Zone d’ombre et climat!

Dr Benedikt Vogel /

Les grandes fenêtres apportent lumière et chaleur dans les logements et les bureaux. Le soleil n’est pourtant pas toujours apprécié, par exemple l’hiver, quand il est bas et que son éclat est désagréable. Dans ce cas, on baisse volontiers les stores à lamelles, à enroulement ou autres pour se protéger. Ils tiennent le soleil hivernal à distance mais réduisent également l’apport de chaleur dans le bâtiment. Une étude réalisée sur Mandat de l’Office fédéral de l’énergie (OFEN) a désormais quantifié ce dernier effet. Les chercheurs recommandent de faire plus attention à la protection solaire dans le calcul des besoins en chaleur de chauffage.

Les grandes fenêtres sont appréciées. Elles créent des pièces lumineuses et apportent en quelque sorte le jardin et l’environnement naturel dans le logement. Les grandes fenêtres présentent également des avantages énergétiques. Elles permettent, notamment en hiver et pendant la période transitoire, d’utiliser la chaleur du soleil. Il n’est dont pas surprenant que la part de surfaces vitrées ait tendance à augmenter dans les bâtiments. Jusque dans les années 1960, les vitrages représentaient entre 15 et 20 % de la surface en façade, cette part atteint de nos jours 40 à 60 % dans les bâtiments de bureaux et d’habitation modernes et parfois même plus encore. Dans leurs conceptions de bâtiments, les architectes de maisons dites «passives» s’efforcent de maximiser les apports solaires.
L’apport de chaleur solaire est un facteur important de la planification d’un bâtiment. Il réduit les besoins en chaleur qui devront être couverts par le chauffage pour assurer une température confortable dans les pièces à tout moment. Selon la norme de planification en vigueur (norme SIA 380/1), les physiciens de construction et les planificateurs de technique de bâtiment ne tiennent pas compte uniquement de la taille des surfaces vitrées. Dans leurs calculs des besoins en chaleur de chauffage, ils considèrent également les obstacles qui réduisent le rayonnement solaire comme un bâtiment voisin ou des balcons en saillie. «Aujourd’hui, le calcul des besoins en chaleur pour le chauffage tient compte uniquement des éléments d’ombrage fixes et n’inclut pas des volets roulants, stores à lamelles, stores de protection (auvent) ou volets à battants qui réduisent également l’apport de chaleur solaire», affirme Martin Ménard, ingénieur en mécanique diplômé de l’ETH SIA et partenaire de la société de conseil en bâtiment Lemon Consult AG (Zurich).

La protection solaire augmente les besoins en chaleur pour le chauffage
Depuis 2016, une équipe de chercheurs de Lemon Consult ont mené un projet qui a servi à quantifier dans quelle mesure les systèmes de protection solaire réduisent l’apport de chaleur dans les bâtiments commerciaux et d’habitation pour finalement augmenter les besoins en énergie de chauffage. L’étude a été subventionnée par l’Office fédéral de l’énergie dans le cadre de son programme de recherche «Bâtiments et villes».
Mais comment est-il possible de déterminer l’influence des systèmes de protection solaire sur l’apport en chaleur? L’installation de dispositifs de mesure sophistiqués sur la face intérieure et extérieure d’une fenêtre visant à quantifier l’influence de la protection solaire sur l’apport de chaleur dans le bâtiment serait envisageable.
Les chercheurs de Lemon Consult ont choisi une autre méthode: le point de départ de leur étude est la méthode de calcul prescrite par la norme SIA 380/1 avec laquelle les planificateurs déterminent aujourd’hui par défaut les besoins en chaleur de chauffage des bâtiments. Les chercheurs ont alors souhaité savoir comment corriger les besoins en chaleur pour le chauffage ainsi calculés lorsque l’ombrage des dispositifs de protection solaire est pris en compte. Ou plus simplement: en fermant les volets roulants de quatre fenêtres sur une façade qui en comprend dix, on réduit l’apport de chaleur de 40 %, de 100 à 60 %. Par conséquent, l’apport en chaleur doit être corrigé d’un facteur d’ombre de 0,6 vers le bas. L’apport de chaleur peut ensuite être pris en compte dans le calcul des besoins en chaleur de chauffage. La prise en compte de l’ombrage provoqué par la protection solaire a pour conséquence que les besoins en chaleur pour le chauffage sont plus élevés qu’avec la méthode de calcul actuelle qui n’en tient pas compte.

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