform a daytime cooling in the summer to prevent overheating in the air gap of the solar thermal sensor 10.
  • a first variant provides that the coolant taken from the external environment EX circulates at the same time through the solar thermal sensor 10 and through the storage element 12, before to be rejected in the internal environment El.
  • the distribution system is configured so as to perform a simultaneous and parallel circulation of the fluid taken through the solar thermal sensor 10 and through the storage element 12: a fraction of the fluid taken from the external environment EX flows through the solar thermal collector 10 to pass from the lower distribution box 17 to the upper distribution box 21 while the remaining fraction of the fluid taken from the external environment EX circulates through the storage element 12 to pass from the lower distribution box 17 to the b Upper distribution site 21.
  • FIGS 8 and 9 illustrate the operation of the device when operating in a second variant of the second mode of operation.
  • the dispensing system is configured so that the coolant removed (arrow F9) from the external environment EX circulates successively through the solar thermal sensor 10 and then through the storage element 12, before being rejected (arrow F13 ) in the indoor environment El.
  • the coolant is removed (arrow F9) from the external environment EX at the lower distribution box 17 through the outer opening OE before traveling only through the solar thermal sensor 10 (arrow F10) to go from the lower distribution box 17 to the upper distribution box 21.
  • the fluid opens and circulates (arrow F1 1) in the upper distribution box 21 before moving (arrow F12) only through the storage element 12 to pass from the distribution box upper 21 to the lower distribution box 17.
  • the heat transfer fluid having emerged in the lower distribution box 17 is then rejected (arrow F13) to the inner environment El.
  • the first motorized valve 15 is in the first state and the second valve motor 20 is in the first state so that the heat transfer fluid having previously circulated through the solar thermal sensor 10 in the first volume V1 flows (arrow F1 1) in the upper distribution box 21 before circulating in the storage element 12 (arrow F12) to join the lower distribution box 17, from where it is evacuated (arrow F13) to the interior environment E l through the inner opening Ol.
  • the fluid having previously circulated through the solar thermal sensor 10 and through the thermal storage element 12 can then be provided to circulate through the fluid manifold 16 before being discharged to the inner environment E1 at a high inner opening provided at the upper distribution box 21 .
  • the second variant of the second mode of operation is in particular applied during the winter phases, for the heating of the internal environment E1, when the energy picked up by the solar thermal sensor 10 is greater than the energy requirements to achieve the heating of the El indoor environment.
  • the heat captured by the solar thermal sensor 10 under the effect of solar radiation is transmitted to the heat transfer fluid, which then circulates in the storage element 12 in order to store a portion of the energy captured, before to be discharged into the internal environment E1 to heat the internal environment E1.
  • the coolant transmits thermal energy to the storage element 12.
  • the operation is identical when it is to capture freshness via the solar thermal sensor 10, to store freshness in the storage element 12 and raf to wreak havoc on the inner environment El.
  • FIGS. 10 and 11 illustrate the operation of the device when it operates in a variant of the third mode of operation in which the heat transfer fluid taken from the outside environment EX flows through the storage element 12 only, without circulating to through the solar thermal sensor 10, before being rejected the interior environment El.
  • the heat transfer fluid is taken (arrow F14) from the outside environment EX at the lower distribution box 17 through the outer opening OE before traveling (arrow F15) only through the storage element 12 to pass from the lower distribution box 17 to the upper distribution box 21.
  • the fluid opens and circulates (arrow F16) in the upper distribution box 21 before moving (arrow F17) through the fluidic collector 16 to pass from the upper distribution box 21 to the lower distribution box 17.
  • the heat transfer fluid having opened in the lower distribution box 17 is then rejected (arrow F18) to the inner environment El.
  • the first motorized valve 15 is in the second state and the second motorized valve 20 is in the third state so that the coolant having previously circulated through the storage element 12 in the second volume V2 flows (arrow F16) in the upper distribution box 21 before moving into the collector 16 (arrow F17) so to reach the lower distribution box 17, from where it is evacuated (arrow F18) towards the interior environment El through the int Ol.
  • An inverted implementation of the third mode of operation can be envisaged, with a fluid circulation in the opposite direction, in which the coolant taken from the internal environment E1 flows through the collector 16 before reaching the upper distribution box 21. Then, the fluid circulates only through the storage element 12, without circulating through the solar thermal sensor 10, to pass from the upper distribution box 21 to the box of lower distribution 17, before being released into the external environment EX.
  • the illustrated variant of the third mode of operation is in particular applied during the winter phases, for the heating of the internal environment El, in order to preheat the air blown into the indoor environment when the solar gains at the solar thermal collector 1 0 are insufficient.
  • the heat transfer fluid takes thermal energy from the storage element 1 2.
  • Identical operation can be provided when it comes to storing coolness in the element storage 1 2 and to cool the indoor environment El.
  • the summer period when it is conventional to cool the indoor environment El, it is possible to store cool when it is cold outside, for example during the summer. night. This stored freshness can then be restored when the temperature of the inner environment El will tend to increase.
  • Figures 12 and 13 illustrate the operation of the device when operating in an example of a fourth mode of operation.
  • the coolant circulates (arrow F1 9) only through the solar thermal sensor 1 0 to pass from the lower distribution box 1 7 to the upper distribution box 21.
  • the fluid opens and circulates (arrow F20) in the upper distribution box 21 before moving (arrow F21) only through the storage element 12 to pass from the distribution box upper 21 to the lower distribution box 1 7.
  • the heat transfer fluid having opened in the lower distribution box 1 7 opens and circulates (arrow F22) again in the lower distribution box 17, before returning to the solar thermal sensor 1 0.
  • the first motorized valve 15 is in the first state and the second motorized valve 20 is in the first state so that the coolant having previously circulated through the solar thermal sensor 10 in the first volume V1 circulates (arrow F20) in the box upper distribution 21 before moving through the storage element 12 (arrow F21) in the second volume V2 to reach the lower distribution box 17, from where it is again led to the solar thermal sensor 10.
  • the fourth mode of operation consists in taking heat transfer fluid from the external environment EX or from the internal environment E1, and in providing a loop circulation (arrows F19 to F22) of the coolant withdrawn through the storage element 12 and through the solar thermal collector 10.
  • the lower distribution box 17 may be equipped with means (not shown) ensuring that the heat transfer fluid being circulated through the loop element storage 12 and through the solar thermal sensor 10 is not in fluid communication with the external environment EX and with the inner environment El, so as to be confined within the volumes V1 and V2 during the loop circulation.
  • An inverted implementation of the fourth mode of operation can be envisaged, with a fluid flow in the opposite direction, in which the heat transfer fluid circulates only through the storage element 12 to pass from the lower distribution box 17 to the control box. superior distribution 21. Then, the fluid circulates only through the solar thermal sensor 10 to pass from the distribution box upper 21 to the lower distribution box 17, before returning to the storage element 1 2.
  • the fourth mode of operation is in particular applied when a very rapid temperature rise of the storage element 12 is necessary in the case where the solar thermal sensor 10 is in its operating configuration in which it constitutes a solar thermal sensor. . It is also preferably applied when a very rapid decrease in temperature of the storage element 12 is necessary in the case where the solar thermal sensor 10 is in its operating configuration in which it captures freshness from the environment EX exterior.
  • the dispensing system is preferably configured so that in the fourth mode, heat transfer fluid is taken from the external environment EX and is rejected in the internal environment E1, in particular without circulating or through the solar thermal sensor 1 0 ni through the storage element 1 2. This is what the arrow F23 represents. This allows for example to ensure a renewal of the air in the inner environment El during the rapid rise or rapid decrease of the temperature of the storage element 1 2.
  • the fluid distribution system is configured such that said predetermined set of operating modes comprises a fifth mode of operation in which heat transfer fluid taken from the external environment EX flows through only one of the first and second volumes of fluidic circulation. V1, V2, then through the other only first and second volumes of fluidic circulation V1, V2, before being rejected in the external environment EX.
  • Figures 14 and 15 illustrate the operation of the device when operating in a first example of the fifth mode of operation.
  • Heat transfer fluid removed (arrow F24) from the outside environment EX circulates (arrow F25) only through the storage element 1 2 to pass from the lower distribution box 1 7 to the upper distribution box 21. After having circulated in the storage element 1 2, the fluid opens and circulates (arrow F26) in the upper distribution box 21.
  • the circulating heat transfer fluid (arrow F25) through the storage element 1 2 circulates (arrow F27) through the solar thermal sensor 1 0 before being rejected (arrow F28) in the external environment EX.
  • the fluid opens and circulates (arrow F26) in the upper distribution box 21 before moving (arrow F27) only to through the solar thermal sensor 10 to pass from the upper distribution box 21 to the lower distribution box 1 7.
  • the heat transfer fluid having emerged in the lower distribution box 1 7 is rejected (arrow F28) to the external environment EX.
  • the first motorized valve 1 5 is in the first state and the second motorized valve 20 is in the first state so that the coolant having previously circulated through the storage element 1 2 in the second volume V2 circulates (arrow F26) in the upper distribution box 21 before moving (arrow F27) through the solar thermal sensor 1 0 in the first volume V1 to reach the lower distribution box 1 7, where it is rejected (arrow F28) to the EX outdoor environment.
  • An inverted implementation of the fifth mode of operation can be envisaged, with a fluid circulation in the opposite direction, in which the coolant circulates only through the solar thermal sensor 10 to pass from the lower distribution box 17 to the distribution box superior 21.
  • FIGS. 16 and 17 illustrate the operation of the device when it operates in a second example of the fifth mode of operation in which heat transfer fluid taken (F30) from the outside environment EX circulates (F31) only through the solar thermal sensor 10, then only through the storage element 12, before being rejected (F34) in the external environment EX.
  • the fluid after having circulated (arrow F31) only in the solar thermal sensor 10, the fluid opens and circulates (arrow F32) in the upper distribution box 21 before moving (arrow F33). only through the storage element 12 to pass from the upper distribution box 21 to the lower distribution box 17.
  • the heat transfer fluid having emerged in the lower distribution box 17 is rejected (arrow F34) to the external environment EX .
  • the first motorized valve 15 and the second motorized valve 20 are in their first state so that the coolant previously circulated (arrow F31) through the solar thermal sensor 10 in the first volume V1 flows (arrow F32) in the box.
  • the fifth mode of operation can be applied in summer periods, when it is necessary to achieve a reduction in the amount of thermal energy stored in the storage element 12.
  • the distribution system is preferably configured so that in the fifth mode, heat transfer fluid is taken (arrow F24, F30) from the external environment EX and is rejected in the indoor environment El, in particular without circulating either through the solar thermal sensor 10 nor through the storage element 12 This is what arrows F29 and F35 represent. This makes it possible, for example, to ensure a renewal of the air in the internal environment El during the destocking of thermal energy of the storage element 12.
  • the strategy for controlling the fluid distribution within the device and the strategy for selecting the operating mode to be implemented from among the predetermined set of operating modes are defined according to physical parameters.
  • the device may include any means of acquisition or determination of these physical parameters, these means being capable of providing the result of the acquisition or determination to the control unit.
  • such physical parameters may comprise the actual temperature of the fluid of the internal environment E1, the desired or desired temperature of the fluid of the internal environment E1, the actual and / or anticipated temperature of the fluid.
  • the external environment EX the temperature of the storage element 12, the capacity for the solar thermal sensor 10 to be heated and / or to cool the first stream of heat transfer fluid, in particular according to the properties of the solar radiation, the time within the day, the period within the year (summer, winter, spring, autumn) etc.
  • the invention also relates to a data storage medium readable by a computer, on which is recorded a computer program comprising code means computer program implementation of the method. It also relates to a computer program comprising a computer program code means adapted to the realization of such a method when the program is executed by a computer.
  • the solution described above has the advantage of a great compactness in addition to its heating efficiency and / or cooling. It allows a storage of thermal energy and a significant phase shift. It makes it possible to dispense with the need for sun protection systems (such as blinds for example) outside the wall, because the storage element 12 is advantageously thermally insulated by virtue of the elements 1 1, 13. the additional advantage of being able to implement a looping between the solar thermal sensor 10 and the storage element 12, in order to quickly store the heat or freshness. Finally, it minimizes the heat losses between the indoor and outdoor environments El and EX.
  • the phase shift is a function of the thickness of the thermally insulating elements 11, 13, the volume of the storage element 12 and the surface of the outer face 12b of the storage element 12 facing the external environment EX.
  • the insulation of the solar thermal sensor 10 with respect to the storage element 12 thanks to the thermally insulating element 11 makes it possible to use a transparent partition 14 constituted by a single glazing while limiting the losses towards the external environment EX,
  • the device can be structural and replace a facade of the building
  • the proximity of the storage element 12 and the solar thermal sensor 10 makes it possible to produce useful air flow circuits with a minimum of heat losses
  • the device described above does not require external protection of the solar thermal sensor 10 in summer periods.

Landscapes

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Abstract

Dispositif de chauffage et/ou de rafraîchissement à paroi ayant un capteur thermique solaire et un élément de stockage d'énergie thermique Un dispositif de chauffage et/ou de rafraîchissement pour bâtiment comprend une paroi destinée à constituer une partie de mur ou de toit d'un bâtiment et à délimiter de part et d'autre de la paroi un environnement extérieur (EX) au bâtiment et un environnement intérieur (EI) du bâtiment. La paroi est constituée par un empilement comprenant un capteur thermique solaire (10) tourné du côté de l'environnement extérieur (EX) et délimitant un premier volume de circulation fluidique (V1) d'un premier flux de fluide caloporteur à travers le capteur thermique solaire, un élément de stockage d'énergie thermique (12) délimitant un deuxième volume de circulation fluidique (V2) et un premier élément thermiquement isolant (11) interposé entre le capteur thermique solaire (10) et l'élément de stockage (12). Il comprend un système de distribution configuré pour autoriser la mise en communication fluidique des premier et deuxième volumes de circulations fluidiques de sorte que le flux de fluide caloporteur qui circule dans l'un des premier et deuxième volumes de circulations fluidiques (V1, V2) circule ensuite dans l'autre des premier et deuxième volumes de circulations fluidiques (V1, V2).

Description

Dispositif de chauffage et/ou de rafraîchissement à paroi ayant un capteur thermique solaire et un élément de stockage d'énergie thermique
Domaine technique de l'invention
L'invention concerne un dispositif de chauffage et/ou de rafraîchissement pour bâtiment, comprenant une paroi destinée à constituer une partie de mur ou de toit d'un bâtiment et à délimiter de part et d'autre de la paroi un environnement extérieur au bâtiment et un environnement intérieur du bâtiment.
L'invention a pour objet également un procédé de fonctionnement d'un tel dispositif de chauffage et/ou de rafraîchissement pour bâtiment.
État de la technique
Afin de valoriser l'énergie solaire, des concepts associant les propriétés d'inertie d'un mur et l'effet de serre au travers d'un vitrage ont été développés.
Un premier concept est connu sous la dénomination de « mur capteur », par exemple développé dans le document CN201575609. Dans le cas d'un mur capteur, le rayonnement solaire est valorisé par effet de serre en disposant un vitrage devant un mur en béton et en laissant entre les deux une lame d'air, formant un capteur thermique solaire. Le mur en béton est directement en contact avec la lame d'air et il est étanche à l'air. L'énergie est transmise par conduction à travers le mur depuis la lame d'air chauffée par effet de serre, puis par rayonnement et convection à l'air d'une pièce du bâtiment. Cette transmission se fait avec un déphasage pouvant atteindre 1 1 heures si l'épaisseur de béton du mur est de 40 cm. Ce déphasage permet de chauffer la pièce au moment où il n'y a plus de soleil.
Un deuxième concept est connu sous la dénomination de « mur Trombe ». Il s'agit d'un vitrage délimitant une lame d'air avec un mur, couramment en béton. Cela constitue également un capteur thermique solaire de la même manière que dans le cas d'un mur capteur, décrit précédemment. Par contre, à la différence du mur capteur, des ouvertures haute et basse sont réalisées dans le mur afin de créer une circulation d'air entre la lame d'air et l'air de la pièce à chauffer. L'air provenant de l'extérieur par l'ouverture basse et chauffé en remontant dans la lame d'air pénètre dans la pièce par l'ouverture haute durant un mode de fonctionnement associé à la période hivernale. Durant un mode de fonctionnement associé à la période estivale, de l'air intérieur est prélevé par l'ouverture haute. L'apport calorifique dans la lame d'air sert de thermosiphon en forçant les évacuations d'air chaud de la maison au niveau de l'ouverture basse vers l'extérieur. Le mur Trombe peut aussi être utilisé selon un mode de fonctionnement en circuit fermé dans lequel l'air prélevé dans la maison au niveau de l'ouverture inférieure est chauffé dans la lame d'air et est rejeté dans la maison par l'ouverture haute.
En raison de pertes thermiques importantes du mur en direction du capteur thermique solaire, le mur capteur ou le mur Trombe restitue beaucoup moins d'énergie thermique que celle qu'il reçoit. Afin de limiter ces pertes, il faut classiquement prévoir une isolation thermique ou un ombrage à l'extérieur du vitrage, du côté de l'environnement extérieur, ou mettre en œuvre un double vitrage. Ceci est nécessaire pour éviter une surchauffe du mur en été la journée et pour éviter que le mur ne se refroidisse trop vite la nuit, notamment durant les périodes hivernales.
Ces problématiques connues sont contraignantes pour la mise en œuvre du dispositif. Celui-ci s'avère alors coûteux, complexe à implémenter et à gérer au quotidien.
Le document WO8500212A1 décrit une variante du mur Trombe qui améliore son efficacité. Il s'agit d'un panneau formé par un empilement avec un capteur thermique solaire dans lequel une lame d'air est emprisonnée et un réservoir d'énergie thermique traversé par l'air à chauffer. Le réservoir est agencé de sorte à constituer un échangeur thermique suivant la direction d'empilement favorisant autant que possible les transferts thermiques ente la lame d'air et l'air à chauffer. Le flux caloporteur entrant dans le panneau et circulant à travers le réservoir est séparé en deux, de sorte qu'une partie de ce flux participe à la fonction d'échange thermique et de transfert thermique, en circulant dans des canaux délimités par des ailettes formées dans le réservoir. Toutefois, cette solution ne répond pas aux problématiques listées ci- dessus.
Un système utilisant un capteur thermique solaire et un stockage d'énergie thermique placés en série est décrit dans le document FR2529999A1 . Mais ce système est très volumineux et encombrant, et manque de souplesse d'utilisation car le flux de fluide caloporteur circulant dans le capteur thermique solaire traverse toujours le stockage d'énergie thermique.
Le document US4250871 A décrit un dispositif de chauffage dans lequel du fluide caloporteur peut circuler en parallèle dans un capteur thermique solaire et dans un réservoir de chaleur. Les possibilités de fonctionnement sont limitées, le rendant peu flexible. D'autre part, il ne permet pas de réaliser des opérations de rafraîchissement.
Objet de l'invention
Le but de la présente invention est de proposer un dispositif de chauffage et/ou de rafraîchissement pour bâtiment qui remédie aux inconvénients listés ci-dessus. Notamment, un objet de l'invention est de fournir un tel dispositif qui soit compact et peu volumineux, facile de mise en œuvre, moins onéreux que les solutions existantes présentées ci-dessus, tout en étant facile à implémenter et à gérer au quotidien, et permettant également de réaliser des opérations de rafraîchissement.
Cet objet est atteint par les revendications annexées.
Description sommaire des dessins D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés sur les dessins annexés, dans lesquels :
- la figure 1 est une vue en perspective d'un exemple de dispositif selon l'invention,
- la figure 2 est une vue en perspective de l'élément de stockage d'énergie thermique utilisé dans le dispositif de la figure 1 ,
- la figure 3 est une vue schématique en coupe verticale suivant l'épaisseur transversale du dispositif des figures 1 et 2, - les figures 4 et 5 sont associées au fonctionnement du dispositif lorsqu'il fonctionne dans une première variante d'un premier mode de fonctionnement,
- les figures 6 et 7 sont associées au fonctionnement du dispositif lorsqu'il fonctionne dans une deuxième variante du premier mode de fonctionnement,
- les figures 8 et 9 sont associées au fonctionnement du dispositif lorsqu'il fonctionne dans un deuxième mode de fonctionnement,
- les figures 10 et 1 1 sont associées au fonctionnement du dispositif lorsqu'il fonctionne dans un troisième mode de fonctionnement,
- les figures 12 et 13 sont associées au fonctionnement du dispositif lorsqu'il fonctionne dans un quatrième mode de fonctionnement,
- les figures 14 et 15 sont associées au fonctionnement du dispositif lorsqu'il fonctionne dans un premier exemple d'un cinquième mode de fonctionnement,
- les figures 16 et 17 sont associées au fonctionnement du dispositif lorsqu'il fonctionne dans un deuxième exemple d'un cinquième mode de fonctionnement. Description de modes préférentiels de l'invention
De manière générale, la description qui va suivre en référence aux figures 1 à 17 concerne un dispositif de chauffage et/ou de rafraîchissement pour bâtiment ainsi que son procédé de fonctionnement. Il s'agit notamment de faire fonctionner le dispositif selon un mode de fonctionnement sélectionné parmi une pluralité de modes de fonctionnement prédéterminés, qui seront détaillés plus loin. Principalement, la solution utilise un capteur thermique solaire 10, un élément de stockage d'énergie thermique 12, l'ensemble étant agencé de sorte à permettre une bonne protection solaire ou thermique et à présenter une bonne efficacité pour le chauffage en période hivernale et/ou pour le rafraîchissement en période estivale.
En référence à la figure 1 par exemple, le dispositif de chauffage et/ou de rafraîchissement comprend une paroi destinée à constituer une partie de mur ou de toit d'un bâtiment et à délimiter de part et d'autre de la paroi un environnement extérieur noté « EX » au bâtiment et un environnement intérieur noté « El » du bâtiment. Autrement dit, la paroi est destinée à entrer dans la constitution d'une enveloppe extérieure du bâtiment.
La paroi est de préférence sous la forme d'un panneau d'un seul tenant dont les éléments qui le composent sont fixés les uns aux autres, la paroi étant d'un seul tenant dans ce cas. Cette paroi peut éventuellement permettre une tenue structurelle de l'enveloppe extérieure du bâtiment. Autrement dit, la paroi peut être porteuse, c'est-à-dire reprendre des efforts issus de la portance du bâtiment de sorte à éviter son effondrement. Toutefois, il reste qu'elle peut éventuellement être non- porteuse à la manière d'une fenêtre classique par exemple. Le dispositif de chauffage et/ou de rafraîchissement peut permettre de réaliser une opération de chauffage de l'environnement intérieur El, notamment mais non exclusivement lorsque l'environnement intérieur El est plus chaud que l'environnement extérieur EX, grâce à la présence du capteur thermique solaire 10 notamment. Il peut permettre, alternativement ou en combinaison, de réaliser une opération de rafraîchissement de l'environnement intérieur El, notamment mais non exclusivement lorsque l'environnement intérieur El est plus froid que l'environnement extérieur EX. Il peut aussi permettre une opération de chauffage de l'environnement intérieur El, notamment mais non exclusivement lorsque l'environnement intérieur El est plus froid que l'environnement extérieur EX. Enfin, il peut aussi permettre une opération de rafraîchissement de l'environnement intérieur El, notamment mais non exclusivement lorsque l'environnement intérieur El est plus chaud que l'environnement extérieur EX. La paroi est globalement plane dans un plan défini par les directions longitudinale X et verticale Z, et son épaisseur est comptée suivant la direction transversale Y. La direction longitudinale X correspond à la largeur de la paroi, la direction verticale Z correspond à la hauteur de la paroi. L'épaisseur de la paroi correspond à la dimension allant de l'environnement extérieur EX à l'environnement intérieur El ou réciproquement, selon la direction transversale Y.
La paroi est constituée par un empilement réalisé suivant une direction d'empilement correspondant à l'épaisseur de la paroi, donc suivant la direction Y, qui comprend les éléments suivants en allant de l'environnement extérieur EX vers l'environnement intérieur El :
un capteur thermique solaire 10 qui délimite un premier volume de circulation fluidique V1 adapté à la circulation d'un premier flux de fluide caloporteur à travers l'capteur thermique solaire 10,
- un premier élément thermiquement isolant 1 1 , notamment sous la forme d'un panneau ou une couche en matériau thermiquement isolant, un élément de stockage d'énergie thermique 12, le premier élément thermiquement isolant 1 1 s'opposant aux transferts thermiques, suivant l'épaisseur de la paroi, entre l'élément de stockage d'énergie thermique 12 et le fluide caloporteur présent dans le premier volume de circulation fluidique V1 .
Autrement dit, la paroi est constituée par un empilement comprenant : un capteur thermique solaire 10 tourné du côté de l'environnement extérieur EX et délimitant un premier volume de circulation fluidique V1 d'un premier flux de fluide caloporteur à travers le capteur thermique solaire,
un élément de stockage d'énergie thermique 12,
un premier élément thermiquement isolant 1 1 interposé entre le capteur thermique solaire et l'élément de stockage d'énergie thermique.
Le capteur thermique solaire 10 est capable de capter de la chaleur par apport de calories au premier flux depuis l'environnement extérieur EX, notamment par l'intermédiaire de rayonnements solaires incidents sur le capteur thermique solaire 10, et de transmettre tout ou partie de cette chaleur captée au fluide caloporteur qui circule dans le premier volume de circulation fluidique V1 . Par exemple, un tel fonctionnement est envisagé durant les périodes diurnes en période hivernale. Par ailleurs, le capteur thermique solaire 10 peut de préférence aussi constituer un élément refroidisseur ; il est en particulier capable de capter de la fraîcheur par apport de frigories au premier flux depuis l'environnement extérieur EX et de transmettre tout ou partie de cette fraîcheur captée au fluide caloporteur qui circule dans le premier volume de circulation fluidique V1 délimité dans le capteur thermique solaire 10. Ce captage de fraîcheur peut se faire par conduction d'énergie thermique à travers la cloison transparente 14 puis par rayonnement et convection au fluide caloporteur présent dans le volume V1 . Par exemple, un tel fonctionnement est envisagé durant les périodes nocturnes en période estivale.
L'élément de stockage d'énergie thermique 12 peut comporter un matériau à changement de phase, tel que de la paraffine. L'utilisation du matériau à changement de phase permet d'avoir une bonne inertie thermique tout en limitant l'épaisseur de la paroi. Toutefois, toute autre nature de matériau peut être envisagée dès lors qu'elle remplit la fonction de stockage d'énergie thermique sous la forme de chaleur ou de fraîcheur. Par exemple, il peut être formé par un bloc parallélépipédique dans une matière plastique, dont l'avantage est la légèreté et le coût assez faible, ou bien dans une matière métallique, de préférence à base d'aluminium.
Dans la variante illustrée, le premier élément thermiquement isolant 1 1 est globalement parallélépipédique et plan dans un plan défini par les directions longitudinale X et verticale Z, et son épaisseur est comptée suivant la direction transversale Y. De même, l'élément de stockage d'énergie thermique 12 est de préférence monobloc (voir figure 2) et il est globalement plan dans un plan défini par les directions longitudinale X et verticale Z, et son épaisseur est comptée suivant la direction transversale Y.
Le premier élément thermiquement isolant 1 1 comprend des faces externe 1 1 a et interne 1 1 b opposées suivant la direction d'empilement, i.e. suivant la direction Y, et respectivement tournées vers le capteur thermique solaire 10 et vers l'élément de stockage d'énergie thermique 12. Ceci permet de limiter l'encombrement et d'améliorer l'efficacité, la face externe 1 1 a du premier élément thermiquement isolant 1 1 délimite une partie du premier volume de circulation fluidique V1 et la face interne 1 1 b du premier élément thermiquement isolant 1 1 est de préférence en contact avec l'élément de stockage 12 au niveau de sa face externe 12a. Le premier élément thermiquement isolant 1 1 est pris en sandwich suivant la direction d'empilement, ici la direction transversale Y, entre d'une part le capteur thermique solaire 10 (tout en participant de préférence à la délimitation du premier volume de circulation fluidique V1 par l'intermédiaire de sa face externe 1 1 b) et d'autre part une face externe 12a du capteur thermique solaire 12. Le capteur thermique solaire 10 comprend de préférence une cloison transparente 14 à au moins une partie des rayonnements du soleil provenant de l'environnement extérieur EX avec interposition d'un intervalle repéré « D » par rapport au premier élément thermiquement isolant 1 1 de sorte à délimiter le premier volume de circulation fluidique V1 , notamment sous la forme d'une lame d'air, entre la cloison transparente 14 et le premier élément thermiquement isolant 1 1 au niveau de sa face externe 1 1 a. L'élément de stockage d'énergie thermique 12 délimite de préférence un deuxième volume de circulation fluidique V2 distinct du premier volume de circulation fluidique V1 . Ce deuxième volume de circulation V2 assure la circulation d'un deuxième flux d'un fluide caloporteur à travers l'élément de stockage d'énergie thermique 12. Il s'agit notamment d'un fluide caloporteur de même nature que celui circulant à travers le capteur thermique solaire 10, de sorte qu'une circulation en série, en parallèle, ou alternée, est sélectivement possible parmi les premier et deuxième volumes de circulation fluidique V1 , V2. Cette configuration présente ainsi l'avantage de pouvoir mettre en œuvre différents modes de fonctionnement du dispositif de chauffage et/ou de rafraîchissement.
Le dispositif de chauffage et/ou de rafraîchissement comprend un système de distribution fluidique avec par exemple une boite de distribution inférieure 17 et une boite de distribution supérieure 21 . Un tel système de distribution comprend par exemple un premier clapet motorisé 15 et un deuxième clapet motorisé 20. L'intérieur de la boite de distribution inférieure 17 permet de mettre en communication fluidique les premier et deuxième volumes de circulation fluidique V1 , V2. Un tel système de distribution comprend par exemple aussi un collecteur fluidique 16 défini plus loin. L'intérieur de la boite de distribution supérieure 21 permet également de mettre en communication fluidique les premier et deuxième volumes de circulation fluidique V1 , V2, ainsi que le collecteur fluidique 16, en fonction de l'état des premier et deuxième clapets 15, 20. De préférence, le premier volume de circulation fluidique V1 s'étend sur toute la hauteur de la paroi suivant la direction verticale Z de sorte que ses extrémités supérieure et inférieure débouchent respectivement dans les boites de distribution supérieure 21 et inférieure 17. Le dispositif de chauffage et/ou de rafraîchissement comprend aussi au moins un premier élément fluidique permettant de prélever du fluide caloporteur depuis l'environnement extérieur EX et/ou de rejeter du fluide caloporteur vers l'environnement extérieur EX et au moins un deuxième élément fluidique permettant de prélever du fluide caloporteur depuis l'environnement intérieur El et/ou de rejeter du fluide caloporteur vers l'environnement intérieur El.
A cet effet, la boite de distribution inférieure 17 peut comprendre une ouverture extérieure repérée « OE » qui met en communication l'intérieur de la boite de distribution inférieure 17 avec l'environnement extérieur EX. De plus, la boite de distribution inférieure 17 peut comprendre une ouverture intérieure repérée « Ol » qui met en communication l'intérieur de la boite de distribution inférieure 17 avec l'environnement intérieur El. Alternativement ou en combinaison, la boite de distribution supérieure 21 peut comprendre aussi une telle ouverture intérieure et/ou une telle ouverture extérieure.
Il ressort de ce qui précède que le dispositif peut donc comporter les ouvertures choisies parmi les suivantes : une ouverture intérieure haute disposée au niveau de la boite de distribution supérieure 21 ,
une ouverture extérieure haute disposée au niveau de la boite de distribution supérieure 21 ,
- une ouverture intérieure basse disposée au niveau de la boite de distribution inférieure 17,
une ouverture extérieure basse disposée au niveau de la boite de distribution inférieure 17. Le premier clapet motorisé 15 est par exemple agencé au niveau de la boite de distribution supérieure 21 , et varie entre :
un premier état dans lequel le premier volume de circulation fluidique V1 est en communication fluidique avec l'intérieur de la boite de distribution supérieure 21 ,
- et un deuxième état dans lequel le premier volume de circulation fluidique V1 n'est pas en communication fluidique avec l'intérieur de la boite de distribution supérieure 21 .
Dans un mode de réalisation possible, le deuxième état du premier clapet 15 peut permettre de mettre en communication fluidique le premier volume de circulation fluidique V1 avec une ouverture extérieure haute agencée au niveau de la boite de distribution supérieure 21 . Il s'agit d'une variante du premier mode de fonctionnement défini plus loin, cette variante étant utilisée notamment durant la journée en périodes estivales.
Le deuxième clapet motorisé 20 est par exemple agencé au niveau de la boite de distribution supérieure 21 . Il varie entre :
un premier état dans lequel le deuxième volume de circulation fluidique V2 est en communication avec l'intérieur de la boite de distribution supérieure 21 et dans lequel le collecteur fluidique 16 n'est pas en communication fluidique avec l'intérieur de la boite de distribution supérieure 21 ,
un deuxième état dans lequel le deuxième volume de circulation fluidique V2 n'est pas en communication avec l'intérieur de la boite de distribution supérieure 21 et dans lequel le collecteur fluidique 16 est en communication fluidique avec l'intérieur de la boite de distribution supérieure 21 ,
et un troisième état dans lequel le deuxième volume de circulation fluidique V2 et le collecteur fluidique 16 sont tous deux en communication avec l'intérieur de la boite de distribution supérieure 21 .
Alternativement, les premier et deuxième clapets motorisés 15, 20 pourraient être agencés au niveau de la boite de distribution inférieure 17. D'autre part, il est possible de prévoir un troisième clapet motorisé non représenté pour commander l'ouverture ou la fermeture de chaque ouverture intérieure 01 en direction de l'environnement intérieur El et/ou un quatrième clapet motorisé non représenté pour commander l'ouverture ou la fermeture de chaque ouverture extérieure OE en direction de l'environnement extérieur EX.
Il résulte des dispositions précédentes que dans le cas où le premier clapet motorisé 15 est dans son premier état et le deuxième clapet motorisé 20 est dans son premier état, les premier et deuxième volumes de circulation fluidique V1 , V2 sont en communication fluidique par l'intermédiaire de la boite de distribution supérieure 21 . Par contre, le collecteur fluidique 16 n'est pas en communication fluidique avec les premier et deuxième volumes de circulation fluidique V1 , V2 dans cette configuration des premier et deuxième clapets. Le flux de fluide caloporteur qui circule dans le premier volume V1 peut ensuite circuler dans le deuxième volume V2 ou inversement, suivant le sens de circulation imposé au fluide caloporteur par l'élément de circulation 19. Ainsi, le système de distribution fluidique contrôle, c'est-à-dire, régule la circulation du fluide caloporteur prélevé par les premier et deuxième éléments fluidiques OE, 01 à travers le capteur thermique solaire 10 et/ou à travers l'élément de stockage 12 et est configuré pour autoriser la mise en communication fluidique des premier et deuxième volumes de circulations fluidiques V1 , V2 de sorte que le flux de fluide caloporteur qui circule dans l'un des premier et deuxième volumes de circulation fluidiques circule ensuite dans l'autre des premier et deuxième volumes de circulation fluidique. Cela signifie qu'en fonction du sens de circulation imposé au fluide caloporteur par l'élément de circulation 19, au moins l'une des deux situations suivantes peut être établie :
le flux de fluide caloporteur qui circule dans le premier volume de circulation fluidique V1 circule ensuite dans le deuxième volume de circulation fluidique V2,
le flux de fluide caloporteur qui circule dans le deuxième volume de circulation fluidique V2 circule ensuite dans le premier volume de circulation fluidique V1 . Ainsi, le système de distribution fluidique est configuré pour permettre la mise en communication fluidique des premier et deuxième volumes de circulations fluidiques V1 , V2 de sorte à permettre une circulation du flux successivement dans l'un puis dans l'autre. Le dispositif est donc avantageusement configuré pour pouvoir faire circuler le flux en série dans le capteur thermique solaire 10 et dans l'élément de stockage 12. Ceci permet au dispositif de pouvoir assurer sélectivement une opération de chauffage de l'environnement intérieur El et une opération de rafraîchissement de l'environnement intérieur El. Avantageusement, le premier élément thermiquement isolant 1 1 s'oppose aux transferts thermiques, suivant l'épaisseur de la paroi, donc suivant la direction transversale Y, entre le fluide caloporteur présent dans le deuxième volume de circulation fluidique V2 et le capteur thermique solaire 10. Contrairement à un mur capteur ou un mur Trombe où les transferts thermiques entre la lame d'air et l'élément de mur se pratiquent par rayonnement et convection, les transferts thermiques entre le capteur thermique solaire 10 et l'élément de stockage d'énergie thermique 12 du dispositif objet de l'invention se pratiquent très simplement et directement, soit en faisant circuler le même fluide caloporteur successivement dans le premier volume de circulation fluidique V1 à travers le capteur thermique solaire 10 puis dans le deuxième volume de circulation fluidique V2 à travers l'élément de stockage d'énergie thermique 12, soit en faisant circuler le même fluide caloporteur successivement dans le deuxième volume de circulation fluidique V2 à travers à travers l'élément de stockage d'énergie thermique 12 puis dans le premier volume de circulation fluidique V1 à travers le capteur thermique solaire 10. Dans le cas où le premier clapet motorisé 15 est dans son premier état et le deuxième clapet motorisé 20 est dans son deuxième état, le premier volume de circulation fluidique V1 est en communication fluidique avec le collecteur fluidique 16 par l'intermédiaire de la boite de distribution supérieure 21 . Par contre, le deuxième volume de circulation fluidique V2 n'est pas en communication fluidique avec le premier volume de circulation fluidique V1 et avec le collecteur fluidique 16. Le flux de fluide caloporteur qui circule dans le premier volume V1 peut ensuite circuler dans le collecteur fluidique 16 ou inversement, suivant le sens de circulation imposé au fluide caloporteur par l'élément de circulation 19. Contrairement à un mur capteur ou un mur Trombe où les transferts thermiques entre la lame d'air et l'environnement intérieur se pratiquent par convection et par rayonnement depuis l'élément de mur et par conduction à travers l'élément de mur, les transferts thermiques entre le capteur thermique solaire 10 et l'environnement intérieur El se pratiquent très simplement et directement, soit en faisant circuler le même fluide caloporteur successivement dans le premier volume de circulation fluidique V1 à travers le capteur thermique solaire 10 puis dans le collecteur fluidique 16, soit en faisant circuler le même fluide caloporteur successivement dans le collecteur fluidique 16 puis dans le premier volume de circulation fluidique V1 à travers le capteur thermique solaire 10.
Dans le cas où le premier clapet motorisé 15 est dans son deuxième état et le deuxième clapet motorisé 20 et dans son troisième état, le deuxième volume de circulation fluidique V2 est en communication fluidique avec le collecteur fluidique 16 par l'intermédiaire de la boite de distribution supérieure 21 . Par contre, le premier volume de circulation fluidique n'est pas en communication fluidique avec le deuxième volume de circulation fluidique V2 et avec le collecteur fluidique 16. Le flux de fluide caloporteur qui circule dans le deuxième volume de circulation fluidique V2 peut ensuite circuler dans le collecteur fluidique 16 ou inversement, suivant le sens de circulation imposé au fluide caloporteur par l'élément de circulation 19.
Contrairement à un mur capteur ou un mur Trombe où les transferts thermiques entre l'élément de mur et l'environnement intérieur se pratiquent par convection et par rayonnement au niveau de l'élément de mur, les transferts thermiques entre l'élément de stockage d'énergie thermique 12 et l'environnement intérieur El se pratiquent de manière simple et directe, soit en faisant circuler le même fluide caloporteur successivement dans le deuxième volume de circulation fluidique V2 à travers l'élément de stockage d'énergie thermique 12 puis dans le collecteur fluidique 16, soit en faisant circuler le même fluide caloporteur successivement dans le collecteur fluidique 16 puis dans le deuxième volume de circulation fluidique V2 à travers l'élément de stockage d'énergie thermique 12.
Dans le cas où le premier clapet motorisé 15 est dans son premier état et le deuxième clapet motorisé 20 et dans son troisième état, les premier et deuxième volumes de circulation fluidique V1 , V2 et le collecteur fluidique 16 sont tous en communication fluidique par l'intermédiaire de la boite de distribution supérieure 21 .
L'organisation décrite précédemment permet que du fluide caloporteur prélevé depuis l'environnement intérieur El au niveau de l'ouverture intérieure 01 et/ou depuis l'environnement extérieur EX au niveau de l'ouverture extérieure OE puisse passer de la boite de distribution inférieure 17 à la boite de distribution supérieure 21 en circulant à travers au moins un élément de circulation choisi parmi le premier volume de circulation fluidique V1 , le deuxième volume de circulation fluidique V2 ou le collecteur fluidique 16. Puis, le fluide caloporteur peut être évacué vers l'environnement intérieur El ou vers l'environnement extérieur EX sous réserve que la boite de distribution supérieure 21 comprenne des ouvertures intérieure et/ou extérieure. Alternativement, le fluide caloporteur peut ensuite avantageusement passer de la boite de distribution supérieure 21 à la boite de distribution inférieure 17 en circulant à travers au moins un élément de circulation choisi parmi le premier volume de circulation fluidique V1 , le deuxième volume de circulation fluidique V2 ou le collecteur fluidique 16, avant d'être évacué vers l'environnement intérieur El ou vers l'environnement extérieur EX au niveau des ouvertures intérieure Ol et/ou extérieure OE de la boite de distribution inférieure 17. L'élément de circulation permettant le passage du fluide caloporteur de la boite de distribution inférieure 17 à la boite de distribution supérieure 21 est différent de l'élément de circulation qui assure le passage du fluide caloporteur de la boite de distribution supérieure 21 à la boite de distribution inférieure 17. Le choix de l'élément de circulation dans un sens et dans l'autre est obtenu par un pilotage adapté des clapets du système de distribution, notamment des premier et deuxième clapets motorisés 15, 20. Ce pilotage réalisé par une unité de pilotage détaillée plus loin permet de sélectionner le mode de fonctionnement dans lequel on souhaite placer le dispositif de chauffage et/ou de rafraîchissement parmi un ensemble prédéterminé de modes de fonctionnement possibles, comme détaillé plus loin.
Une organisation inversée peut être prévue en inversant le rôle joué par les boites de distribution inférieure 17 et supérieure 21 .
Enfin dans le cas où le premier clapet motorisé 15 est dans son deuxième état et le deuxième clapet motorisé 20 est dans son premier état ou dans son deuxième état, la circulation fluidique dans la boite de distribution supérieure 21 n'est pas présente et les premier et deuxième volumes de circulation fluidique V1 , V2 et le collecteur fluidique 16 ne sont pas en communication fluidique.
Le fluide caloporteur destiné à circuler dans les premier et deuxième volumes de circulation fluidique V1 , V2 peut être un gaz, notamment de l'air dans le cas d'un bâtiment à vocation professionnelle ou d'habitation, à la manière d'un mur Trombe ou d'un mur capteur. Toutefois, le fluide caloporteur destiné à circuler dans les premier et deuxième volumes de circulation fluidique V1 , V2 pourrait alternativement être un liquide tel que de l'eau, à la manière d'un dispositif de chauffage solaire par exemple. Avantageusement, pour conférer une bonne gestion du déphasage thermique entre les environnements extérieur EX et intérieur El, une bonne qualité du stockage thermique dans l'élément de stockage d'énergie thermique 12 et une bonne protection thermique de l'environnement intérieur El par rapport à l'élément de stockage d'énergie thermique 12, l'empilement formant la paroi peut comprendre un deuxième élément thermiquement isolant 13, disposé entre l'élément de stockage d'énergie thermique 12 et l'environnement intérieur El, de manière à isoler thermiquement l'élément de stockage d'énergie thermique 12 et le fluide caloporteur présent dans le deuxième volume de circulation fluidique V2 par rapport à l'environnement intérieur El. L'élément de stockage d'énergie thermique 12 est donc alors pris en sandwich suivant la direction d'empilement de la paroi, i.e. selon la direction transversale Y, entre les premier et deuxième éléments thermiquement isolant 1 1 , 13.
De préférence, le deuxième élément thermiquement isolant 13 est notamment sous la forme d'une couche ou d'un panneau de matériau thermiquement isolant, à l'image du premier élément thermiquement isolant 1 1 . Le deuxième élément thermiquement isolant 13 est globalement par exemple parallélépipédique et plan dans un plan défini par les directions longitudinale X et verticale Z, et son épaisseur est comptée suivant la direction transversale Y. Le deuxième élément thermiquement isolant 13 comprend des faces externe 13a et interne 13b opposées suivant la direction d'empilement, i.e. suivant la direction Y, et respectivement tournées vers l'élément de stockage 12 et vers l'environnement intérieur El. De préférence afin de limiter l'encombrement et d'améliorer l'efficacité, la face externe 13a du deuxième élément thermiquement isolant 13 est en contact avec l'élément de stockage 12 au niveau de la face interne 12b de l'élément de stockage 12. De préférence, l'inertie thermique de l'élément de stockage d'énergie thermique 12 est largement supérieure à l'inertie thermique des premier et deuxième éléments thermiquement isolant 1 1 , 13.
Par ailleurs, une inertie thermique peut être caractérisée par plusieurs grandeurs comme l'effusivité thermique, la diffusivité thermique ou encore sa capacité thermique et un déphasage qui caractérise un temps de retour à l'équilibre. L'élément de stockage d'énergie thermique 12 présente avantageusement une forte inertie thermique de capacité thermique volumique, par exemple supérieure à 1000 kJ- m"3- K"1 et un déphasage avantageusement compris par exemple entre 6 heures et 12 heures. Autrement dit, il résulte de ce qui précède que la paroi peut notamment être formée par l'empilement suivant la direction Y comprenant respectivement, en allant de l'environnement extérieur EX vers l'environnement intérieur El, les éléments suivants :
la cloison 14 transparente à au moins une partie des rayonnements du soleil provenant de l'environnement extérieur EX,
le premier élément thermiquement isolant 1 1 , notamment sous la forme d'un panneau ou d'une couche formée de particules ou d'une couche cohérente, avec interposition d'un intervalle D par rapport à la cloison transparente 14 de sorte à former le capteur thermique solaire 10 et à délimiter le premier volume de circulation fluidique V1 , notamment sous la forme d'une lame d'air,
l'élément de stockage 12, notamment formé par un bloc d'un seul tenant de matériau de stockage d'énergie thermique et délimitant le deuxième volume de circulation fluidique V2,
- éventuellement le collecteur fluidique 16, éventuellement le deuxième élément thermiquement isolant 13, notamment sous la forme d'un panneau ou d'une couche formée de particules ou d'une couche cohérente. Les premier et deuxième éléments thermiquement isolant 1 1 , 13 sont formés dans des matériaux identiques ou différents, suivant les besoins. Il s'agit de préférence de matériaux très performants en termes d'isolation thermique, par exemple de type isolant sous vide. Le matériau pour chacun des premier et deuxième éléments thermiquement isolant 1 1 , 13 peut présenter par exemple une épaisseur de 35 mm, un coefficient lambda d'isolation thermique de l'ordre de 0,007 W/m.K et un coefficient de résistance thermique R de l'ordre de 5 K.W"1.
Par ailleurs, pour conférer une bonne gestion du déphasage thermique entre les environnements extérieur EX et intérieur El, une bonne qualité du stockage thermique dans l'élément de stockage 12 et une bonne protection thermique de l'environnement intérieur El par rapport à l'élément de stockage d'énergie thermique 12, le dispositif peut comporter des troisième et quatrième éléments thermiquement isolant non représentés disposés de part et d'autre de l'élément de stockage d'énergie thermique 12 suivant la direction longitudinale X et assurant que les faces verticales de l'élément de stockage d'énergie thermique 12 suivant son épaisseur, donc suivant Y, soient également isolées thermiquement, de la même manière que ses faces interne et externe 12a, 12b grâce aux éléments thermiquement isolant 1 1 , 13. Ainsi, seules les faces supérieure et inférieure de l'élément de stockage d'énergie thermique 12, qui débouchent respectivement dans les boites de distribution supérieure 21 et inférieure 17, ne sont pas isolées thermiquement. Au contraire, elles sont dégagées, afin de permettre la circulation fluidique dans le deuxième volume V2 délimité par l'élément de stockage 12 et dans les boites de distribution supérieure 21 et inférieure 17.
Avantageusement, le premier volume de circulation fluidique V1 assure la circulation du premier flux de fluide caloporteur globalement dans au moins un premier plan P1 orienté dans les directions X et Z et perpendiculaire à la direction d'empilement, c'est-à-dire perpendiculaire à la direction Y. De même, le deuxième volume de circulation fluidique V2 assure de préférence la circulation du deuxième flux de fluide caloporteur globalement dans au moins un deuxième plan P2 orienté dans les directions X et Z et perpendiculaire à la direction d'empilement, les premier et deuxième plans P1 , P2 étant disposés de part et d'autre du premier élément thermiquement isolant 1 1 suivant la direction d'empilement.
Dans un mode de réalisation, l'élément de stockage d'énergie thermique 12 comprend des éléments solides formés dans un matériau de stockage d'énergie thermique imperméable au fluide caloporteur circulant dans le deuxième volume de circulation fluidique V2 et ces éléments solides délimitent entre eux le deuxième volume de circulation fluidique V2. De la manière illustrée sur les figures, le deuxième volume de circulation fluidique V2 peut notamment comprendre une pluralité de passages tubulaires 18, notamment parallèles entre eux et tous orientés verticalement selon Z, délimités par les éléments solides et débouchant chacun à ses deux extrémités au niveau de l'épaisseur de l'élément de stockage 12. Plus précisément, l'extrémité supérieure de chaque passage tubulaire 18 débouche dans la boite de distribution supérieure 21 tandis que l'extrémité inférieure de chaque passage tubulaire 18 débouche dans la boite de distribution inférieure 17. La réunion de l'ensemble de ces passages tubulaires 18 a pour effet de constituer le deuxième volume de circulation fluidique V2 tel que défini précédemment. Ces passages 18, ou canaux, peuvent présenter une section de coupe, dans un plan (X, Y), ayant une forme circulaire ou rectangulaire et ils peuvent être répartis à l'intérieur de l'élément de stockage d'énergie thermique 12 avec une disposition régulière ou une disposition non uniforme et optimisée obtenue suite à une étude d'optimisation, dans le plan (X, Y). Le diamètre des passages tubulaires 18 sera notamment évalué, dans ce cas, grâce à cette étude d'optimisation, afin de garantir le meilleur échange entre le fluide caloporteur circulant dans le deuxième volume V2 et les éléments solides de l'élément de stockage 12 qui délimitent les passages tubulaires 18, avec le moins de pertes de charge possibles subies par le deuxième flux. A titre d'exemple donnant de bons résultats, la section de chaque passage 18 est un cercle ayant un diamètre de 3 cm environ. En référence à la figure 1 , le dispositif de chauffage et/ou de rafraîchissement comprend également l'élément de circulation 19 évoqué précédemment, configuré de sorte à réaliser sélectivement :
une circulation forcée du premier flux, notamment de l'air, à travers le capteur thermique solaire 10 uniquement,
- une circulation forcée du deuxième flux, notamment de l'air, à travers l'élément de stockage 12 uniquement,
une circulation forcée simultanée du premier flux à travers le capteur thermique solaire 10 et du deuxième flux à travers l'élément de stockage 12, notamment une circulation en série successivement dans l'un puis dans l'autre.
L'élément de circulation 19 est par exemple agencé au niveau de la boite de distribution supérieure 21 . La nature de l'élément de circulation 19 dépend directement de la nature du fluide caloporteur circulant dans les premier et deuxième volumes de circulation fluidique V, V2. Il s'agit d'un élément de type ventilateur dans le cas d'une circulation aéraulique où le fluide est un gaz, notamment de l'air. Il peut s'agir d'un ventilateur de type à flux croisé ou « Crossflow » en terminologie anglo-saxonne. Il pourrait s'agir d'un élément de circulation liquide dans le cas d'un fluide caloporteur circulant dans les volumes V1 et V2 de nature liquide tel que de l'eau. Indifféremment, l'élément de circulation 19 pourrait être aménagé à tout autre emplacement du dispositif, par exemple au niveau de la boite de distribution inférieure 17.
Comme indiqué précédemment, le dispositif de chauffage et/ou de rafraîchissement comprend un collecteur fluidique 16, notamment délimité au moins en partie par l'élément de stockage d'énergie thermique 12, dans lequel débouchent les premier et deuxième volumes de circulation fluidique V1 , V2. Il a pour effet de multiplier avantageusement le nombre de modes de fonctionnement possibles du dispositif. Le premier flux de fluide caloporteur ayant circulé à travers le capteur thermique solaire 10 peut circuler dans le collecteur fluidique 16 avant d'être rejeté dans l'environnement intérieur El ou extérieur EX. Le deuxième flux de fluide caloporteur ayant circulé à travers l'élément de stockage d'énergie thermique 12 peut également circuler dans le collecteur fluidique 16 avant d'être rejeté dans l'environnement intérieur El ou extérieur EX.
Le collecteur fluidique 16 est par exemple délimité par un canal formé dans l'élément de stockage12 dans sa face intérieure 12b, de préférence de manière centrée selon la direction longitudinale X. De préférence, ce canal s'étend sur toute la hauteur de l'élément de stockage 12 suivant la direction verticale Z de sorte que ses extrémités supérieure et inférieure débouchent respectivement dans les boites de distribution supérieure 21 et inférieure 17. Le collecteur fluidique 16 est également délimité en partie par la face externe 13a du deuxième élément thermiquement isolant 13. Le système de distribution contrôle ainsi, c'est-à-dire régule, la circulation du fluide caloporteur prélevé par les premier et deuxième éléments fluidiques, c'est-à-dire ici par ladite au moins une ouverture intérieure 01 et par ladite au moins une ouverture extérieure OE, à travers le capteur thermique solaire 10 et/ou à travers l'élément de stockage d'énergie thermique 12. Le dispositif comprend une unité de pilotage non représentée commandant le système de distribution en choisissant sélectivement parmi un ensemble prédéterminé de modes de fonctionnement du dispositif de chauffage et/ou de rafraîchissement, cet ensemble étant détaillé plus loin. En particulier, l'unité de pilotage commande le premier clapet motorisé 15 afin de le placer sélectivement dans le premier état ou dans le deuxième état et il commande dans le même temps le deuxième clapet motorisé 20 afin de le placer sélectivement dans le premier état, dans le deuxième état ou dans le troisième état. La combinaison de ces deux commandes des clapets permet le choix sélectif du mode de fonctionnement dans lequel le dispositif de chauffage et/ou de rafraîchissement est placé. II ressort de ce qui précède que le fonctionnement du dispositif de chauffage et/ou de rafraîchissement pour bâtiment, comprend de manière générale :
une étape consistant à prélever du fluide caloporteur depuis l'environnement extérieur EX et/ou depuis l'environnement intérieur El, - puis une étape de pilotage de la manière de distribuer et de faire circuler le fluide caloporteur prélevé entre l'élément de stockage d'énergie thermique 12 et/ou le capteur thermique solaire 10,
puis une étape consistant à rejeter le fluide caloporteur préalablement prélevé vers l'environnement extérieur EX et/ou vers l'environnement intérieur El, après avoir circulé à travers l'élément de stockage d'énergie thermique 12 et/ou à travers le capteur thermique solaire 10.
Cette étape de pilotage est réalisée de sorte à faire fonctionner le dispositif de chauffage et/ou de rafraîchissement dans un mode de fonctionnement sélectionné parmi ledit ensemble prédéterminé de modes de fonctionnement du dispositif de chauffage et/ou de rafraîchissement.
Avantageusement, le système de distribution est configuré de sorte que ledit ensemble prédéterminé de modes de fonctionnement comprend : un premier mode dans lequel le fluide caloporteur prélevé depuis l'environnement extérieur EX ou depuis l'environnement intérieur El circule à travers le capteur thermique solaire 10 uniquement, avant d'être rejeté dans l'environnement extérieur EX ou dans l'environnement intérieur El,
un deuxième mode de fonctionnement dans lequel le fluide caloporteur prélevé depuis l'environnement extérieur EX circule à travers le capteur thermique solaire 10 et à travers l'élément de stockage 12, avant d'être rejeté dans l'environnement intérieur El,
- un troisième mode dans lequel le fluide caloporteur prélevé depuis l'environnement extérieur EX ou depuis l'environnement intérieur El circule à travers l'élément de stockage 12 uniquement, c'est-à-dire sans circuler à travers le capteur thermique solaire 10, avant d'être rejeté dans l'autre environnement,
- un quatrième mode de fonctionnement dans lequel du fluide caloporteur circule en boucle à travers le capteur thermique solaire 10 puis à travers l'élément de stockage 12,
un cinquième mode de fonctionnement dans lequel du fluide caloporteur prélevé depuis l'environnement extérieur EX circule à travers uniquement l'un des éléments choisi parmi le capteur thermique solaire 10 et l'élément de stockage 12, puis à travers uniquement l'autre des éléments choisi parmi le capteur thermique solaire 10 et l'élément de stockage 12, avant d'être rejeté dans l'environnement extérieur EX.
Ainsi, l'élément de stockage 12 sert à stocker de la chaleur captée par le capteur thermique solaire 10 durant les périodes hivernales lorsque le dispositif fonctionne de sorte à réaliser un chauffage de l'environnement intérieur El et qu'il y a suffisamment d'apports solaires au niveau du capteur thermique solaire 10. Ceci permet de restituer ensuite cette chaleur stockée au moment où l'environnement intérieur El baissera en température. De même, l'élément de stockage 12 sert à stocker de la fraîcheur captée par le capteur thermique solaire 10, notamment une fraîcheur nocturne, durant les périodes estivales, lorsque le dispositif fonctionne de sorte à réaliser un rafraîchissement de l'environnement intérieur El. Ceci permet de restituer ensuite cette fraîcheur stockée au moment où l'environnement intérieur El montera en température.
Les figures 4 et 5 illustrent le fonctionnement du dispositif lorsqu'il fonctionne dans une première variante du premier mode de fonctionnement.
Dans cette variante du premier mode de fonctionnement, le fluide caloporteur est prélevé (flèche F1 ) depuis l'environnement extérieur EX à travers l'ouverture extérieure OE avant de circuler à travers le capteur thermique solaire 10 uniquement (flèche F2), c'est-à-dire sans circuler dans l'élément de stockage 12. Il est ensuite rejeté (flèche F4) dans l'environnement intérieur El. Le premier clapet motorisé 15 est dans le premier état et le deuxième clapet motorisé 20 est dans le deuxième état de sorte que le fluide caloporteur ayant préalablement circulé à travers le capteur thermique solaire 10 dans le premier volume V1 circule dans la boite de distribution supérieure 21 avant de circuler dans le collecteur fluidique 16 (flèche F3) afin de rejoindre la boite de distribution inférieure 17, d'où il est évacué (flèche F4) vers l'environnement intérieur El à travers l'ouverture intérieure Ol.
Il pourrait également être mis en œuvre en prévoyant que le fluide ayant été prélevé dans une ouverture extérieure basse et ayant ensuite circulé dans le volume V1 à travers le capteur thermique solaire soit rejeté vers l'environnement intérieur au niveau d'une ouverture intérieure haute, sans circuler dans le collecteur fluidique qui est facultatif. Cette variante du premier mode de fonctionnement est notamment appliquée durant les phases hivernales, pour le chauffage de l'environnement intérieur El. La chaleur captée par le capteur thermique solaire 10 sous l'effet des rayonnements solaires est transmise au fluide caloporteur, lequel est ensuite rejeté dans l'environnement intérieur.
Cette variante du premier mode de fonctionnement est aussi notamment appliquée durant les phases estivales, pour le rafraîchissement de l'environnement intérieur El. La fraîcheur captée par le capteur thermique solaire 10, notamment durant les périodes nocturnes, est transmise au fluide caloporteur, lequel est ensuite rejeté dans l'environnement intérieur El.
Les figures 6 et 7 illustrent le fonctionnement du dispositif lorsqu'il fonctionne dans une deuxième variante du premier mode de fonctionnement.
Dans cette autre variante du premier mode de fonctionnement, le fluide caloporteur est prélevé (flèche F5) depuis l'environnement intérieur El à travers l'ouverture intérieure Ol avant de circuler à travers le capteur thermique solaire 10 uniquement (flèche F7), c'est-à-dire sans circuler dans l'élément de stockage 12, avant d'être rejeté (flèche F8) dans l'environnement extérieur EX. Le premier clapet motorisé 15 est dans le premier état et le deuxième clapet motorisé 20 est dans le deuxième état de sorte que le fluide caloporteur ayant préalablement circulé (flèche F6) à travers le collecteur fluidique 16 circule dans la boite de distribution supérieure 21 avant de circuler (flèche F7) dans le capteur thermique solaire 10 dans le premier volume V1 afin de rejoindre la boite de distribution inférieure 17, d'où il est évacué (flèche F8) vers l'environnement extérieur EX à travers l'ouverture extérieure OE. Cette variante du premier mode de fonctionnement est aussi notamment appliquée durant les phases estivales, pour le rafraîchissement de l'environnement intérieur El. L'air est prélevé depuis l'environnement intérieur El à la manière d'un thermosiphon, grâce au chauffage du fluide caloporteur réalisé dans le capteur thermique solaire 10, avant d'être ensuite rejeté dans l'environnement extérieur EX. Cette circulation fluidique depuis l'environnement intérieur El vers l'environnement extérieur EX permet un rafraîchissement de l'environnement intérieur El. Dans le cas d'un fluide tel que de l'air, l'apport calorifique dans la lame d'air délimitée entre la cloison 14 et le premier élément thermiquement isolant 1 1 sert de thermosiphon en forçant les évacuations d'air chaud de l'environnement intérieur El au niveau de l'ouverture extérieure OE vers l'environnement extérieur EX. Préférentiellement, le rejet du fluide vers l'environnement extérieur EX se fait au niveau d'une ouverture extérieure haute.
Une troisième variante du premier mode de fonctionnement, non représentée, comprend :
une étape consistant à prélever du fluide caloporteur depuis l'environnement extérieur EX, notamment au niveau d'une ouverture extérieure basse, puis une étape de circulation du fluide caloporteur prélevé uniquement à travers le capteur thermique solaire 1 0 dans le volume V1 , sans circuler à travers l'élément de stockage thermique 12,
puis une étape consistant à rejeter le fluide caloporteur préalablement prélevé vers l'environnement extérieur EX, notamment au niveau d'une ouverture extérieure haute, après avoir circulé à travers le capteur thermique solaire 10.
Cette variante est utilisée notamment afin de réaliser un rafraîchissement en journée l'été pour éviter les surchauffes dans la lame d'air du capteur thermique solaire 10.
Pour la mise en œuvre du deuxième mode de fonctionnement, une première variante non représentée prévoit que le fluide caloporteur prélevé depuis l'environnement extérieur EX circule en même temps à travers le capteur thermique solaire 10 et à travers l'élément de stockage 12, avant d'être rejeté dans l'environnement intérieur El. Autrement dit, le système de distribution est configuré de sorte à réaliser une circulation en parallèle et simultanée du fluide prélevé à travers le capteur thermique solaire 10 et à travers l'élément de stockage 12 : une fraction du fluide prélevé depuis l'environnement extérieur EX circule à travers le capteur thermique solaire 10 pour passer de la boite de distribution inférieure 17 vers la boite de distribution supérieure 21 tandis que la fraction restante du fluide prélevé depuis l'environnement extérieur EX circule à travers l'élément de stockage 12 pour passer de la boite de distribution inférieure 17 vers la boite de distribution supérieure 21 . Après avoir circulé dans le capteur thermique solaire 10 et dans l'élément de stockage 12, ces deux fractions sont réunies dans la boite de distribution supérieure 21 avant de circuler à travers le collecteur fluidique 16 pour passer de la boite de distribution supérieure 21 à la boite de distribution inférieure 17. Puis, le fluide caloporteur est rejeté vers l'environnement intérieur El. Pour y parvenir, le premier clapet motorisé 15 est dans son premier état et le deuxième clapet motorisé 20 est dans le troisième état.
Les figures 8 et 9 illustrent le fonctionnement du dispositif lorsqu'il fonctionne dans une deuxième variante du deuxième mode de fonctionnement. Le système de distribution est configuré de sorte que le fluide caloporteur prélevé (flèche F9) depuis l'environnement extérieur EX circule successivement à travers le capteur thermique solaire 10 puis à travers l'élément de stockage 12, avant d'être rejeté (flèche F13) dans l'environnement intérieur El.
Dans cette variante du deuxième mode de fonctionnement, le fluide caloporteur est prélevé (flèche F9) depuis l'environnement extérieur EX au niveau de la boite de distribution inférieure 17 à travers l'ouverture extérieure OE avant de circuler uniquement à travers le capteur thermique solaire 10 (flèche F10) pour passer de la boite de distribution inférieure 17 à la boite de distribution supérieure 21 . Après avoir circulé dans le capteur thermique solaire 10, le fluide débouche et circule (flèche F1 1 ) dans la boite de distribution supérieure 21 avant de circuler (flèche F12) uniquement à travers l'élément de stockage 12 pour passer de la boite de distribution supérieure 21 à la boite de distribution inférieure 17. Le fluide caloporteur ayant débouché dans la boite de distribution inférieure 17 est ensuite rejeté (flèche F13) vers l'environnement intérieur El. Le premier clapet motorisé 15 est dans le premier état et le deuxième clapet motorisé 20 est dans le premier état de sorte que le fluide caloporteur ayant préalablement circulé à travers le capteur thermique solaire 10 dans le premier volume V1 circule (flèche F1 1 ) dans la boite de distribution supérieure 21 avant de circuler dans l'élément de stockage 12 (flèche F12) afin de rejoindre la boite de distribution inférieure 17, d'où il est évacué (flèche F13) vers l'environnement intérieur El à travers l'ouverture intérieure Ol. Alternativement, dans le cas où l'ouverture intérieure n'est pas agencée au niveau de la boite de distribution inférieure 17 mais au contraire au niveau de la boite de distribution supérieure 21 , le fluide ayant préalablement circulé à travers le capteur thermique solaire 10 puis à travers l'élément de stockage thermique 12 peut ensuite être prévu pour circuler à travers le collecteur fluidique 16 avant d'être rejeté vers l'environnement intérieur El au niveau d'une ouverture intérieure haute prévue au niveau de la boite de distribution supérieure 21 .
La deuxième variante du deuxième mode de fonctionnement est notamment appliquée durant les phases hivernales, pour le chauffage de l'environnement intérieur El, lorsque l'énergie captée par le capteur thermique solaire 10 est supérieure aux besoins en énergie pour réaliser le chauffage de l'environnement intérieur El. La chaleur captée par le capteur thermique solaire 10 sous l'effet des rayonnements solaires est transmise au fluide caloporteur, lequel circule ensuite dans l'élément de stockage 12 afin de stocker une partie de l'énergie captée, avant d'être rejeté dans l'environnement intérieur El pour chauffer l'environnement intérieur El. En passant dans l'élément de stockage 12, le fluide caloporteur transmet de l'énergie thermique à l'élément de stockage 12. Le fonctionnement est identique lorsqu'il s'agit de capter de la fraîcheur par l'intermédiaire de le capteur thermique solaire 10, de stocker de la fraîcheur dans l'élément de stockage 12 et de rafraîchir l'environnement intérieur El.
Les figures 10 et 1 1 illustrent le fonctionnement du dispositif lorsqu'il fonctionne dans une variante du troisième mode de fonctionnement dans laquelle le fluide caloporteur prélevé depuis l'environnement extérieur EX circule à travers l'élément de stockage 12 uniquement, sans circuler à travers le capteur thermique solaire 10, avant d'être rejeté l'environnement intérieur El.
Dans cette variante du troisième mode de fonctionnement, le fluide caloporteur est prélevé (flèche F14) depuis l'environnement extérieur EX au niveau de la boite de distribution inférieure 17 à travers l'ouverture extérieure OE avant de circuler (flèche F15) uniquement à travers l'élément de stockage 12 pour passer de la boite de distribution inférieure 17 à la boite de distribution supérieure 21 . Après avoir circulé dans l'élément de stockage 12, le fluide débouche et circule (flèche F16) dans la boite de distribution supérieure 21 avant de circuler (flèche F17) à travers le collecteur fluidique 16 pour passer de la boite de distribution supérieure 21 à la boite de distribution inférieure 17. Le fluide caloporteur ayant débouché dans la boite de distribution inférieure 17 est ensuite rejeté (flèche F18) vers l'environnement intérieur El. Le premier clapet motorisé 15 est dans le deuxième état et le deuxième clapet motorisé 20 est dans le troisième état de sorte que le fluide caloporteur ayant préalablement circulé à travers l'élément de stockage 12 dans le deuxième volume V2 circule (flèche F16) dans la boite de distribution supérieure 21 avant de circuler dans le collecteur 16 (flèche F17) afin de rejoindre la boite de distribution inférieure 17, d'où il est évacué (flèche F18) vers l'environnement intérieur El à travers l'ouverture intérieure Ol.
Une mise en œuvre inversée du troisième mode de fonctionnement peut être envisagée, avec une circulation fluidique en sens inverse, dans laquelle le fluide caloporteur prélevé depuis l'environnement intérieur El circule à travers le collecteur 16 avant de rejoindre la boite de distribution supérieure 21 . Puis, le fluide circule uniquement à travers l'élément de stockage 12, sans circuler à travers le capteur thermique solaire 10, pour passer de la boite de distribution supérieure 21 vers la boite de distribution inférieure 1 7, avant d'être rejeté dans l'environnement extérieur EX.
La variante illustrée du troisième mode de fonctionnement est notamment appliquée durant les phases hivernales, pour le chauffage de l'environnement intérieur El, afin de préchauffer l'air insufflé dans l'environnement intérieur lorsque les apports solaires au niveau du capteur thermique solaire 1 0 sont insuffisants. En passant dans l'élément de stockage 1 2, le fluide caloporteur prélève de l'énergie thermique à l'élément de stockage 1 2. Un fonctionnement identique peut être prévu lorsqu'il s'agit de stocker de la fraîcheur dans l'élément de stockage 1 2 et de rafraîchir l'environnement intérieur El. En particulier, en période estivale où il convient classiquement de rafraîchir l'environnement intérieur El, il est possible de stocker de la fraîcheur lorsqu'il fait froid dehors, par exemple durant la nuit. Cette fraîcheur stockée pourra ensuite être restituée lorsque la température de l'environnement intérieur El aura tendance à augmenter.
Les figures 12 et 1 3 illustrent le fonctionnement du dispositif lorsqu'il fonctionne dans un exemple de quatrième mode de fonctionnement.
Le fluide caloporteur circule (flèche F1 9) uniquement à travers le capteur thermique solaire 1 0 pour passer de la boite de distribution inférieure 1 7 à la boite de distribution supérieure 21 . Après avoir circulé dans le capteur thermique solaire 1 0, le fluide débouche et circule (flèche F20) dans la boite de distribution supérieure 21 avant de circuler (flèche F21 ) uniquement à travers l'élément de stockage 12 pour passer de la boite de distribution supérieure 21 à la boite de distribution inférieure 1 7. Le fluide caloporteur ayant débouché dans la boite de distribution inférieure 1 7 débouche et circule (flèche F22) à nouveau dans la boite de distribution inférieure 17, avant de retourner vers le capteur thermique solaire 1 0. Le premier clapet motorisé 15 est dans le premier état et le deuxième clapet motorisé 20 est dans le premier état de sorte que le fluide caloporteur ayant préalablement circulé à travers le capteur thermique solaire 10 dans le premier volume V1 circule (flèche F20) dans la boite de distribution supérieure 21 avant de circuler à travers l'élément de stockage 12 (flèche F21 ) dans le deuxième volume V2 afin de rejoindre la boite de distribution inférieure 17, d'où il est à nouveau conduit vers le capteur thermique solaire 10. Autrement dit, le quatrième mode de fonctionnement consiste à prélever du fluide caloporteur depuis l'environnement extérieur EX ou depuis l'environnement intérieur El, et à assurer une circulation en boucle (flèches F19 à F22) du fluide caloporteur prélevé à travers l'élément de stockage 12 et à travers le capteur thermique solaire 10.
De préférence, il peut s'agir d'une boucle fermée, en ce sens que la boite de distribution inférieure 17 peut être équipée de moyens (non représentés) garantissant que le fluide caloporteur en cours de circulation en boucle à travers l'élément de stockage 12 et à travers le capteur thermique solaire 10 ne soit pas en communication fluidique avec l'environnement extérieur EX et avec l'environnement intérieur El, de sorte à être confiné à l'intérieur des volumes V1 et V2 durant la circulation en boucle. Une mise en œuvre inversée du quatrième mode de fonctionnement peut être envisagée, avec une circulation fluidique en sens inverse, dans laquelle le fluide caloporteur circule uniquement à travers l'élément de stockage 12 pour passer de la boite de distribution inférieure 17 à la boite de distribution supérieure 21 . Puis, le fluide circule uniquement à travers le capteur thermique solaire 10 pour passer de la boite de distribution supérieure 21 à la boite de distribution inférieure 17, avant de revenir à l'élément de stockage 1 2.
Le quatrième mode de fonctionnement est notamment appliqué lorsqu'une montée en température très rapide de l'élément de stockage 1 2 est nécessaire dans le cas où le capteur thermique solaire 1 0 est dans sa configuration de fonctionnement dans laquelle il constitue un capteur thermique solaire. Il est aussi appliqué de préférence lorsqu'une diminution en température très rapide de l'élément de stockage 12 est nécessaire dans le cas où le capteur thermique solaire 1 0 est dans sa configuration de fonctionnement dans laquelle il capte de la fraîcheur depuis l'environnement extérieur EX.
Le système de distribution est de préférence configuré de sorte que dans le quatrième mode, du fluide caloporteur est prélevé depuis l'environnement extérieur EX et est rejeté dans l'environnement intérieur El, notamment sans circuler ni à travers le capteur thermique solaire 1 0 ni à travers l'élément de stockage 1 2. C'est ce que représente la flèche F23. Ceci permet par exemple d'assurer un renouvellement de l'air dans l'environnement intérieur El durant la montée rapide ou la diminution rapide de la température de l'élément de stockage 1 2.
Le système de distribution fluidique est configuré de sorte que ledit ensemble prédéterminé de modes de fonctionnement comprend un cinquième mode de fonctionnement dans lequel du fluide caloporteur prélevé depuis l'environnement extérieur EX circule à travers l'un uniquement des premier et deuxième volumes de circulations fluidiques V1 , V2, puis à travers l'autre uniquement des premier et deuxième volumes de circulations fluidiques V1 , V2, avant d'être rejeté dans l'environnement extérieur EX. Les figures 14 et 1 5 illustrent le fonctionnement du dispositif lorsqu'il fonctionne dans un premier exemple du cinquième mode de fonctionnement. Du fluide caloporteur prélevé (flèche F24) depuis l'environnement extérieur EX circule (flèche F25) uniquement à travers l'élément de stockage 1 2 pour passer de la boite de distribution inférieure 1 7 à la boite de distribution supérieure 21 . Après avoir circulé dans l'élément de stockage 1 2, le fluide débouche et circule (flèche F26) dans la boite de distribution supérieure 21 . Puis, le fluide caloporteur ayant circulé (flèche F25) à travers l'élément de stockage 1 2 circule (flèche F27) à travers le capteur thermique solaire 1 0 avant d'être rejeté (flèche F28) dans l'environnement extérieur EX. Dans ce premier exemple en référence aux figures 14 et 1 5, après avoir circulé dans l'élément de stockage 1 2, le fluide débouche et circule (flèche F26) dans la boite de distribution supérieure 21 avant de circuler (flèche F27) uniquement à travers le capteur thermique solaire 10 pour passer de la boite de distribution supérieure 21 à la boite de distribution inférieure 1 7. Le fluide caloporteur ayant débouché dans la boite de distribution inférieure 1 7 est rejeté (flèche F28) vers l'environnement extérieur EX. Le premier clapet motorisé 1 5 est dans le premier état et le deuxième clapet motorisé 20 est dans le premier état de sorte que le fluide caloporteur ayant préalablement circulé à travers l'élément de stockage 1 2 dans le deuxième volume V2 circule (flèche F26) dans la boite de distribution supérieure 21 avant de circuler (flèche F27) à travers le capteur thermique solaire 1 0 dans le premier volume V1 afin de rejoindre la boite de distribution inférieure 1 7, d'où il est rejeté (flèche F28) vers l'environnement extérieur EX. Une mise en œuvre inversée du cinquième mode de fonctionnement peut être envisagée, avec une circulation fluidique en sens inverse, dans laquelle le fluide caloporteur circule uniquement à travers le capteur thermique solaire 10 pour passer de la boite de distribution inférieure 17 à la boite de distribution supérieure 21 . Puis, le fluide circule uniquement à travers l'élément de stockage 12 pour passer de la boite de distribution supérieure 21 à la boite de distribution inférieure 17, avant d'être rejeté dans l'environnement extérieur EX. A cet effet, les figures 16 et 17 illustrent le fonctionnement du dispositif lorsqu'il fonctionne dans un deuxième exemple du cinquième mode de fonctionnement dans lequel du fluide caloporteur prélevé (F30) depuis l'environnement extérieur EX circule (F31 ) uniquement à travers le capteur thermique solaire 10, puis uniquement à travers l'élément de stockage 12, avant d'être rejeté (F34) dans l'environnement extérieur EX.
Dans ce deuxième exemple en référence aux figures 16 et 17, après avoir circulé (flèche F31 ) uniquement dans le capteur thermique solaire 10, le fluide débouche et circule (flèche F32) dans la boite de distribution supérieure 21 avant de circuler (flèche F33) uniquement à travers l'élément de stockage 12 pour passer de la boite de distribution supérieure 21 à la boite de distribution inférieure 17. Le fluide caloporteur ayant débouché dans la boite de distribution inférieure 17 est rejeté (flèche F34) vers l'environnement extérieur EX. Le premier clapet motorisé 15 et le deuxième clapet motorisé 20 sont dans leur premier état de sorte que le fluide caloporteur ayant préalablement circulé (flèche F31 ) à travers le capteur thermique solaire 10 dans le premier volume V1 circule (flèche F32) dans la boite de distribution supérieure 21 avant de circuler (flèche F33) à travers l'élément de stockage 12 dans le deuxième volume V2 afin de rejoindre la boite de distribution inférieure 17, d'où il est rejeté (flèche F28) vers l'environnement extérieur EX. Le passage du premier exemple au deuxième exemple ou inversement dépend du sens de circulation imposé par l'élément de circulation 19 au fluide préalablement prélevé depuis l'environnement extérieur EX.
Le cinquième mode de fonctionnement peut être appliqué en périodes estivales, lorsqu'il est nécessaire de réaliser une diminution de la quantité d'énergie thermique stockée dans l'élément de stockage 12. Le système de distribution est de préférence configuré de sorte que dans le cinquième mode, du fluide caloporteur est prélevé (flèche F24, F30) depuis l'environnement extérieur EX et est rejeté dans l'environnement intérieur El, notamment sans circuler ni à travers le capteur thermique solaire 10 ni à travers l'élément de stockage 12. C'est ce que représentent les flèches F29 et F35. Ceci permet par exemple d'assurer un renouvellement de l'air dans l'environnement intérieur El durant le déstockage d'énergie thermique de l'élément de stockage 12.
La stratégie de pilotage de la distribution fluidique au sein du dispositif et la stratégie de sélection du mode de fonctionnement à mettre en œuvre parmi l'ensemble prédéterminé de modes de fonctionnement sont définies en fonction de paramètres physiques. Le dispositif pourra comprendre tous les moyens d'acquisition ou de détermination de ces paramètres physiques, ces moyens étant capable de fournir le résultat de l'acquisition ou de la détermination à l'unité de pilotage. A titre d'exemple non limitatif, de tels paramètres physiques pourront comprendre la température réelle du fluide de l'environnement intérieur El, la température de consigne ou recherchée du fluide de l'environnement intérieur El, la température réelle et/ou anticipée du fluide de l'environnement extérieur EX, la température de l'élément de stockage 12, la capacité pour le capteur thermique solaire 1 0 à chauffer et/ou à refroidir le premier flux de fluide caloporteur, notamment en fonction des propriétés du rayonnement solaire, l'heure au sein de la journée, la période au sein de l'année (par été, hiver, printemps, automne) etc .. L'invention concerne aussi un support d'enregistrement de données lisible par un calculateur, sur lequel est enregistré un programme informatique comprenant des moyens de codes de programme informatique de mise en œuvre du procédé. Elle concerne aussi un programme informatique comprenant un moyen de codes de programme informatique adapté à la réalisation d'un tel procédé lorsque le programme est exécuté par un calculateur.
La solution précédemment décrite présente l'avantage d'une grande compacité en sus de son efficacité de chauffage et/ou de rafraîchissement. Elle permet un stockage d'énergie thermique et un important déphasage. Elle permet de s'affranchir de la nécessité de systèmes de protection solaire (comme des stores par exemple) à l'extérieur de la paroi, car l'élément de stockage 12 est avantageusement isolé thermiquement grâce aux éléments 1 1 , 13. Elle présente l'avantage supplémentaire de pouvoir mettre en œuvre un bouclage entre le capteur thermique solaire 10 et l'élément de stockage 12, afin de stocker rapidement la chaleur ou la fraîcheur. Enfin, elle permet de minimiser au maximum les pertes thermiques entre les environnements intérieur et extérieur El et EX.
Le déphasage est fonction de l'épaisseur des éléments thermiquement isolant 1 1 , 13, du volume de l'élément de stockage 12 et de la surface de la face extérieure 12b de l'élément de stockage 12 tournée vers l'environnement extérieur EX. La solution décrite précédemment est facile de mise en œuvre et moins onéreuse que les solutions existantes précédemment décrites en regard de ses possibilités de performances supérieures. D'autre part, elle est facile à implémenter et à gérer au quotidien.
Plus précisément, elle présente les avantages supplémentaires suivants : une bonne isolation de l'élément de stockage 12 permet d'assurer un plus grand déphasage de la chaleur ou de la fraîcheur, ce qui peut être très utile pour les maisons à basse consommation,
- l'isolation du capteur thermique solaire 10 par rapport à l'élément de stockage 12 grâce à l'élément thermiquement isolant 1 1 permet d'utiliser une cloison transparente 14 constituée par un simple vitrage tout en limitant les pertes vers l'environnement extérieur EX,
selon le mode de réalisation, le dispositif peut être structurel et remplacer une façade du bâtiment,
la proximité de l'élément de stockage 12 et du capteur thermique solaire 10 permet de réaliser des circuits aérauliques intéressants avec un minimum de pertes thermiques,
il est possible de diviser le dispositif en modules qui peuvent être liés en parallèle ou en série entre eux.
Il est précisé enfin que l'ensemble des modes de fonctionnement décrits précédemment ne sont pas nécessairement mis en œuvre tous ensemble. Un dispositif donné peut être configuré de sorte à ne pouvoir mettre en œuvre qu'une partie des cinq modes de fonctionnement.
Enfin, de manière très avantageuse, le dispositif précédemment décrit ne nécessite pas de protection extérieure du capteur thermique solaire 10 en périodes estivales.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Dispositif de chauffage et/ou de rafraîchissement pour bâtiment, comprenant une paroi destinée à constituer une partie de mur ou de toit d'un bâtiment et à délimiter de part et d'autre de la paroi un environnement extérieur (EX) au bâtiment et un environnement intérieur (El) du bâtiment, la paroi étant constituée par un empilement comprenant :
- un capteur thermique solaire (10) tourné du côté de l'environnement extérieur (EX) et délimitant un premier volume de circulation fluidique (V1 ) d'un premier flux de fluide caloporteur à travers le capteur thermique solaire,
- un élément de stockage d'énergie thermique (12) délimitant un deuxième volume de circulation fluidique (V2) distinct du premier volume de circulation fluidique (V1 ) et assurant la circulation d'un deuxième flux d'un fluide caloporteur à travers l'élément de stockage d'énergie thermique (12), notamment de même nature que celui circulant à travers le capteur thermique solaire (10),
- et un premier élément thermiquement isolant (1 1 ) interposé entre le capteur thermique solaire et l'élément de stockage d'énergie thermique (12) et s'opposant aux transferts thermiques, suivant l'épaisseur de la paroi, entre le fluide caloporteur présent dans le deuxième volume de circulation fluidique (V2) et le capteur thermique solaire (10),
caractérisé en ce qu'il comprend :
au moins un premier élément fluidique (OE) permettant de prélever du fluide caloporteur depuis l'environnement extérieur (EX) et/ou de rejeter du fluide caloporteur vers l'environnement extérieur (EX),
au moins un deuxième élément fluidique (Ol) permettant de prélever du fluide caloporteur depuis l'environnement intérieur (El) et/ou de rejeter du fluide caloporteur vers l'environnement intérieur (El), un système de distribution (15, 17, 20, 21 ) contrôlant la circulation du fluide caloporteur prélevé par les premier et deuxième éléments fluidiques (OE, Ol) à travers le capteur thermique solaire (10) et/ou à travers l'élément de stockage (12) et configuré pour autoriser la mise en communication fluidique des premier et deuxième volumes de circulations fluidiques, de sorte que le flux de fluide caloporteur circulant dans l'un des premier et deuxième volumes de circulation fluidique (V1 , V2) circule ensuite dans l'autre des premier et deuxième volumes de circulation fluidique (V1 , V2).
2. Dispositif selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu'il comprend une unité de pilotage commandant le système de distribution (15, 17, 20, 21 ) en choisissant sélectivement parmi un ensemble prédéterminé de modes de fonctionnement du dispositif de chauffage et/ou de rafraîchissement, le système de distribution (15, 17, 20, 21 ) étant configuré de sorte que ledit ensemble prédéterminé de modes de fonctionnement comprend :
un premier mode dans lequel le fluide caloporteur prélevé (F1 ) depuis l'environnement extérieur (EX) ou depuis l'environnement intérieur (El) circule (F2) à travers le capteur thermique solaire (10) uniquement, avant d'être rejeté (F4) dans l'environnement extérieur (EX) ou dans l'environnement intérieur (El),
un deuxième mode de fonctionnement dans lequel le fluide caloporteur prélevé (F9) depuis l'environnement extérieur (EX) circule (F10, F12) à travers le capteur thermique solaire (10) et à travers l'élément de stockage (12), avant d'être rejeté (F13) dans l'environnement intérieur (El)
3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce le système de distribution (15, 17, 20, 21 ) est configuré de sorte que dans le deuxième mode de fonctionnement, le fluide caloporteur prélevé (F9) depuis l'environnement extérieur (EX) circule (F10) successivement à travers le capteur thermique solaire (10) puis (F12) à travers l'élément de stockage (12), avant d'être rejeté (F13) dans l'environnement intérieur (El).
4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que le système de distribution (15, 17, 20, 21 ) est configuré de sorte que ledit ensemble prédéterminé de modes de fonctionnement comprend un troisième mode dans lequel le fluide caloporteur prélevé (F14) depuis l'environnement extérieur (EX) ou depuis l'environnement intérieur (El) circule (F15) à travers l'élément de stockage (12) uniquement, avant d'être rejeté (F18) dans l'autre environnement.
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que le système de distribution (15, 17, 20, 21 ) est configuré de sorte que ledit ensemble prédéterminé de modes de fonctionnement comprend un quatrième mode de fonctionnement dans lequel du fluide caloporteur circule (F19-F21 ) en boucle à travers le capteur thermique solaire (10) puis à travers l'élément de stockage (12).
6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que le système de distribution (15, 17, 20, 21 ) est configuré de sorte que ledit ensemble prédéterminé de modes de fonctionnement comprend un cinquième mode de fonctionnement dans lequel du fluide caloporteur prélevé (F24, F30) depuis l'environnement extérieur (EX) circule (F25, F33) à travers l'un uniquement des premier et deuxième volumes de circulations fluidiques (V1 , V2), puis à travers l'autre uniquement des premier et deuxième volumes de circulations fluidiques (V1 , V2), avant d'être rejeté (F28, F34) dans l'environnement extérieur (EX).
7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le système de distribution (15, 17, 20, 21 ) est configuré de sorte que dans le cinquième mode de fonctionnement, du fluide caloporteur prélevé (F24) depuis l'environnement extérieur (EX) circule (F25) uniquement à travers le capteur thermique solaire (10), puis uniquement à travers l'élément de stockage (12), avant d'être rejeté (F28) dans l'environnement extérieur (EX).
8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que le système de distribution (15, 17, 20, 21 ) est configuré de sorte que dans le quatrième mode et/ou dans le cinquième mode, du fluide caloporteur est prélevé (F23, F24, F30) depuis l'environnement extérieur (EX) et est rejeté (F23, F29, F35) dans l'environnement intérieur (El), notamment sans circuler ni à travers le capteur thermique solaire (10) ni à travers l'élément de stockage (12).
9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le système de distribution fluidique comprend une boite de distribution inférieure (17) et une boite de distribution supérieure (21 ) permettant chacune de mettre en communication fluidique les premier et deuxième volumes de circulations fluidiques (V1 , V2) et en ce qu'au moins l'une desdites boites de distribution inférieure et supérieure (17, 21 ) comprend une ouverture extérieure (OE) qui met en communication l'intérieur de ladite boite avec l'environnement extérieur (EX) et/ou une ouverture intérieure (Ol) qui met en communication l'intérieur de ladite boite avec l'environnement intérieur (El).
10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le premier élément thermiquement isolant (1 1 ) comprend des faces externe et interne (1 1 a, 1 1 b) opposées suivant la direction d'empilement (Y) et respectivement tournées vers le capteur thermique solaire (10) et vers l'élément de stockage (12) et en ce que la face externe (1 1 a) du premier élément thermiquement isolant (1 1 ) délimite une partie du premier volume de circulation fluidique (V1 ).
1 1 . Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que la face interne (1 1 b) du premier élément thermiquement isolant (1 1 ) est en contact avec l'élément de stockage (12) au niveau de sa face externe (12a).
12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 1 1 , caractérisé en ce que le capteur thermique solaire (10) comprend une cloison (14) transparente à au moins une partie des rayonnements du soleil provenant de l'environnement extérieur (EX) avec interposition d'un intervalle (D) par rapport au premier élément thermiquement isolant (1 1 ) de sorte à délimiter le premier volume de circulation fluidique (V1 ), notamment sous la forme d'une lame d'air, entre la cloison (14) et le premier élément thermiquement isolant (1 1 ).
13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que l'élément de stockage (12) comprend des éléments solides formés dans un matériau de stockage d'énergie thermique imperméable au fluide caloporteur circulant dans le deuxième volume de circulation fluidique (V2) et en ce que lesdits éléments solides délimitent entre eux le deuxième volume de circulation fluidique (V2).
14. Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce que le deuxième volume de circulation fluidique (V2) comprend une pluralité de passages tubulaires (18), notamment parallèles et verticaux, débouchant chacun à ses deux extrémités au niveau de l'épaisseur de l'élément de stockage (12).
15. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce qu'il comprend un élément de circulation (19) réalisant sélectivement :
une circulation forcée du premier flux, notamment de l'air, à travers le capteur thermique solaire (10) uniquement,
une circulation forcée du deuxième flux, notamment de l'air, à travers l'élément de stockage (12) uniquement,
- une circulation forcée simultanée du premier flux à travers le capteur thermique solaire (10) et du deuxième flux à travers l'élément de stockage (12), notamment une circulation en série successivement dans l'un puis dans l'autre.
16. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, caractérisé en ce que l'empilement comprend un deuxième élément thermiquement isolant (13), disposé entre l'élément de stockage (12) et l'environnement intérieur (El) d'une manière isolant thermiquement l'élément de stockage (12) et le fluide caloporteur présent dans le deuxième volume de circulation fluidique (V2) par rapport à l'environnement intérieur (El).
17. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, caractérisé en ce qu'il comprend un collecteur fluidique (16), notamment délimité au moins en partie par l'élément de stockage (12), dans lequel le premier flux de fluide caloporteur ayant circulé à travers le capteur thermique solaire (10) peut circuler avant d'être rejeté dans l'environnement intérieur (El) ou extérieur (EX) et dans lequel le deuxième flux de fluide caloporteur ayant circulé à travers l'élément de stockage (12) peut circuler avant d'être rejeté dans l'environnement intérieur (El) ou extérieur (EX).
18. Procédé de fonctionnement d'un dispositif de chauffage et/ou de rafraîchissement pour bâtiment selon l'une quelconque des revendications 1 à 17, comprenant une étape consistant à prélever du fluide caloporteur depuis l'environnement extérieur (EX) et/ou depuis l'environnement intérieur (El), puis une étape de pilotage de la manière de distribuer et de faire circuler le fluide caloporteur prélevé entre l'élément de stockage (12) et/ou le capteur thermique solaire (10), puis une étape consistant à rejeter le fluide caloporteur préalablement prélevé vers l'environnement extérieur (EX) et/ou vers l'environnement intérieur (El), ladite étape de pilotage étant réalisée de sorte à faire fonctionner le dispositif de chauffage et/ou de rafraîchissement dans un mode de fonctionnement sélectionné parmi ledit ensemble prédéterminé de modes de fonctionnement du dispositif de chauffage et/ou de rafraîchissement.
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