Limiter les apports solaires [Fenêtres]

Dans les bâtiments tertiaires avec apports internes élevés, il faut limiter les surfaces vitrées au Sud et surtout à l’Ouest, et prendre la lumière naturelle au Nord (dans la limite des possibilités urbanistiques).

Un vitrage est un élément de l’enveloppe dont le bilan thermique est particulier. Ainsi, durant la saison de chauffe :

• Il perd constamment de la chaleur par transmission vers l’extérieur plus froid.
• Il gagne de la chaleur, pendant les heures d’ensoleillement, par le rayonnement solaire qui le traverse.

Dans un bâtiment domestique, le bilan d’un double vitrage Sud (établi sur la saison de chauffe) est positif : il reçoit plus de chaleur solaire qu’il ne perd de chaleur par transmission. C’est ce bilan qui est à la base de la conception “solaire passive” des habitations : développer des surfaces de captation au Sud va permettre de diminuer la consommation de chauffage.

Mais il y a une limite à ce gain : si la surface vitrée est trop importante, toute l’énergie incidente ne sera plus “utile”. En mi-saison, et parfois même en hiver, le bâtiment sera “saturé” de chaleur et l’apport supplémentaire ne sera pas valorisé. Une serre annexée à l’habitat, dont on voudrait maintenir la température intérieure, est un exemple poussé à l’extrême de cet excès de surface solaire : les pertes de chaleur sont très élevées par temps froid et la température devient rapidement excédentaire en période d’ensoleillement.

Dans les immeubles de bureaux actuels, le bilan sur la saison de chauffe est toujours négatif : plus la surface vitrée est importante, et plus la consommation de chauffage est élevée en hiver. Et ceci quelle que soit l’orientation. En fait, la demande de chaleur du bureau est faible, car il est rapidement “saturé” de chaleur par les charges internes. Et lorsque le rayonnement solaire se produit, il ne contribue pas à diminuer la puissance de chauffage qui est nulle à ce moment, mais apporte un état de surchauffe.

De plus, si l’on regarde le bilan annuel, l’augmentation de la surface vitrée ne peut que générer un supplément de consommation en été. Toute augmentation de la surface vitrée entraîne donc une augmentation de la consommation globale du bâtiment.

On en conclut que si l’immeuble de bureaux prévu est fortement équipé en bureautique, il est raisonnable de se fermer au Sud et à l’Ouest pour s’ouvrir au Nord. On ne garde alors de la composante solaire que la fonction d’éclairage naturel des espaces. A fortiori, si la structure est de faible inertie thermique.

Ordre de grandeur

Pour fixer un ordre de grandeur, voici un extrait de la future réglementation thermique française relative à la protection contre l’ensoleillement des bâtiments climatisés autres que les habitations.

Le principe de cette réglementation est de compenser des surfaces de vitrage trop importantes par une protection solaire plus sévère et vice-versa.

Ainsi,

• S_{baies vert} et S_{baies hor} = surface des baies verticales dans toutes les orientations à l’exception du nord et surface des baies horizontales.
• FS_{baies vert} et FS_{baies hor}= facteur solaire des baies verticales et horizontales.
• F_ma = coefficient de masque architectural (= 1 si pas de masque (valeur par défaut), = 0,75 si débord de toit ou auvent orienté du SE au SO de plus de 0,25 x hauteur baie, = 0,7 si auvent orienté du SE au SO de plus de 0,5 x hauteur de baie).
• S_façades et S_toit = surface des façades dans toutes les orientations à l’exception du nord et surface de toiture.