Projet de diplôme, mur capteur

[invite6b8f6af6]

Bonjour à tous,

je suis en 5eme année d'école de design, et pour mon diplôme je travaille sur un concept touristique d'habitat "solaire" en haute montagne (+3000m). La problématique de mon projet et de travailler sur le lien entre les Hommes et le soleil, donc je dois tirer au maximum mon énergie du soleil (sans rentrer dans la mini centrale photovoltaïque..!).
Pour faire simple mon architecture à une forme de demi-sphère, vitrée en grande partie, et derrière cette structure vitrée une autre demi-sphère en textile isolant vient coulisser pour ouvrir plus ou moins l'architecture à la lumière solaire. (Cf photo (!))
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En matière de chauffage je pensais mettre un mur capteur au centre de la pièce, derriere le vitrage donc exposé au soleil la journée, et isolé la nuit lorsque la partie textile est fermée. Niveau dimension je peux faire un mur de 2m de haut par 2m de large, reste à savoir l'épaisseur et le matériau..
Sur le forum j'ai vu qu'un mur d'eau était le plus efficace? Je pensais sinon à récupérer les pierres environnantes en montagnes, pour les stocker dans des sortes de cages et fabriquer un "mur" de pierre. Si quelqu'un peut m'aider pour le matériau idéal je suis preneur.. !

Cordialement,

Geoffroy
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[Vince44]

Bonsoir Geoffroy,

Je ne sais pas ce qui vaut le mieux, pour ta question, une possibilité pourrait d'ailleurs être: les deux (de l'eau et des pierres dans des récipients adaptés)...

Je me faisait plusieurs réflexions en voyant ton projet:
- le textile devrait il me semble être blanc. A l'intérieur c'est sûr, à l'extérieur je crois aussi. Car il faut pouvoir se protéger de la surchauffe aussi et renvoyer la chaleur vers les occupants à l'intérieur...
- le textile devrait p-e coulisser dans le plan horizontal plutôt que vertical. mais en différenciant 2 hauteurs (un peu comme le toit et les murs d'une yourte). Le but étant d'ouvrir les côté exposé quand on veut accumuler. Je doute qu'il faille ouvrir le toit...

A+

Vincent

[herve78500]

Hello geff3788,
tu dis:

En matière de chauffage je pensais mettre un mur capteur au centre de la pièce, derriere le vitrage donc exposé au soleil la journée, et isolé la nuit lorsque la partie textile est fermée. Niveau dimension je peux faire un mur de 2m de haut par 2m de large, reste à savoir l'épaisseur et le matériau..
Sur le forum j'ai vu qu'un mur d'eau était le plus efficace? Je pensais sinon à récupérer les pierres environnantes en montagnes, pour les stocker dans des sortes de cages et fabriquer un "mur" de pierre. Si quelqu'un peut m'aider pour le matériau idéal je suis preneur.. !

Pour que ton mur stocke un maximum de calories sans s'échauffer trop, il faut que la capacité thermique du (des) matériaux utilisés pour construire le mur soit la plus élevée possible.
Dans les matériaux courants de construction, le sable sec n'est pas mal, 1200 à 1440 KJ/m³°C
Mais le béton massif fait avec des gros graviers est mieux: 2160 KJ/m³°C
L'eau, quant à elle, présente une capacité thermique tout à fait exceptionnelle: 4180 KJ/m³°C
Mais ce n'est pas un matériau de construction, c'est un liquide qui a même tendance à passer partout.

Si tu veux profiter des caractéristiques de l'eau, tu peux faire un mur creux en béton et le remplir d'eau, ou encore un mur métallique (2 fines parois acier et de l'eau à l'intérieur).
Un mur de pierres sèches (sans joints entre les pierres) n'est pas une bonne solution car la capacité thermique est diminuée par ces vides et la conduction thermique à travers le matériau est mauvaise.

Pour l'épaisseur, il faut que tu estimes les apports max. en KJ par m² sur une journée, et que tu fixes toi-même l'échauffement max que tu tolères pour ton mur, sachant que cet échauffement est en retour ce qui fait que la chaleur est rediffusée dans la pièce. De ce point de mur ton mur diffusera la chaleur dans la pièce au fur et à mesure qu'il la stocke, à moins que tu ne limites ce phénomène en l'isolant avec une plaque de verre devant.
Il faut également que tu optimises l'absorption de rayonnement solaire par le mur, en le peignant en noir par exemple.
A+
Herve

[invite6b8f6af6]

Bonsoir Vincent,

Avant toute chose je précise que je suis loin de la fin du projet (!) mais je te remercie pour ces remarques.

Instinctivement j'ai pensé l'ouverture sur le plan vertical car je voulais dégager le toit, pour ouvrir sur un ciel étoilé les belles nuits d'été. Maintenant que tu me le dis ça prête à réflexion... Mon projet à un peu évolué et je pense maintenant n'ouvrir que 2 parties, la troisième orientée nord ne serai plus vitrée. (puisque jamais exposée)
(cf photo dans l'idée)


Pour la couleur du textile j'aurai mis blanc à l’intérieur, la dessus on est d'accord. Mais une couleur sombre à l’extérieur n'est pas préférable? Les jours de fortes chaleurs les parties textiles sont de toutes façon ouvertes, donc la parties sombre non exposée. Et les jours de faible chaleur ou en fin d’après-midi le sombre absorbe la chaleur... ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite6b8f6af6]

Salut Hervé,

merci beaucoup pour ces précisions !

Par mur d'eau j'avais effectivement imaginé un "coffre" métallique rempli d'eau. Tu penses que ça ne posera pas de problème sur le long terme..?
Sinon je pencherai bien pour cette solution, car je recherche aussi à minimiser le poids totale de ma construction pour l'héliportage.. en imaginant remplir le mur d'eau directement en haute montagne.

Je n'ai malheureusement aucune connaissance en déperdition thermique,
"il faut que tu estimes les apports max. en KJ par m2 sur une journée", je suppose que je peux trouver ça en fonction de la situation géographique? Pour l'échauffement max que je tolère... je n'en ai aucune idée... J'ai besoin que (idéalement) mon mur de 2x2m permette a ma pièce (sphérique de 3m de rayon) d'avoir une température "confortable" tout au long de la nuit ("fraiche" le matin). Tu penses que c'est possible?

Ok pour la couleur sombre, et pour la plaque de verre devant le mur elle sert à limiter les pertes de chaleurs pendant que celui s'échauffe? Mais ne limite t'elle pas le réchauffement de la pièce dans la nuit?

A+ et merci

Geoffroy

[Vince44]

Re'

Un truc avant que j'oublie comme tout à l'heure. Le sol peut fournir de l'inertie avec l'avantage de faciliter l'agencement intérieur!

Pour le reste, je ne sais pas vraiment quel climat on a la haut, mais ne faudrait-il pas géréer aussi la surchauffe/sur luminosité estivale?

C'est pour cela que je voyais plutôt un isolant blanc aussi à l'extérieur. si les températures sont toujours suffisamment froide pour qu'ouvrir une trappe coupe toute surchauffe, ton approche se tient...

Vincent

[aligator427...]

salut,
je ne pense que la "demi-sphère" vitrèe soit le choix de construction le plus pertinent à +3000.
tu risques de te retrouver avec un igloo géant l'hiver qui auras du mal à capter le moindre rayonnnement et l'été avec un capteur géant dans lequel les masses intérieures ne suffiront pas à stocker ce trop important apport en calorie.
pour faire court tu risques de devoir installer un chauffage pour l'hiver et une clim pour l'été...
je t'explique pas non plus les contraintes structurelles de ta géode par rapport aux chocs thermiques et au poid de la neige...

[herve78500]

Salut geff3788,
Pour l'échauffement max. du mur, il ne faut pas que les occupants le trouvent chaud ou très chaud, donc disons qu'il ne doit pas dépasser 40 ou 45°C.
Il n'y a aucun problème sur le long terme à avoir un mur métallique plein d'eau, c'est ce que l'on a dans n'importe quel chauffage central. Par contre il faut prévoir la protection contre le gel (glycol) et la dilatation de l'eau (ballon d'expansion).
Tu peux même prévoir un stockage dans le sol, également métallique et creux, rempli d'eau. Dans ces conditions, si l'inertie thermique est suffisante, la température variera assez peu (disons 5°C en première approche) entre le jour et la nuit.
Par contre, en période d'ensoleillement minimal, cette température moyenne sera très probablement insuffisante (pas assez d'apport et trop de pertes), alors qu'en été la température moyenne, malgré l'occultation par le rideau, risque d'être très élevée.
Pour l'énergie reçue par rayonnement solaire, il te faut consulter les livres et sites consacrés au chauffage solaire ou aux chauffe-eau solaires pour estimer, en fonction du lieu et de la saison, pour une orientation plein Sud et une paroi verticale, l'énergie solaire reçue au cours d'une journée.
A+
Herve

[invite6b8f6af6]

Salut à tous,

deja merci pour vos réponses
Petite précision quand à mon projet, la période d'utilisation est estimée entre mai et septembre. Les conditions devenant trop extrêmes (vent température,...) pour envisager vivre la haut l'hiver.. Je n'ai donc pas de soucis de faible captage solaire obstrué par la neige l'hiver et de choc thermique extrêmes.
Sur la période mai-septembre, la température moyenne à 3000m est autour de 4°C, avec des températures en dessous de zéro la nuit et agréables en journées ensoleillées.

Je suis très intéressé par le fait de récupérer de l'inertie au sol par le stockage d'eau. (Je note le glycol pour le gel et le ballon d'extension ). J'ai fait des recherches concernant l'énergie solaire reçue au cours d'une journée en haute montagne dans les alpes. Sur la période mai-sept il y a une irradiation globale d'environ 190KwH/m2 sur plan horizontal et sur plan incliné a 45°plein sud, mais je n'arrive pas à trouver sur plan vertical pour le mur.. Pensez vous qu'avec ces conditions climatiques + un captage "eau" dans le sol et un mur + un bon isolant la température variera toujours autour des 5°C en une nuit?

Pour les longues périodes de mauvais ensoleillement je pensais incruster un poêle (bois, ou bioéthanol, ou..?) dans le mur en eau, ainsi la chaleur produite par le feu, en plus de chauffer ma pièce réchauffera directement le mur d'eau. Qu'en pensez vous?

Je pense que les températures sont suffisamment froides pour qu'ouvrir une trappe évite toute surchauffe non?
Aligator, pour les contraintes structurelles je suis preneur même si je pense avoir quelques notions.. J'ai choisi la forme sphérique non seulement pour la sensation d'espace et de suivre le soleil dans sa course, mais aussi parcequ'avec moins de surface extérieure qu'un cube, ca évite la déperdition énergétique l'hiver et ca apporte de chaleur l'été.. non?

A+

Geoffroy

[herakles]

Peut-être pourrais-tu t'inspirer des travaux de J HAIT : http://blepperblog.wordpress.com/

La masse de terre sous la 1/2 sphère constitue un réservoir " gratuit" de calories - ou de frigories - dont on peut tirer parti grâce au principe d'une isolation périphérique (à l'image du parapluie thermique de HAIT )

Dans le même ordre d'idées , jeter un oeil sur la discussion "stockage intersaisonnier et tunnels à galets " et sur une autre discussion : "capteurs à air" , ces derniers ne gèlent pas à +3000m ...
Bonne inspiration !

[herve78500]

Salut à nouveau geff3788,
Tu dis

Pour les longues périodes de mauvais ensoleillement je pensais incruster un poêle (bois, ou bioéthanol, ou..?) dans le mur en eau, ainsi la chaleur produite par le feu, en plus de chauffer ma pièce réchauffera directement le mur d'eau. Qu'en pensez vous?

un poêle (à bois, à gaz ou ou autre combustible) qui chauffe un volume d'eau, c'est une chaudière ...

Pour ce qui est de passer de la radiation pour un angle donné à celle pour un autre angle, il faut avoir en tête que cec provient de l'inclinaison de l'axe de la terre.
L'angle d'inclinaison de la terre est de 66,56 degrés. Le plan de l'écliptique (plan dans lequel reste le centre de la terre lors de sa rotation autour du soleil) est incliné de 23 degrés par rapport au plan de l'équateur.

A 23 degrés de longitude Nord au solstice d'été (21 juin), à midi le soleil est à 90° au dessus de l'horizon. A 45° de longitude Nord le soleil 45-23= 22 degrés par rapport à la verticale (ou 68 degrés par rapport à l'horizontal)
A 23 degrés de longitude Nord au solstice d'hiver (21 décembre), à midi le soleil est au zeénith à 23 degrés de longitude Sud, et il est à 90-2x23 = 44 degrés au dessus de l'horizon. A 45 degrés de longitude Nord au solstice d'hiver, le soleil est à 44-22= 22 degrés au dessus de l'horizon
A 45 degrés de longitude Nord, à l'équinoxe de printemps ou d'automne (21 mars et 21 septembre), à midi le soleil est à 45 degrés au dessus de l'horizon
En cherchant un peu sur le Net, tu devrais trouver, pour une longitude donnée, l'inclinaison optimale d'un panneau solaire orienté plein Sud, mois par mois.
La valeur de la radiation solaire journalière sur tout autre plan que le plan optimal se déduit par la projection du plan considéré sur le plan optimal.
Par exemple, si le plan optimal est 45°/horizontal, pour un plan vertical (c'est le cas de ton mur), il faudra le projeter sur le plan précédent. L'angle des 2 plans est de 45°
La surface projetée = surface verticale x cosinus (45°)
Donc la surface verticale devra être 1,414 fois plus grande qu'une surface à 45°/horizontal pour capter la même radiation journalière.

Pour un angle optimal de 60° par rapport à l'horizontal, ou 30° par rapport à la verticale
La surface projetée = surface verticale x cosinus (30°) = surface verticale x 0,866
Donc la surface verticale devra être 1,155 fois plus grande qu'une surface à 60°/horizontal pour capter la même radiation journalière.
A+
Herve

[aligator427...]

il va quand même falloir une structure très resistante parce que d'octobre à avril,à +3000,il en tombe de la neige...
sans compter qu'à l'intersaison avec les nuits étoilèes,ça va rayonner sévère et avec les belles journèes ensoleillèes tu va avoir de gros écarts de températures...gare aux fuites...
maintenant,c'est sur que le projet à de la gueule,mais est ce que c'est réellement réalisable?
à propos des travaux de J Hait,il faudrait quand même monter un bel engin à +3000 pour bouger autant de terre et de caillasse...

[invite6b8f6af6]

Merci Hervé, mais je me sens un peu perdu. Au final ce que je cherche à connaitre c'est l'épaisseur de mon mur d'une surface de 4m², pour qu'il ne dépasse pas les 45°C après avoir chauffé 10h au soleil, et qu'il me permette aussi de réchauffer la pièce toute la nuit sans que l'écart de température soit énorme..
J'ai trouvé ce site pour les irradiations : http://www.atlas-solaire.org/atlas-solaire-paca
avec
Lat: 44.926000 (44°55'33.60'')
Lon: 6.362500 (6°21'45.00'')
pour ce situer autour des 3000 m. Ils proposent plusieurs orientations mais pas de "verticale"..

Je suis d'accord pour les travaux de J Hait, le volume de terre à déplacer est trop important, je ne peux pas me permettre de monter une pelleteuse en haute montagne.. et puis cela va à l'encontre de mon projet.
Je ne sais pas si c'est "réalisable" mais j'essaye en tout cas de m'en approcher le plus possible, d’où ma présence ici pour apprendre de connaissance que je n'ai pas

Geoffroy