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Compétences en conception solaire passive – Crestone Eagle

Crestone Eagle • Septembre 2020

Paul Shippee

Le solaire passif est un mot attrayant, lisse et sexy. Pas de pièces mobiles. Il suffit de niveler la maison pour qu’elle fasse face au soleil abondant de l’hiver et de laisser les rayons du soleil briller dans ces grandes fenêtres. Chauffage gratuit et chaleur hivernale et confort quotidien à peu de frais – et les plantes adorent!

Cependant, une conception solaire passive efficace peut ne pas être aussi simple lorsque vous y passez et que vous considérez l’image globale, puis que vous passez aux détails les plus fins. Les meilleurs résultats sont d’une simplicité trompeuse, mais assez sophistiqués. La conception de bâtiments solaires passifs est un art imaginatif car les formes spatiales sont presque illimitées. Certaines formes et formes étonnantes peuvent apparaître lorsqu’elles sont intégrées à des options équilibrées de collecte du soleil et de stockage thermique.

Maison solaire passive hybride à gain direct avec parois internes en masse thermique de terre chargée. Des panneaux solaires thermiques fournissent de l’eau chaude sous le sol en briques étincelantes toute la journée pour une utilisation nocturne. Conception / réalisation par Paul Shippee. photo de Paul Shippee

Le premier principe de la conception solaire passive est d’utiliser toute la maison comme capteur solaire. Cela introduit la possibilité de nouvelles formes architecturales, de matériaux et de fonctionnalités spécialement adaptés. Les maisons solaires passives bien conçues – ainsi que les pratiques de construction solides et bien isolées – sont attrayantes parce qu’elles ont fière allure, fonctionnent bien et parce qu’elles sont le système de chauffage le moins cher à long terme. Tout coût supplémentaire pour produire une maison solaire qui fonctionne bien peut être considéré comme un investissement et non comme un coût. Ce bon sens devient clair lorsque vous considérez les coûts de chauffage aux combustibles fossiles conventionnels déplacés comme des économies en dollars qui s’additionnent au cours de la vie de la maison. Telle est la vision du cycle économique.

Une décision précoce que le propriétaire prendra en compte dans le processus de conception est la fraction souhaitée de chauffage solaire. Ce paramètre de conception est un choix important car il affecte les coûts de construction, la forme, les matériaux et les performances finales. SHF est l’objectif choisi de la contribution de la chaleur du soleil aux besoins annuels de chauffage de la maison. Par exemple, le SHF souhaité peut être chauffé à 30%, 50%, 80% ou même 100% solaire. Comme prévu, il y a naturellement des coûts supplémentaires pour des performances plus élevées, à savoir. Fenêtres plus grandes, matériaux de stockage de chaleur internes et niveaux d’isolation accrus autour. L’optimisation de ces trois facteurs déterminera le confort et la contribution solaire passive globale aux performances de chauffage, à la chaleur et à la satisfaction de la maison.

Tant le niveau de confort que les performances peuvent être contrôlés et prédits dans la conception d’une maison passive. Équilibrer les trois facteurs ci-dessus selon des principes de conception scientifiquement recherchés et éprouvés éliminera certains défauts de conception courants tels que la surchauffe les jours d’hiver ensoleillés qui doivent être corrigés en ouvrant les fenêtres, la surchauffe en plaçant les fenêtres en dehors de l’orientation optimale vers le soleil d’hiver de midi et en ne comprenant pas l’importance de ce qu’on appelle ratio, qui est le rapport du long côté sud de la maison sur le côté court, le rapport optimal de deux à un.

Bain de soleil solaire passif et zone de nettoyage, à Salida, avec capteurs solaires thermiques pour le rayonnement du sol et la distribution de chaleur. Un grand mur de briques attrayant entre l’espace du soleil et l’intérieur de la maison distribue les gains solaires quotidiens à basses températures la nuit à travers les grandes zones irradiées du mur. Il en résulte un chauffage solaire haute performance approchant les 100%. Conception solaire passive et installation de rayonnement au sol par Paul Shippee. photo de Paul Shippee

En plus de ces considérations et choix de conception, d’autres décisions doivent être prises pour créer un espace de vie agréable à regarder, accrocheur et vraiment sensible au climat, tout en éliminant la plupart des besoins en combustible de chauffage.

Le fonctionnement de base de tous les bâtiments solaires passifs est:

• Collectez la chaleur solaire pendant la journée.

Stockez la chaleur dans l’espace de vie.

Utilisez-en une partie pendant la journée.

• Dissipe passivement (ou naturellement) la chaleur du magasin la nuit ou par temps nuageux, selon les besoins.

• Remplissez le magasin lorsque le soleil se lève.

Évidemment, il ne peut y avoir de concordance parfaite entre la disponibilité du soleil et les exigences de température intérieure. Mais il est intéressant de découvrir à quel point vous pouvez vous rapprocher; quel type de structure de bâtiment peut-on placer entre ces deux forces climatiques de l’offre et de la demande pour atteindre le bon type d’équilibre dans un environnement humain fermé.

Il existe plusieurs configurations architecturales différentes couramment utilisées pour fabriquer une maison qui peut remplir les fonctions de base de collecte et de stockage de la chaleur solaire. Elles sont:

• Les systèmes de renforcement direct (y compris le nettoyage des fenêtres) permettent au soleil de briller directement dans l’espace de vie. C’est une approche populaire car elle est simple et peu coûteuse. Les problèmes d’exagération sont le manque de contrôle entraînant une surchauffe pendant la journée, l’éblouissement, la destruction des tissus et le manque d’intimité.

Les murs de masse sont un moyen de bloquer la majeure partie du soleil de l’espace de vie. Ils sont situés directement derrière la vitre face au sud et peuvent être constitués de murs lourds (mur de Trombe) ou de récipients remplis d’eau. L’eau stocke 2,5 fois plus de chaleur que les matériaux terreux pour un certain volume. L’idée principale est que le mur (avec des ouvertures pour la lumière du soleil) garde la chaleur sans surchauffer et la laisse entrer lentement dans la maison après le coucher du soleil. Il existe de nombreuses variantes créatives dans la conception des murs de masse.

• Les configurations de la paroi sud de l’Espace Solaire peuvent être les plus attractives, les plus utiles et les plus pratiques. Ils sont une sorte de combinaison hybride des deux premiers, où le mur de masse s’est déplacé de la vitre sud de quelques mètres pour créer une serre qui peut tolérer des changements de température plus importants pendant les jours et les nuits d’hiver, tout en empêchant trop de soleil à l’intérieur de la maison. Encore une fois, la chaleur du soleil peut être stockée dans un mur de serre massif et lentement libérée dans la maison pendant les nuits d’hiver.

Un système solaire passif Trombe Wall avec des fenêtres qui permettent à la lumière et à la chaleur d’entrer dans l’intérieur nord de Snowmass, Colorado. Les reflets de la lumière du soleil sur la neige augmentent le gain de chaleur jusqu’à 50%. photo de Paul Shippee

• La deuxième configuration hybride est obtenue en utilisant des fenêtres avec renforcement direct et distribution de grandes quantités de chaleur vers les murs intérieurs. Celles-ci peuvent être le revêtement du mur nord avec quatre pouces de briques ou de blocs de briques, des murs intérieurs en maçonnerie de brique ou de terre compactée et de hauts piliers d’eau stratégiquement placés pour absorber la lumière du jour et réduire ainsi les changements de température dans la maison.

• Le bassin de toit et les boucles de convection libre ont également montré des options solaires passives. Les bassins de toit avec des portes coulissantes isolées sur le dessus peuvent être utilisés dans des environnements désertiques extrêmes, et des boucles de convection gratuites peuvent être installées chaque fois que des capteurs solaires utilisant un fluide de transfert d’air ou d’eau peuvent être placés sous stockage.

Pour résumer, les éléments de base du transfert de chaleur naturel ou passif, de la collecte au stockage et à la décharge ultérieure du stockage, comprennent:

• Surfaces transparentes des bâtiments exposés au sud.

• Matériaux de stockage de chaleur interne.

• Isolation de fenêtre mobile (climat froid).

• Contrôle des changements de température.

Ce dernier est d’une grande importance et comprend la bonne disposition des espaces intérieurs, le choix des couleurs et des matériaux de construction intérieurs d’une surface et d’une masse suffisantes pour obtenir l’effet souhaité. Notez que nous avons affaire à l’application du chauffage à basse température. Les différences passives de température solaire dépassent rarement 10 ° ou 20 ° pour initier le flux de distribution de chaleur à partir du stockage. Au mieux, les conceptions haut de gamme avec une masse thermique élevée peuvent réaliser des changements de température mineurs entre 3 et 5 ° s du jour à la nuit.

La distribution de la chaleur est tout à fait naturelle et dépend donc des différences qu’elle serait emportée de la masse d’accumulation chaude dans l’espace de vie tout en se refroidissant pendant la nuit. Par conséquent, les maisons solaires passives ressentiront les changements de température. Cela diffère des systèmes mécaniques qui consomment des combustibles fossiles où les températures sont maintenues à une température constante de 68 à 70 °. Un facteur atténuant en termes de confort dans un environnement solaire passif est le fait que les surfaces intérieures qui émettent de la chaleur emmagasinée dans la pièce vous permettent de profiter du confort à des températures de l’air plus froides car le corps rayonne vers des surfaces de masse thermique plus chaudes que dans les maisons conventionnelles.

Bien sûr, les sources de chauffage d’appoint peuvent également atténuer et contrôler les changements de température, en utilisant des panneaux solaires actifs qui stockent la chaleur solaire diurne dans des sols brillants, ou des poêles à bois, ou des appareils à combustibles fossiles ou des appareils de chauffage électrique pour le pire choix de centrale électrique. Il y a au moins une maison à Baca dont je sais qu’elle utilise moins de trois charrettes en bois en hiver. Cette maison est sur un terrain avec une source continue de bois d’arbres morts ou mourants qui sont renouvelés dans la forêt tous les 30 ans. Puisque le soleil récent est utilisé dans ce processus, au lieu de l’ancien soleil qui a créé la lumière du soleil ancienne stockée que nous connaissons sous le nom de combustibles fossiles – comme le propane, le pétrole et le charbon – on peut dire que cette maison heureuse est chauffée à 100% par l’énergie solaire. Renouvelable. Durable. Résistant.

Que tous les êtres soient heureux et profitent de l’énergie solaire passive.

Pour plus d’informations, visitez mon site Web www.crestonesolarschool.com