Les apports internes et externes
La gestion du confort d’été et du confort d’hiver confort d’hiver dépend principalement de la température et de l’humidité dans le bâtiment. Ces paramètres résultent d’échange de flux de chaleurs internes et externes au bâtiment. Lorsque qu’un local perd de la chaleur vers l’extérieur ces flux sont des déperditions. Au contraire les gains de chaleurs par l’intérieur et l’extérieur sont des apports. Il existe deux types d’apports :
- Les apport internes, liés aux besoins de l’activité humaine dans le bâtiment (chauffage, éclairage, électroménager, etc…).
- Les apports externes liés au climat et à l’environnement du site de construction (Température et humidité de l’air extérieure, altitude, urbanisation de la zone).
Comment peut-on tirer parti des biens fait et des aléas de ces apports.
Les apports Internes
Les apports internes sont majoritairement liés au chauffage du bâtiment en saison de chauffe, cependant il ne faut pas négliger les apports liés à l’activité humaine et à l’éclairage des locaux.
L’Homme de par sa présence apporte de la chaleur : environ 120 W en hiver. Cela a pour conséquence de diminuer les besoins en chauffage en saison de chauffe. En été, la présence de l’Homme va faire augmenter les besoins en refroidissement.
Les besoins en éclairages vont avoir le même impact selon les saisons. Toute l’énergie permettant d’éclairer une pièce est dissipée sous forme de chaleur. Généralement l’éclairage apporte 12 à 14W/m².
Les apports internes concernent aussi toutes installations électriques utilisées dans le bâtiment. Dans un logement on pourra citer l’utilisation d’un four ou de plaques de cuisson, la machine à laver, la télévision, les systèmes de réfrigération, les pertes sur eau chaude sanitaire. Pour les bureaux et le secteur tertiaire il faudra prendre en compte la bureautique (pc, imprimante, rétroprojecteur) et toute installations susceptibles de dégager de la chaleur.
Ces apports n’étant pas permanant dans les locaux, il est important lors d’un calcul thermique de définir des scenarios d’occupations. Ces scenarios sont établis en fonction du temps, du taux d’occupation et de l’utilisation des locaux.
Apports externes
Les flux de chaleurs provenant de l’extérieur d’un bâtiment vont jouer un rôle majeur dans la gestion du confort d’été et d’hiver. C’est pourquoi lors de la phase d’étude d’un projet, il est essentiel de s’adapter à la zone climatique du site. La France possède un climat tempéré, les températures n’y sont pas extrêmes. Néanmoins la répartition des apports solaires sont variables sur l’ensemble du territoire. En se référent à la carte ci-dessous, on apprend que Brest reçoit de 1220 à 1350 kWh/m²/an d’énergie due au rayonnement solaire, tandis qu’une ville comme Nice recevra plus de 1760 kWh/m²/an.
Le rayonnement solaire joue ainsi un rôle important dans la gestion du confort dans le bâtiment. En hiver il va permettre de chauffer le logement, il faudra ainsi le capter au maximum. Tandis qu’en été il est important d’éviter au mieux l’apport de cette énergie solaire, elle sera excédentaire compte tenu des températures extérieures élevées.
Dans un bâtiment le rayonnement solaire pénètre par les parois et par les vitrages. C’est pourquoi pour optimiser les apports en hiver, il faut exposer le maximum de surface vitrées au sud, cela permet de réduire les consommations en chauffage de 5 à 10%. En été une telle disposition sera un inconvénient, il sera utile d’employer des protections et des masques solaires.
Dans la suite nous allons discuter de l’influence des vitrages, des protections et masques solaires sur les apports externes.
L’influence des vitrages
Le verre est connu pour être un très bon conducteur thermique et a pour avantage de transmettre une bonne partie du rayonnement solaire. Ainsi un simple vitrage ne sera pas performant tant la conduction thermique est importante. Pour conserver la propriété de transmission de ce matériau, le double vitrage a été mis au point. Un double vitrage c’est deux lames de verre entre lesquelles se trouve une lame d’air. L’air étant un très mauvais conducteur thermique, cela en fait un très bon isolant.
Aujourd’hui pour améliorer le rendement des doubles vitrages on peut remplacer l’air par un gaz noble très peu conducteur : l’Argon.
Il existe aussi des vitres triples vitrage, permettant toujours de transmettre le rayonnement solaire tout en conservant une excellente isolation des transferts par conduction.
Les masques et protections solaires
En été la transmission des apports solaires est problématique lorsqu’il faut refroidir le bâtiment, c’est pourquoi il est utile de mettre en place des protections et des masques solaires.
Le soleil étant plus haut dans le ciel en été qu’en hiver, il est possible de concevoir des bâtiments de manière à laisser le rayonnement solaire atteindre les vitrages en hiver, et le bloquer en été. Le masque solaire le plus courante est l’utilisation de « casquettes » solaires. Ces « casquettes » peuvent être formées par un débordement de toiture, des fenêtres encastrées dans les parois ou un rebord placé au-dessus des fenêtres.
Il est aussi possible d’utiliser des protections solaires sur les vitrages. En y appliquant un revêtement spécifique cela permet de limiter les surchauffes sans négliger le confort visuel sur l’extérieur ni l’éclairage intérieur.
