etude et conception du bâtiment, compte tenu des

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© BFE/2003 1 1 Introduction: de quoi s’agit-il? 2 Objectifs de la formation 3 Eléments proposés pour le plan des leçons 4 Connaissances de base • Construire avec le climat, références traditionnelles • Confort • Lumière du jour • Protection du bâtiment • Conception sectorielle • Solaire passif 5 Exercices et solutions proposées 6 Bibliographie 7 Sources 8 Modèles Joseph Simon et Philippe Ebiner Etude et conception du bâtiment, compte tenu des impératifs en matière d’énergie L’énergie dans l’enseignement professionnel Modules pour les professions de la construction: Module 2

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© BFE/20031

1 Introduction: de quoi s’agit-il?

2 Objectifs de la formation

3 Eléments proposés pour le plan des leçons

4 Connaissances de base

• Construire avec le climat, références traditionnelles

• Confort

• Lumière du jour

• Protection du bâtiment

• Conception sectorielle

• Solaire passif

5 Exercices et solutions proposées

6 Bibliographie

7 Sources

8 Modèles

Joseph Simon et Philippe Ebiner

Etude et conception du bâtiment, compte tenu desimpératifs en matière d’énergieL’énergie dans l’enseignement professionnelModules pour les professions de la construction: Module 2

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Introduction: de quoi s’agit-il ?

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Etude et conception du bâtiment, compte tenu des impératifs en matière d’énergie

1 Introduction: de quoi s’agit-il ?

Ce cours décrit une approche de la construction quidépend étroitement du site et de son environnement,du climat et bien sûr du soleil.

De tous temps, l'architecture régionale ou vernacu-laire a reflété un lien étroit avec les fluctuations cli-matiques, journalières et saisonnières.Si la construction d'aujourd'hui se caractérise parune grande importance accordée à la technologie,elle ne doit, en aucun cas, ignorer l'exploitation desphénomènes climatiques et des autres phénomènesnaturels pour la satisfaction de nos exigences deconfort.

Une habitation bien adaptée au site et au climatsimplifie la vie au lieu de la compliquer. En effet, lesconstructions passives sont simples de conception etd'emploi: elles comportent peu d'installations et n'exigent que peu d'entretien. De plus, elles engen-drent moins de pollution car elles consommentmoins d'énergie. Etant donné que c'est la construc-tion elle-même et ses éléments constitutifs qui com-posent l'installation solaire passive, il importe deprendre en compte les données climatiques et solai-res dès le début de la conception, puis à chaqueétape de la progression du projet.

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Objectifs de la formation

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Etude et conception du bâtiment, compte tenu des impératifs en matière d’énergie

Ce cours a pour objectif de sensibiliser les apprentisdes métiers de la construction à la conception d'unbâtiment ou partie de bâtiment compte tenu desimpératifs en matière d'énergie.Il évoque et explique par des croquis simples, lesdifférents paramètres entrants dans la réflexion d'unprojet de construction.

L'apprentie, l’apparenti …– sait décrire l'effet de la topographie, de l'orienta-

tion et de la forme du bâtiment sur sa consomma-tion d'énergie.

– peut expliquer le fonctionnement de systèmessolaires passifs simples.

– est capable de présenter les rapports les plusimportants entre l'utilisation de la lumière du jouret la consommation d'énergie.

– sait citer les éléments qui vont influencer le confort thermique positivement ou négativement.

2 Objectifs de la formation

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Eléments proposés pour le plan des leçons

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Etude et conception du bâtiment, compte tenu des impératifs en matière d’énergie

3 Eléments proposéspour le plan desleçons

Toutes les annexes (chapitre 8) sont destinées auxélèves soit par photocopies, soit par l'intermédiairedu rétroprojecteur (ou les deux). Le maître connaît les normes et recommandationsSIA relatives au sujet traité, principalement la normeSIA 380/1 «L'énergie thermique dans le bâtiment»Il connaît également les lois et ordonnances fédéra-les et cantonales concernées sur l'énergie.

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Connaissances de base

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Etude et conception du bâtiment, compte tenu des impératifs en matière d’énergie

4 Connaissances de base

4.1 Construire avec le climat,références traditionnelles

En milieu rural et en absence de chauffage efficace,les bâtisseurs ont toujours su, intuitivement trouver laréponse aux phénomènes naturels (froid, chaud,pluie, vent etc.):– Recherche de forme de bâtiment la plus adaptée

au site, au mouvement du sol, aux vents domi-nants, afin de limiter au mieux les déperditionsthermiques.

– Constitution de zones tampons en utilisant lagrange ou l'écurie que l'on intercale entre l'habi-tat situé au sud et l'extérieur (principalement aunord).

– Disposition au sud, des locaux destinés au séjourpermanent des personnes.

– Construction de murs, qui par leurs masses etleurs inerties, protègent l'habitat des variationsde température.

Fig. 1

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Connaissances de base

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Etude et conception du bâtiment, compte tenu des impératifs en matière d’énergie

4.2 Confort (satisfaction des habitants)

de l'habillement de l'occupant et d'autre part de latempérature moyenne de l'air, de celle des paroisdu local et de la vitesse de l'air; elle correspond àla température effectivement ressentie.

Le graphique ci-dessous à gauche (basé sur les étu-des de P.-O. Fanger) indique approximativement latempérature de l'air idéale pour l'habitant en tenantcompte de son activité et de son habillement et pourune vitesse de l'air de 0,1 m/s et une humidité rela-tive normale de 35 à 65 % env.Les parties ombrées donnent l’écart acceptableautour de la température idéale.

Fig. 2

De plus, en présence de parois extérieures non oupeu isolées, on ressent un effet de froid en s'appro-chant de ces parois bien que la température soit àpeu près la même dans toute la pièce.

Par contre, on ne ressens pas ce déséquilibre ther-mique à proximité d'une parois correctement isolée.

Un des buts essentiel de toute construction d'habita-tion est de créer un environnement intérieur sain etconfortable, tout en limitant les flux d'énergies.Chaque personne a des besoins particuliers et res-sent à sa façon les données et les contraintes de sonenvironnement. Ces données varient en fonction duclimat, des saisons, du mode de vie, de l'habille-ment de l'habitant, de son état de santé etc. Bienque cette notion de confort soit subjective, nouspouvons néanmoins appliquer quelques consignessimples en tenant compte des paramètres suivants:

Conditions thermiquesLa sensation de confort provient du maintien de not-re équilibre thermique. Cette sensation ressentiedépend d'une part, du métabolisme, de l'activité et

Le met correspond à une puissance de58 W dissipée par m2 de surface ducorps.

Le clo correspond à une résistancethermique du vêtement de 0,155 m2K/W.

Fig. 3

Fig. 6

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Connaissances de base

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Etude et conception du bâtiment, compte tenu des impératifs en matière d’énergie

Qualité et renouvellement de l'airUn air de qualité contient très peu d’impuretés enquantité gênantes ou dangereuses pour les occu-pants. Ces polluants plus ou moins importants telsque le CO2, le radon, les odeurs diverses, lesfumées de tabac etc. ainsi que l'augmentation dutaux d'humidité due aux appareils électroménagerset sanitaires ainsi qu'à la transpiration des habi-tants, ne peuvent être supprimées; il est donc indi-spensable de renouveler l'air ainsi humide et pollué.Ce renouvellement est fonction des besoins en airfrais par personne et celui du volume du local. Onpeut compter approximativement sur un renouvelle-ment de 12 à 15 m3 d'air par personne et par heu-re pour un cas normal et de 30 à 70 m3 par heurepour un fumeur. En hiver, l'air chaud éliminé est remplacé par del'air froid qu'il faut chauffer. Il est donc nécessairede limiter ce renouvellement d'air en aérant pen-dant de courtes périodes juste après l'émission dessources de pollution (cuisine, fumeurs etc.). Cela évi-tera également de refroidir les masses thermiquesdu local (murs, sol, plafond). Une bonne dispositiondes ouvertures (en diagonale et du nord au sud)accélère ce renouvellement.

Il est à noter que l'air en mouvement active et facili-te l'évaporation de la sueur tout en procurant unesensation de fraîcheur. (Effet du ventilateur pour serafraîchir)Une installation d'aération contrôlée améliore leconfort tout en réduisant les frais de chauffage. Eneffet, provenant des locaux humides «6» (bain,

Fig. 4

Fig. 5

1 récupérateur de chaleur2 filtre3 ventilateur4 air neuf5 air vicié6 locaux humides7 locaux occupés

WC, cuisine) l'air passe par un échangeur «1» quiprélève la chaleur de cet air vicié chaud et qui,transféré à de l'air frais extérieur «4» (filtré «2» etéventuellement réchauffé) est redistribué (à l'aided'un ventilateur «3») dans les différents locaux habi-tables «7». L'air vicié et refroidit est quand à luiévacué à l'extérieur du bâtiment «5».

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Connaissances de base

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Etude et conception du bâtiment, compte tenu des impératifs en matière d’énergie

Confort acoustiqueLe niveau sonore des bruits aériens extérieurs estfortement diminué si l'enveloppe du bâtiment est deconstruction lourde et étanche comme l'est engénéral une construction énergétiquement bienconçue.

Confort biologiqueElément important de notre confort, l'étude de laGéobiologie nous met en garde contre les influen-ces négatives émises par les rayons telluriques et leréseau «Hartmann».

Nous devons attacher non seulement une grandeimportance à l'emplacement d'une construction,mais aussi à sa conception et à la nature et qualitédes matériaux utilisés.(Certains produits tels que lesmatériaux synthétiques se chargent de plus en plusen électricité statique.)

Fig. 7

Fig. 8

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Connaissances de base

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Etude et conception du bâtiment, compte tenu des impératifs en matière d’énergie

Confort visuelAfin d'assurer le confort visuel, trois notions doiventêtre maîtrisées simultanément:

L'éclairement est la quantité de lumière reçue parune surface, il doit correspondre à l'affectation dulocal, il se mesure en lux. Afin de tenir compte desaspects architecturaux, l'éclairement d'un local estdéfini par le facteur de lumière du jour (FLJ) en % del'éclairement à l'extérieur.

Le contraste entre les différentes surfaces d'un localdoit être modéré. Il est défini par un rapport deluminance exprimé en candelas par m2. Les con-trastes admissibles sont de 1:3 dans le plan de tra-vail, 1:10 dans le champ visuel et 1:50 dans lereste du local.

Le rendu des couleurs doit être perçu le plus prochepossible du cas idéal (Index 100), soit le rendu d'u-ne surface exposée à la lumière naturelle à l'ex-térieur dans un contexte neutre avec contrastemodérés.La lumière artificielle, les verres teintés et les paroisde couleur intense modifient ce rendu. Un éclaire-ment maximal est souvent recherché. Il ne faut pasoublier qu'un éclairement plus faible peut diminuerles contrastes et conduire à un meilleur confort visu-el.

Fig. 9

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Connaissances de base

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Etude et conception du bâtiment, compte tenu des impératifs en matière d’énergie

4.3 Lumière du jour La lumière du jour est nécessaire à la santé del'homme. Son utilisation judicieuse permet de rédui-re la consommation d'énergie électrique nécessaireà l'éclairage artificiel.

Facteurs d'influenceCertains facteurs influençant l'éclairement d'un localne sont pas maîtrisables, la nature nous les impose.D'autres facteurs peuvent être maîtrisés par le con-cepteur d'un ouvrage, mais ils devront toujours êtrecomparés aux facteurs thermiques qui sont souventcontradictoires.

a. Facteurs non maîtrisablesLa durée du jour dépend de la saison et de la latitu-de. En Suisse, (47° de latitude nord) elle varie de 9heures le 21 décembre à 15 heures le 21 juin.Dans le fond des vallées, cette durée peut êtreréduite sensiblement.

La couverture nuageuse peut varier considérable-ment au cours d'une journée:– Soleil direct: 100’000 lux– Couverture nuageuse uniforme: 10’000 lux– Couverture nuageuse épaisse: 3’500 lux

b. Facteurs rarement maîtrisablesLes caches (montagnes, habitations voisines, arbres,etc.) portent de l'ombre sur les ouvertures et diminu-ent la surface de ciel clair. Par la disposition de sesvolumes, l'urbaniste peut réduire dans une largemesure la gêne de ces obstructions. Lors de l'im-plantation d'une construction sur un terrain, le con-cepteur peut corriger légèrement l'importance descaches, lors de la plantation d'arbres, il tiendracompte de l'ampleur future de la végétation.La construction ultérieure d'un bâtiment voisin peutmodifier la situation actuelle.

La texture et les teintes des bâtiments voisinsdevront, quand elles sont contrôlées par le concep-teur, être claires et réfléchissantes.

c. Facteurs maîtrisables lors de la conceptionLa profondeur des locaux devra être limitée; lesfigures ci-dessous montrent qu'au-delà de 3m de lafenêtre, le FLJ est en dessous du seuil acceptablepour le travail (5%).

Fig. 10

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Connaissances de base

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Etude et conception du bâtiment, compte tenu des impératifs en matière d’énergie

Les dispositions des ouvertures suivantes influencentfavorablement l'éclairage naturel du local :– Grandes dimensions– Multiplication des ouvertures– Position haute– Eclairage zénithal (très efficace)– Disposition sur deux faces opposées

Les dispositifs de protection solaire diminuent forte-ment la lumière du jour. Voir sur la figure ci-contre,l'effet d'un avant-toit ou d'une dalle de balcon.

Fig. 11

Fig. 12

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Connaissances de base

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Etude et conception du bâtiment, compte tenu des impératifs en matière d’énergie

Les stores à lamelles permettent un excellent réglagede la lumière solaire, les rayons directs sont stoppéset le dessus des lamelles réfléchit la lumière au fonddu local. Attention aux rideaux!

La transmission lumineuse des vitrages devra êtreaussi élevée que possible. Elle peut varier de 80 %pour un verre simple à 20 % pour un verre réfléchis-sant.

Les surfaces intérieures de teinte claire et réfléchis-santes améliorent la diffusion de la lumière au fonddu local.

Contradictions lumière – chaleurEn parcourant les facteurs d'influences maîtrisables,on se rend compte que les exigences pour la lumiè-re naturelle sont souvent contradictoires aux exigen-ces thermiques. Par exemple :– Une saillie au sud et des stores extérieurs sont

nécessaires pour éviter la surchauffe. Ces deuxéléments diminuent fortement le FLJ et peuventrendre nécessaire l'éclairage artificiel en pleinejournée l'été. Par ailleurs l'éclairage participe àla surchauffe.

– En multipliant les couches de verre et les couchessélectives, on améliore sensiblement la valeur Kd'un vitrage, mais on diminue le facteur de trans-mission lumineuse.

– Plus les fenêtres sont grandes, plus l'éclairagenaturel du local est important; d'autant plusimportantes sont aussi les déperditions de chaleurmais également les gains solaires, attention aux

Fig. 13

Fig. 14

pertes thermiques en hiver et aux surchauffes auxautres saisons.

– Plus les fenêtres sont petites, plus les déperditionssont faibles, mais plus les frais d'éclairage artifi-ciel sont élevés.

En privilégiant certaines exigences, on ne doit pasagir au détriment des critères d'économie d'éner-gie, sans quoi le bilan global énergétique risqued'être défavorable.Le travail du concepteur consiste à trouver le meil-leur compromis possible entre confort visuel, thermi-que et économie d'énergie, ceci en privilégiant lescritères correspondant aux besoins des futurs utilisa-teurs.

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Connaissances de base

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Etude et conception du bâtiment, compte tenu des impératifs en matière d’énergie

Apports de la techniqueUne étude soignée de l'apport de lumière du joursuppose une bonne complémentarité entre éclaira-ge naturel et artificiel. Ceci peut être obtenu par ladivision des espaces en zones contrôlées séparé-ment selon les besoins et par un réglage progressifautomatique à l'aide de sondes photoélectriques.

Des systèmes techniques de miroirs appelés «dévia-teurs anidoliques» permettent de dévier la lumièredu jour par réflexion au fond des locaux.

Des outils informatiques sophistiqués ou plus simplessont à disposition sur le marché pour simuler l'éclai-rage à l'intérieur des locaux, pour dimensionner leséléments de prise de lumière et optimiser le confortvisuel.

N'oublions jamais que conduire la lumière en archi-tecture est un art subtil que seuls peu d'architectesont su maîtriser.

Fig. 15

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Connaissances de base

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Etude et conception du bâtiment, compte tenu des impératifs en matière d’énergie

4.4 Protection du bâtiment Protection par l'environnementIl est beaucoup plus intéressant de construire en siteprotégé plutôt qu'en site exposé, en effet, les con-structions voisines protègent des vents dominantsqui ont une influence sur les infiltrations d'air dansle bâtiment et principalement dans les partiessupérieures de l'habitat. (plus on s'éloigne du sol etplus les vents sont importants).

Si une construction isolée bénéficie d'une certaineautonomie, elle oblige son propriétaire à utiliserune voiture (consommation d'énergie)pour sesdéplacements (magasin, école etc.).

En hiver, les habitations situées au sud, masquent lerayonnement solaire et font ombrage au bâtimentconcerné.

Protection par le terrainUn terrain en pente, direction sud, est un avantagepuisqu'il participe directement à la protection dubâtiment contre les vents froids dominants.

Fig. 16

Fig. 17

Fig. 18

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Connaissances de base

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Etude et conception du bâtiment, compte tenu des impératifs en matière d’énergie

Protection par la forme du bâtiment (Aérodyna-misme)Limiter la résistance aux vents froids et améliorer laventilation de la toiture en été pour éviter sasurchauffe.

Protection par la végétationDisposer des arbres à feuilles persistantes (conifè-res) au nord du bâtiment.Conséquences:– Protection contre les vents froids en hiver.– Ne diffusent pas d'ombre sur la façade.Disposer des arbres à feuilles caduques (feuillus) ausud (est et ouest) du bâtiment.Conséquences:– Protection solaire en été.– Ensoleillement total des façades en hiver.

Disposer également du lierre ou de la vigne (vierge)sur les façades exposées au soleil. Cette végétationperdra également ses feuilles en hiver pour permett-re au soleil de réchauffer les façades.

Fig. 20

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Connaissances de base

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Etude et conception du bâtiment, compte tenu des impératifs en matière d’énergie

Protection par les espaces tampons situés aunordIls sont partiellement ou totalement fermés. Ils sontpassifs et n'ont un rôle que de protection thermique.(bûcher, remise, garage, cellier, cave, sas d'entréeetc.).

Protection solaireLes protections solaires sont des compléments indi-spensables pour éviter les surchauffes en périodeestivale. Elles peuvent prendre des aspects forts dif-férents.

a. Avant-toitsDispositif fixe. La saillie doit tenir compte de laposition du soleil en été (protection contre lasurchauffe) et en hiver (ne pas empêcher le rayon-nement solaire de pénétrer dans l'habitat par lesvitrages). Pas de protection contre le rayonnementsolaire diffus.

Fig. 22

Fig. 21

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Connaissances de base

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Etude et conception du bâtiment, compte tenu des impératifs en matière d’énergie

b. Stores et brise-soleilUn réglage progressif des lamelles garanti une pro-tection optimale en été tout en laissant pénétrer lesoleil en hiver. Les stores intérieurs ne sont pas con-seillés. (voir module 4)

Fig. 23

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Connaissances de base

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Etude et conception du bâtiment, compte tenu des impératifs en matière d’énergie

4.5 Conception sectorielle Coefficient de forme (surface)Les pertes de chaleur par transmission sont propor-tionnelles à la surface et non au volume des bâti-ments. Or le volume croît plus vite que la surface.Plus le bâtiment est petit et plus les déperditions parunité de volume son importantes. (dans l'exemple ci-contre, les pertes par le sol ne sont pas prises encompte).

La démonstration se fait à l'aide de 8 cubes de boisd'environ 5 cm de côté.1 cube = 5 surfaces (en contact avec l'air extérieur)

= 1 volume2 cubes = 8 surfaces = 2 volumes4 cubes = 12 surfaces = 4 volumes8 cubes = 20 surfaces = 8 volumes

Isolons les 8 cubes = 8 volumes = 40 surfaces (aulieu de 20)Calculs faits par l’apprentie/l’apprenti selon figure25.

Formes défavorablesPlus le bâtiment est allongé ou découpé, plus lespertes par unité de volume sont importantes parrapport à un bâtiment cubique de forme carré.Les surfaces en contact avec l'air extérieur ainsi queles volumes sont à calculer par l’apprentie/l’appren-ti.

Fig. 24

Fig. 25

Fig. 26

Exemple 1 Exemple 2

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Connaissances de base

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Etude et conception du bâtiment, compte tenu des impératifs en matière d’énergie

On voit que l'on à intérêt à rechercher, pour unvolume habitable identique, des formes aussi com-pactes que possible. Il faut éviter en particulier lesdécrochés inutiles ou injustifiés.De plus, pour un même volume intérieur, une con-struction de forme compacte coûte moins cher puis-qu'elle nécessite moins de surfaces de façades.

Disposition des locauxLa disposition des pièces à l'intérieur du logementsera conçue en fonction de leur destination:Au nord: Cage d'escalier, wc, buanderie etc. (lachambre à coucher des parents est probablement lapièce habitée la moins occupée et par définition lamoins chauffée; elle peut donc faire fonction detampon).Au sud: Toutes les pièces de la maison qui sontoccupées régulièrement et chauffées.

Espaces tampons situés au sudIls sont vitrés (parois et toiture). Au-delà de leur rôlede régulateur thermique, ils contribuent positivementau chauffage de l'habitat en captant l'énergie solai-re. (serre, véranda, double peau etc.).Prévoir un store extérieur pour l'été et une possibilitéd’aération.

Fig. 27

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Connaissances de base

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Etude et conception du bâtiment, compte tenu des impératifs en matière d’énergie

4.6 Solaire passif Orientation du bâtiment (ensoleillement)Le captage passif de l'énergie solaire dépend étro-itement de l'orientation du bâtiment. Alors qu'entrele S-E et le S-O, les pertes d'ensoleillement ne sontque de 10% environ, elles sont plus de 40% lorsd'une orientation Est ou Ouest.

Système de captage passif

Effet de serrePrincipe: Les éléments de captage passif comme lafenêtre ou la serre (jardin d'hiver) permettent d'ob-tenir un bilan «gains - pertes» positif grâce à l'effetde serre. Cet effet est dû au fait qu'un vitrage trans-met bien le rayonnement solaire et mal le rayonne-ment infrarouge. Ainsi, le rayonnement solaire tra-versant facilement le vitrage vient réchauffer les élé-ments de construction. Ceux-ci, comme tout corpsaux températures habituelles dans un bâtiment,émettent un rayonnement infrarouge que le vitrageréfléchit en grande partie. On obtient ainsi l'effet decaptage passif puisque l'énergie solaire qui apénétré à travers un vitrage est emprisonnée dans lelocal qu'elle a contribué à chauffer.

FenêtrePour obtenir un bilan énergétique favorable, il fautprivilégier les vitrages placés au sud: apport solaireimportant par rapport aux pertes thermiques et celamalgré une valeur U défavorable.

Fig. 28

Fig. 29

Fig. 30

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Connaissances de base

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Etude et conception du bâtiment, compte tenu des impératifs en matière d’énergie

Exemples: valeur U valeur g(valeurs approximatives) [W/m2K] [%]

– Mur de façade actuél 0,3 0– Vitrage 2 IV (air) 3,0 75– Vitrage 2 IV IR (*) 1,0 – 1,4 45 – 65– Vitrage 3 IV (air) 2,0 70– Vitrage 3 IV IR-IR (*) 0,5 – 1,0 35 – 50

La valeur g d'un vitrage représente en % sa perméa-bilité par rapport à l'énergie incidente.2 = nombre de verresIV = verre isolantIR = couche réfléchissant les infra-rouge* verre spécial (traitement de surface/air resp.

gaz rare)

Fig. 32

Fig. 33

Le meilleur compromis actuellement est le vitrage 2IV IR. L'amélioration de la transparence énergétiqueaura pour influence l'utilisation des triples vitrages.

Le bilan énergétique étant défavorable au nord, ilest nécessaire de limiter les fenêtres sur cette faça-de.

SerreEspace vitré placé au sud, accumulateur d'énergie.Il est recommandé une orientation plein sud, dif-férence possible + ou – 30°. Profondeur max. 2.50m. Prévoir une hauteur qui permet également dechauffer les locaux habités situés à l'étage. Le bilanpositif de la serre n’est pas assuré, si on installe unappareil de chauffage dans la serre.

Stockage et restitutionIl est indispensable de stocker l'énergie solaire dansles masses thermiques composant l'environnementimmédiat d'un vitrage ou de la serre. Absorbéesdurant le temps d'ensoleillement, les masses thermi-ques (sur une profondeur d'environ 10 cm) compo-sant le sol, les parois et les plafonds (béton, pierres,briques, revêtements etc.) redistribuent cette chaleurpar infrarouges à l'intérieur de l'habitat. (à éviterles faux plafonds etc.) Fig. 34

Fig. 31

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Connaissances de base

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Etude et conception du bâtiment, compte tenu des impératifs en matière d’énergie

Fig. 35

Autres systèmes passifs

Mur capteur «Trombe»Utilisation des murs entre vitrages en façade sudpour accumuler la chaleur dans un mur en bétonsitué derrière un vitrage ( effet de serre ) durant lajournée et faire rayonner ce mur vers l'intérieur del'habitat durant la nuit.

Double peauVitrage placé entre 40 et 50 cm devant la façadesud pour accentuer l'accumulation de la chaleur pareffet de serre devant cette façade.

Isolation transparenteUtilisation contrôlée du rayonnement solaire pareffet de serre et réduction des déperditions thermi-ques. Après avoir traversé l'isolation transparenteen façade, le rayonnement solaire frappe le murintérieur qui accumule la chaleur reçue et qui larestitue en différé aux pièces voisines.

Fig. 36

Fig. 37

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Exercices et solutions proposées

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Etude et conception du bâtiment, compte tenu des impératifs en matière d’énergie

5. Exercices et solutionsproposées

Exercice 1Confort; conditions thermiquesQuelle est la température opérative optimale d'unepersonne dont l'activité représente 1,8 met et larésistance thermique de son habillement est de 1,3clo ?

Exercice 2Lumière du jourTrouver dans la documentation technique des verresles principaux coefficients pour les verres les pluscourants, soit: Transmission lumineuse, coefficient U,rendu des couleurs. (Vitrages simples et isolants, types clair, absorbantet réfléchissant).

Exercice 3 Confort visuelComment feriez-vous pour améliorer le confort visu-el de votre salle de classe en cas de rénovation touten optimisant les économies d'énergie ?

Exercice 4Habitat, faible consommateur d'énergieEtudier, sous formes d'esquisses à main levée, unepetite maison familiale, faible consommatrice d'én-ergie, en tenant compte de sa protection, de sa for-me et de l'énergie solaire «passive».(Si la classe comprend beaucoup d'élèves , le maît-re organise des groupes de travail).

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Exercices et solutions proposées

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Etude et conception du bâtiment, compte tenu des impératifs en matière d’énergie

Solution 1:

Solutions 3 possibles suivant les cas: (à déterminer et à détailler par le maître de classe)

– Interventions à l'extérieur (arbres, surfaces réfléchissantes, avant-toit, etc.).– Créer de nouvelles ouvertures.– Changer les vitrages (déterminer le type).– Disposition du mobilier, création de zones.– Surfaces de teinte claire à l'intérieur.– Nouveau concept d'éclairage artificiel (définir le fonctionnement).– Système de déviateurs anidoliques ?

Solution 2:

Coefficients des verres Transmission Coefficient U Rendu des couleurslumineuse [%] [W/m2K] [–]

a. Verres simples– clair 6 mm 88 5,7 98– absorbant 6 mm 43 à 72 5,7 89 à 96– réfléchissant 6 mm 08 à 43 5,7 83 à 96

b. Verres isolants– double clair 6/12/6 78 3,0 96– triple clair 6/12/6/12/6 73 2,0 94– double IR clair 6/12/6 78 1,0 à 1,4 96– double absorbant 6/12/6 15 à 64 2,7 à 3,0 85 à 96– double réfléchissant 6/12/6 07 à 39 2,3 à 3,0 85 à 98

c. Divers– brique de verre 75 2,9– verre profilé simple 85 5,8– verre profilé double 73 3,5

1,8

1,3

16 °C

Fig. 38

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Exercices et solutions proposées

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Etude et conception du bâtiment, compte tenu des impératifs en matière d’énergie

Exemple pour la solution 4:

Fig. 39

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Bibliographie

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Etude et conception du bâtiment, compte tenu des impératifs en matière d’énergie

– Chauffage de l'habitat et énergie solaire: ThierryCabirol, Daniel Fauré, Daniel Roux. EDIDUD LaCalade, 13090 Aix-en-Provence.

– Le guide de l'énergie solaire passive : EdwardMazria, traduction de Pierre Bazan. EditionsParenthèses;Titre original: The passive solar ener-gy book, Rodale Press Inc., Emmaus, PA, U.S.A.

– Construire avec le climat. Ministère de l'Environ-nement et du Cadre de Vie, 2, av. du Parc-de-Passy, 75775 Paris Cedex 16.

– Elément 29Isolation thermique et maîtrise de l'énergie dansle bâtiment. Industrie suisse de la terre cuiteObstgartenstrasse 28, 8006 Zurich.

– Manuel études et projets. Progr. d'impulsion pourl'amélioration thermique des bâtiments, EDMZ,1983, épuisé.

6 Bibliographie – SIA D 056 Le soleil. Chaleur et lumière dans lebâtiment, EPFL-ITB / LESO-PB 1990.

– Soleil et architecture – Guide pratique pour leprojet, PACER 1991.

– Soleil et architecture, Mieczyslaw Twarowski1967, traduit du polonais, Dunod Paris

– Savoir conduire la lumière naturelle en architectu-re. Programme Diane, E2000.

– Systèmes techniques pour l'utilisation optimale dela lumière du jour. Progr. Diane, E2000.

– Architecture climatique équilibrée, PACER 1996.– Swissolar: Recommandations pour l'utilisation de

l'énergie solaire, E2000.– L’énergie, Facteur-clé de notre temps: Maja Mess-

mer et al., adaptation J. Fournier et O. Mercier.Edition LEP, Lausanne, 1998.

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Sources

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Tous les dessins sont de l'auteur, Joseph Simon.

La rédaction du texte a été faite par les deuxauteurs, Joseph Simon et Philippe Ebiner, en colla-boration avec le traducteur de la version alleman-de, Markus Rebmann.

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