ENERGIE SOLAIRE
Install Magazine 970 – mai 2020

Exploiter le potentiel thermique des façades

Dans le cadre de la transition énergétique, les « façades thermiques » peuvent apporter une contribution. Cet aspect a jusqu’à présent plutôt été négligé. Sous la direction du Fraunhofer Institut ISE (étude sur l’énergie solaire), un groupe de recherche a, au sein du projet ArKol, développé deux nouveaux types de capteurs solaires thermiques, qui peuvent être intégrés de manière architecturale dans la façade. Il s’agit d’une part d’un capteur de type ruban et d’autre part un store panneau-solaire.

Le projet ArKol, qui avait pour but de développer de manière architecturale des capteurs de façade intégrés avec des caloducs, a été terminé en février 2020. Le Fraunhofer ISE a travaillé à ce projet, en collaboration avec les sociétés DAW SE et Priedemann Façade-Lab, ainsi qu’avec l’Institut Borderstep pour l’Innovation et la Durabilité, le centre de compétences Ausbau und Fassade, et l’institut de technique de bâtiment de l’université de Stuttgart.

« Le but du projet consistait à utiliser le potentiel des surfaces de façade pour la production de chaleur. Dans le même temps, nous désirions conférer aux architectes plus de liberté de conception. Jusqu’à présent, le fait que les utilisateurs potentiels avaient des objections par rapport à l’esthétique des capteurs constituait un obstacle majeur. La planification se devait enfin d’être simplifiée, avec un montage et une installations plus rapides », ajoute Dr.-ing Michael Hermann, coordinateur des processus d’innovation pour les systèmes thermiques et la technique du bâtiment au Fraunhofer ISE.

Les façades possèdent un certain nombre d’avantages par rapport aux panneaux solaires classiques disposés en toiture. Le modèle d’ensoleillement pour l’appoint en chauffage correspond mieux aux besoins énergétiques réels : en hiver, lorsque le soleil est bas, l’angle du rayonnement solaire est plus favorable dans le cas d’une façade que pour une toiture. Le rendement est donc plus élevé. En été, par contre, lorsque les besoins thermiques sont moindres, et sont en fait limités à l’eau chaude sanitaire, la façade affiche un ensoleillement inférieur à celui de la toiture. Il y a donc moins de chaleur excédentaire, ce qui réduit dans le même temps la charge thermique du matériau et du vecteur de chaleur, ce qui à son tour permet d’allonger la durée de vie. Dans des zones urbanisées avec un bâti dense, on dispose par ailleurs de plus de surface de façade que de surface de toiture. La toiture est de plus souvent occupée par des cages d’ascenseur et d’autres installations techniques.

Pour une application efficace et pertinente sur le plan architectural, deux concepts de thermie solaire sur façades ont été développés : un pour les parties transparentes du bâtiment et un autre pour les parties opaques.

Un store panneau-solaire en tant élément de façade multifonctionnel

Jusqu’à présent, il n’était pas possible de produire de l’énergie solaire au moyen de parties opaques de l’enveloppe du bâtiment, sans réduire justement l’opacité de celles-ci. L’impulsion pour ce système fut la constatation qu’on trouvait la plupart du temps des stores dans les façades à double vitrage des immeubles, plus précisément entre les deux panneaux de verre. Dans cet espace intermédiaire, la température peut, grâce au rayonnement solaire, grimper jusqu’à 100°C. Un store panneau-solaire permet d’évacuer cette chaleur comme un panneau solaire thermique, tout en bénéficiant de la même mobilité et fonctionnalité qu’un pare-soleil lamellaire. Le cas échant, il est possible de fermer complètement le store panneau-solaire ou de l’ouvrir totalement. Dans la mesure où la chaleur est évacuée, la charge frigorifique diminue en été, ce qui permet d’économiser de l’énergie supplémentaire.

Les caloducs sont à cet effet intégrés dans les lamelles. Les lamelles font office d’absorbeurs, dont la chaleur est transmise à un collecteur latéral via un raccordement thermique ‘sec’. Tout cela se passe donc sans fluide caloporteur. Grâce à ce concept de transfert de chaleur, il est tout à fait possible de continuer à utiliser les lamelles comme un store classique : Si on veut les déplacer, il suffit de détacher le raccordement. Ce store est avant tout destiné à un montage dans des doubles façades, parce que celles-ci conservent une protection contre les intempéries grâce à la façade extérieure en verre. « Le store panneau-solaire représente un élément multifonctionnel qui, d’un côté, fait office de pare-soleil, et de l’autre, assure un climat agréable. De plus, la consommation d’énergie pour le chauffage et l’ECS se révèle moindre », explique Simon Häringer, leader de projet.

Capteur ‘ruban’ – rendement élevé et flexibilité de conception

Dans le cadre du projet, on a également développé un capteur de type ruban. Comparativement aux panneaux solaires traditionnels, ce dernier offre plus de flexibilité en matière de taille, de coloris, d’entraxe, de nombre d’éléments et de placement ; il en résulte un plus grand nombre de possibilités sur le plan esthétique et architectural. La construction du capteur sous forme de ruban autorise des exécutions de différentes longueurs ainsi qu’un positionnement libre sur les fondations. Les surfaces entre les capteurs ruban peuvent dès lors être achevées à l’aide de technique de revêtement de façade traditionnelles. La chaleur est générée par l’ensoleillement sur l’absorbeur qui est équipé d’une couche à sélection spectrale. Cette chaleur est alors évacuée par les caloducs vers le flanc et transférée ‘à sec’ sur un collecteur. Dans la mesure où seul cette dernière est parcourue par un fluide caloporteur, les capteurs de type ruban n’ont même pas besoin de raccordement hydraulique. Les capteurs sont pendus dans la structure portante d’une façade avant ventilée, à l’aide de crochets de fixation usuels. Ce concept peut être appliqué tant en rénovation qu’en construction neuve.

« Cette solution plug & play facilite la coordination sur chantier entre les différentes spécialités. On sait ainsi clairement qui est responsable de l’installation et de la garantie. Étant donné que l’installation hydraulique est simple, il y a également moins de complications pour les façadiers, les plâtriers et les peintres », explique Katharina Morawietz, qui a dirigé le sous-projet. Les avantages en termes de montage et de possibilités esthétiques sont clairement apparus lors de la réalisation d’une façade de démonstration chez DAW.

Collaboration interdisciplinaire

Les concepts de capteurs qui ont été présentés par le Fraunhofer ISE, ne purent être transposés en une forme utilisable dans la pratique que grâce à la collaboration de diverses parties. Le know-how et l’expérience en provenance des secteurs de l’énergie solaire et du bâtiment – de la construction de façade au développement de composants jusqu’au montage et à l’installation par des professionnels- devaient pour ce faire être réunis. Outre la coordination générale, le Fraunhofer ISE apporta également sa contribution en matière de conception et de développement des caloducs, du dimensionnement thermo-solaire, de la réalisation pratique du projet de démonstration et de la prise de mesures. Les capteurs ruban de la façade témoin ont été conçus par Wagner Solar.

Le projet a été soutenu par le ministère allemand de l’économie et de l’énergie (BMWi).

Source: Fraunhofer ISE

Photos: Fraunhofer ISE