La zone tampon dynamique solaire (solar dynamic buffer zone en anglais) combine le concept des zones tampons dynamiques avec l’architecture solaire. Ce système permet d’une part de préchauffer l’air neuf entrant, et d’autre part de restituer de la chaleur à la surface interne du mur par convection et rayonnement. Cette restitution peut être plus ou moins importante selon que le mur ait une masse thermique (Seck, 2010), ou non s’il s’agit d’un isolant (Richman et Pressnail, 2009 et 2010). Son rendement a été évalué en laboratoire à des valeurs comprises entre 25 et 30%, ce qui le classe dans la moyenne des performances des murs solaires.
4.2 Autres murs solaires
4.2.1 Mur solaire de Stirith et Novak (1996)
Stirith et Novak (1996) ont étudié un mur dont la lame d’air entre la vitre et la paroi captatrice du mur est remplacée par un matériau isolant transparent (Figure 26). Il n’y a ainsi plus d’effet de serre. Les conséquences de cette absence sur les performances du mur, par rapport à celles des murs solaires classiques, n’ont pas été étudiées.
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Figure 26 : Mur de Stirith et Novak (1996)
4.2.2 Mur à eau et mur transparent (transwall)
Le mur à eau (Figure 27 (a)), correspond à un mur composé d’une vitre derrière laquelle se trouve des contenants d’eau peints en noir afin d’en augmenter l’absorptivité (Nayak, 1987). Le rayonnement solaire incident est ainsi majoritairement absorbé par la masse thermique.
Pour le mur transparent, l’eau se trouve entre trois vitres (Figure 27 (b)). Contrairement au précédent, ce mur donne accès à la lumière naturelle. La part du rayonnement solaire incident transmis par la vitre va être en partie absorbé par la masse d’eau, et le reste transmis à l’intérieur du bâtiment (Sadineni et al., 2011). Nayak (1987) conclut que le mur transparent est utile quand un apport immédiat d’énergie est nécessaire. Par ailleurs, il compare les performances obtenues à celles du mur Trombe et conclut que le mur transparent est plus efficace pour assurer le chargement en journée. Cependant, le mur Trombe demeure plus performant pour le nivellement de la décharge et a, au final, une meilleure efficacité.
Figure 27: (a) Mur à eau ; (b) Mur transparent (Nayak, 1987)
4.3 Masse thermique des murs solaires
4.3.1 Masse thermique sensible
Le plus souvent, la masse thermique est un bloc de béton, mais elle peut également être constituée d’eau, tel que dans le mur à eau et le mur transparent. Comme on l’a vu précédemment, la structure même du mur va influer sur le type de restitution et également sur
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les performances du mur. En effet, l’une des conséquences d’un délai de restitution trop important, ou mal maitrisé, est une augmentation des pertes thermiques par réémission vers l’extérieur. Zalewski (1996) a démontré que le délai augmente de 1 h 40 pour chaque augmentation de 5 cm de l’épaisseur de mur en béton.4.3.2 Masse thermique latente
Comme précisé précédemment, l’utilisation des MCP présente plusieurs avantages par rapport aux systèmes de stockage de chaleur sensible, à savoir le stockage d’énergie sur une plage de température réduite et centrée autour de la température de fusion, la réduction du volume de stockage ou, à volume égal, l’augmentation de la capacité de stockage.
Dans un premier temps, de nombreux auteurs tels que Telkes (1978), Farouk et Guceri (1981), Knowles (1983) ont développé des modèles numériques permettant de montrer l’avantage de l’utilisation de MPC dans les murs solaires, et de cibler les propriétés des MCP adéquats (capacité latente, volume, et plage de température de changement de phase).
Bourdeau et al. (1980) ont réalisé une étude numérique afin de comparer des murs Trombe contenant un MCP (épaisseur 3,5cm) ou en béton plein (épaisseur 15 cm). Cette étude a démontré un certain avantage à utiliser la chaleur latente qui permet une restitution d’énergie vers l’intérieur mieux répartie dans le temps. Par la suite, ils ont comparé expérimentalement un mur trombe à eau (chaleur sensible) et un mur trombe à chliarolite (MCP). Le premier constat est une forte atténuation de l’amplitude des températures aux différents points de mesure (en paroi et dans la masse thermique). De plus, la capacité de stockage est doublée pour le mur latent par rapport au mur sensible. En effet, dans le cas du mur latent la température de la paroi captatrice s’élève moins rapidement, restant proche de la température de fusion du MCP. Cela induit des gradients de température entre la paroi du mur et l’environnement extérieur moins importants, et donc des déperditions thermiques plus faibles.
Bernard et al. (1985) ont comparé durant trois ans trois murs Trombe : le premier constitué d’une épaisseur de 40 cm de béton, le second de 8 cm d’une paraffine lourde, et le troisième d’une paraffine légère. La restitution était plus efficace, et les pertes moins importantes, dans le cas des matériaux à changement de phase, car l’épaisseur est plus faible.
En 2009, Khalifa et Abas (2009) ont mené une étude numérique comparative de 3 murs solaires : le premier constitué d’une épaisseur de 20 cm de béton, le second d’une épaisseur de 5 cm de paraffine, et le troisième d’une épaisseur de 8 cm de sel hydraté. Les simulations ont été réalisées pour le climat Irakien. Avec le sel hydraté, les températures intérieures étaient maintenues entre 18 et 22°C, dans les 2 autres cas entre 15 et 25 °C. Soit un facteur de décroissance de 40%. Younsi (2008) a étudié un mur solaire composite intégrant un MCP et fonctionnant en convection naturelle. Il a démontré que l’utilisation du MCP permet d’obtenir un déphasage plus important entre les périodes d’apports solaires et les périodes de restitution de chaleur à l’intérieur de l’habitat. Cependant, l’auteur a aussi mis en évidence la difficulté de décharger le MCP et préconise une décharge en convection forcée afin d’augmenter le coefficient de convection. Zalewski et al. (2012) ont étudié le même mur solaire. Ils ont comparé les décalages temporels observés lors des phases de décharge de chaleur entre un mur constitué de 2,5 cm de sel hydratés macro-encapsulés dans des briques, et un mur de 15 cm d’épaisseur en béton. Le temps