guide maison climatique

Rgion Rhne-Alpes ODH 26

ADEME Conseil Gnral de Savoie

LOGEMENTS A FAIBLES BESOINS EN ENERGIE

Guide de recommandations et daide la conception

Cabinet Olivier SIDLERIngnieurs Conseils 26160 Flines s/Rimandoule Tl. et Fax : 04.75.90.18.54 E-mail : [email protected]

Guide de recommandations et daide la conception

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INTRODUCTION

Ce cahier de recommandations et daide la conception nest pas un cours sur larchitecture climatique ou sur la construction. Il na aucun caractre exhaustif et se borne de surcrot lexamen de solutions compatibles avec les contraintes financires et techniques du logement social. Il cherche seulement dfinir quelques principes de conception simples en faisant bnficier les matres d uvre des expriences acquises notamment dans lAude (800 logements avec lOPDHLM) et dans la Drme (400 logements avec lODH 26). Nous nous appuierons aussi sur lenqute faite en 1990 et 1991 dans la Drme, enqute ayant un caractre nergtique, conomique et sociologique portant sur cent logements, ainsi que sur les travaux de mesure et de recherche que nous avons mens avec lADEME et la Communaut Europenne sur les consommations dlectricit spcifique dans les logements. Ce document veut aussi essayer de dmystifier larchitecture climatique en montrant quelle peut tre parfaitement banalise, quelle ncessite un minimum de savoir-faire, du bon sens, et quelle nimplique pas de calculs trs compliqus. Pour cela nous chercherons donner quelques rgles de dimensionnement simples permettant de ne pas faire derreurs graves et de conduire un fonctionnement satisfaisant liminant notamment les problmes de surchauffe en t. Mais larchitecture climatique nest pas une fin en soi. Elle nest quun outil parmi dautres disposition du concepteur, tout fait ncessaire mais pas forcment suffisant. Lexistence dapproches complmentaires enrichit la dmarche conceptuelle en llargissant. Elle est le fondement de ce guide. Lobjectif poursuivi est enfin dessayer de dgager, la lumire de lexprience, une dmarche de conception globale conduisant non pas rendre plus complexe les btiments, mais au contraire favoriser des solutions de synthse lgantes, fonctionnant mieux et en dfinitive moins chres.

Chapitre 1 - Objectifs et mthodes

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Chapitre 1 OBJECTIFS ET METHODES

1.1 - Les objectifsPour rduire le cot du logement en secteur social, seules les charges offrent une marge de manuvre. Et dans les charges, la facture nergtique reprsente une part prpondrante. Lobjectif est donc de rduire les dpenses dnergie. Plus prcisment, cest le montant du couple loyer + charges quil faut abaisser. On peut accepter, en respectant les contraintes de financement du logement social, une hausse contrle du loyer pour autant quelle engendre une baisse plus importante des charges. Lobjet de ce cahier de recommandations est dexplorer les voies autorisant de telles stratgies. Avant tout sociale, cette dmarche nen prsente pas moins dautres intrts. Ainsi, payant moins de charges, les mnages seront resolvabiliss, ce qui rduira les impays supports par lOffice HLM. Les enqutes ont aussi rvl la grande satisfaction des occupants pour les logements faibles charges (97,8 % de satisfaits dans la Drme). Ce qui induit une rduction du taux de rotation des mnages. Ces deux consquences (rduction des impays et du taux de rotation) vont contribuer amliorer la situation financire de lOffice en rduisant ses cots de gestion et terme les loyers dquilibre. Enfin, moins de charges dnergie cest aussi moins de nuisances lies la production ou la combustion de cette nergie, ainsi que des conomies contribuant augmenter la dure de vie des gisements.

1.2 - Caractristiques de la facture nergtiqueLongtemps, les charges de chauffage et deau chaude ont t assimiles la facture nergtique. Mais les travaux conduits dans la Drme dune part, et les campagnes de mesure sur la consommation des appareils lectromnagers dautre part, prouvent que cela nest plus vrai du tout. La facture nergtique regroupe lensemble des dpenses concernant lnergie : le cot des kWh consomms tous usages confondus (chauffage et ECS, mais aussi clairage, lectromnager et cuisine), des abonnements souscrits, des locations (compteurs ou cuve), de la maintenance, etc. Les valeurs qui suivent ont t observes dans la Drme pour des logements performants au regard de la rglementation thermique de 1982. Lchantillonnage (100 logements) comportaient des systmes de chauffage au gaz naturel (chaudires individuelles), au propane (cuve collective, chaudires individuelles) et llectricit. La structure de la facture nergtique par type dnergie est la suivante :


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Sources dnergie pour le chauffage et lECS Postes Chauffage ECS Eclairage + lectromnager Cuisine Postes fixes Propane 29,1 15,7 29,3 Gaz 23,9 12,9 25,3 Electricit 38,6 10,3 24,3

5,0 20,9 100,0

5,0 32,9 100,0

5,1 21,7 100,0 en [%]

Figure1.1 - Structure de la facture nergtique mesure dans les logements de lODH 26

Une seconde analyse portant sur des logements rcents et strictement rglementaires (donc moins performants) a montr quil y avait seulement une baisse relative des postes fixes de 3 5 points selon lnergie, au profit essentiellement du poste chauffage + ECS. Les conclusions qui suivent sont donc reprsentatives des logements construits aujourdhui. Lexamen de la facture nergtique rvle notamment : limportance considrable des postes fixes qui reprsentent jusqu un tiers du total. La part considrable des usages spcifiques de llectricit (clairage, lectromnager) : ils reviennent plus cher que le chauffage pour les utilisateurs dhydrocarbures (gaz, propane). Cette part est dautant plus importante que le btiment est bien conu et peu consommateur, et que loccupant est un gros utilisateur dlectromnager. Ainsi, dans un logement trs performant (label HPE 4*) avec chaufferie collective au gaz naturel, la part de llectromnager dans la facture nergtique dun locataire consommant 3000 kWh/an est de 51 % (contre 14,6 % pour le chauffage). Il savre ainsi que le poste le plus lourd de la facture nergtique dun logement neuf trs performant est aujourdhui, et de trs loin, llectromnager, et non pas le poste chauffage. La part finalement mineure du chauffage qui varie entre 24 et 39 %. Lmergence de lECS dont les besoins croissent danne en anne. La cuisine reste un poste marginal.


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Les mesures, faites sur deux ans, font apparatre de faon trs homogne des diffrences extrmement sensibles du montant de la facture nergtique dune nergie lautre. Ceci prouve que les choix nergtiques, loin dtre neutres, ont un impact considrable sur les charges des locataires. Le cot moyen, en fonction de la source dnergie pour chauffage + ECS, est le suivant : - propane - gaz - lectricit = 66,5 F TTC/m (mais 60,0 F avant la guerre du Golfe) = 71,8 F TTC/m = 82,6 F TTC/m

Les valeurs extrmes vont de 55,2 F TTC/m (opration au propane) 84,9 F TTC/m (opration llectricit) soit un cart de 30 F/m. La premire place du propane est due labsence dabonnement (la location de la cuve collective reprsente environ 200 F/an/logt alors que labonnement gaz individuel B1 cote 850 F). Le choix du fioul aurait, pour les mmes raisons, conduit au mme rsultat. Deux observations simposent : 1 - Malgr les efforts dj faits et les rsultats obtenus dans la Drme, la facture nergtique reprsente encore pour les occupants en moyenne un mois de revenus (toutes sources confondues : salaires, allocations, etc.). Pour 6 % des locataires elle atteint mme deux mois de revenus. Son montant est en moyenne de 4.000 6.000 F TTC/an. 2 - Le choix de lnergie est dterminant puisque sur un logement de 65 m, il peut introduire des carts de 1.500 2.000 F/an reprsentant entre un quart et un tiers de la facture.

1.3 - Stratgie pour rduire la facture nergtique

Le matre duvre ne peut lui seul contrler tous les paramtres structurant la facture nergtique. Le comportement, les habitudes, les quipements de loccupant restent dterminants. Ces diffrences apparaissent dans les enqutes o des carts de consommation de un trois sont frquents. Mais on peut faire beaucoup lors de la conception dun projet : certaines options fondamentales ont un impact majeur. Lorsque le btiment sera occup, le matre douvrage aura quant lui un rle actif jouer, notamment pour informer correctement les locataires sur le fonctionnement des systmes. Les stratgies adopter pour rduire les charges dnergie peuvent se rsumer ainsi : 1 - Rduire la consommation des diffrents postes. Pour le chauffage il faut : * Travailler lenveloppe btie afin de rduire les dperditions et daccrotre les apports solaires. Cest lapproche de larchitecture climatique (voir chapitre 2). * Rduire la charge induite par la ventilation (voir chapitre 3). * Mettre en uvre un systme de production, distribution et rgulation de chaleur rendement lev (voir chapitre 5).


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Pour lECS il faut utiliser des systmes satisfaisant les mmes besoins tout en rduisant les volumes soutirs, et augmenter le rendement des installations (voir chapitre 4). Pour llectromnager il faut prendre des dispositions constructives qui permettront lusager dviter ou de rduire certaines consommations observes actuellement (voir 4.3.2). Quant aux usages spcifiques de llectricit dans les services gnraux, le 4.3.1 dtaille toutes les dispositions qui peuvent tre prises pour rduire les consommations parfois de faon trs importante. Pour la cuisine, il ny a pas de moyens directs (voir 4.2). 2 - Choisir rationnellement la source principale dnergie (chauffage + ECS) et la technique associe de manire trs rationnelle, en procdant des tudes comparatives dtailles permettant de minimiser la facture nergtique. Une mthodologie sera propose au chapitre 6. Il faut dsormais bannir les choix faits par habitude ou par facilit. 3 - Offrir informations et conseils aux locataires lors de leur entre dans les logements. Informations sur le fonctionnement et la conduite des quipements, conseils notamment pour le choix pertinent des abonnements souscrire. Lexprience montre que ce troisime volet, qui est la charge du matre douvrage, est capital et permet aux occupants de faire dimportantes conomies et dutiliser de faon optimale les quipements souvent performants mis leur disposition. Il faut dailleurs noter la forte demande des locataires (rvle par les enqutes) pour une information technique juge insuffisante.

1.4 - Dmarche de conception

La dmarche gnrale qui est propose ici comprend donc trois tapes : un travail sur lenveloppe pour rduire les besoins et maximiser les apports solaires rcuprables ; une optimisation technico-conomique minimisant la facture nergtique globale par un choix appropri de la source dnergie et dune technique de chauffage associe ; la recherche de dispositions permettant plus ou moins directement de rduire la consommation dlectricit spcifique de chaque logement. Ajoutes aux contraintes de surface, de scurit, de lumire, dacoustique, etc. existant dj, ces nouvelles exigences doivent nanmoins sinscrire dans les mcanismes de financement traditionnels. Pour russir ce pari il faut que le projet architectural et technique soit global. Il ny a pas dun ct le btiment et de lautre la partie nergtique. Tous les paramtres interagissent et seule une approche synthtique conduira un rsultant satisfaisant notamment en terme de qualit, cohrent et au moindre cot. On doit donc traiter simultanment tous les problmes (acoustiques, thermiques, lumires, surfaces, etc.) sans chercher optimiser individuellement chacun des paramtres, mais en visant plutt un optimum global. Climatique ou non, larchitecture a toujours eu pour vocation de produire un dessin lgant intgrant de manire optimale lensemble des contraintes existantes. La dimension nergtique est un lment parmi dautres. Larchitecture climatique rappelle seulement cette dimension aujourdhui nglige. On cherchera donc des rponses de synthse bases sur la synergie des diffrentes solutions mises en uvre. A toutes les tapes du projet on contrlera les surfaces, les cots, etc. Cela suppose imprativement que les ingnieurs concerns (thermique, acoustique, structure, etc.) soient associs au projet ds son origine, cest--dire ds les premiers croquis dAPS. La prise en compte trs en amont de


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tous les paramtres permet de rduire largement les cots grce des solutions globales. Cet aspect sera plus particulirement dvelopp dans le chapitre 7. Lapproche devra rester ouverte, offrir des rponses parfois trs originales. Il faudra associer les comptences et ne pas hsiter recourir aux matriaux nouveaux lorsquils peuvent prsenter un intrt. Enfin, il faut recommander une analyse en terme de cot global. Mais cette notion, connue en matire conomique, peut aussi sappliquer lnergie : combien de kWh conomise un dispositif donn, et quel investissement nergtique suppose sa construction, sa mise en place, voire son fonctionnement ? Seule une dmarche de conception de grande rigueur pourra conduire des solutions pleinement satisfaisantes et respectueuses des diffrents quilibres financiers de lopration.

Bibliographie 1 - SIDLER O. - Evaluation de lopration dhabitat climatique de lOffice Public Dpartemental dHLM de la Drme,Tome 1 : Evaluation nergtique - Cedial - Octobre 1990. 2 - DICKELI C - BOUCHARDEAU Ph .- Evaluation de lopration dhabitat climatique de lOffice Public Dpartemental dHLM de la Drme, Tome 2 : Opinions et comportements des locataires Cedial - Mars 1991. 3 - SIDLER O. - Evaluation de lopration dhabitat climatique de lOffice Public Dpartemental dHLM de la Drme, Tome 3 : Evaluation nergtique - Saison 1990/1991 - Cedial - Fvrier 1992. 4 - SIDLER O. - Architecture climatique et respect des quilibres financiers en logement social Communication au sminaire Architecture climatique - ADIL du Doubs - 23 et 24 mai 1996.

Chapitre 2 - La rponse de larchitecture bioclimatique

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Chapitre 2 LA REPONSE DE LARCHITECTURE CLIMATIQUE

2.1 - Principes de larchitecture climatique

2.1.1 - GnralitsLarchitecture climatique nest pas une invention nouvelle. Elle nest quune redcouverte de principes trs anciens empreints dun grand bon sens mais que facilits conomiques et nergtiques avaient fini par faire oublier tous les btisseurs. Nayant pas les moyens de sopposer lui, lhomme a toujours, par le pass, compos avec le climat. Il a observ les influences qui lui taient favorables et a produit un type de construction bien des gards exemplaire. En cette fin de XX me sicle les btisseurs ne doivent pas faire ancien . Ils doivent certes comprendre ce qui faisait la force des constructions anciennes. Mais ils ont aussi leur disposition des matriaux et des moyens nouveaux qui dcuplent leurs possibilits. La dmarche climatique cherche donc composer avec le climat. Lenveloppe btie nest plus simplement considre comme la frontire du domaine habitable. Elle devient un lment souple charg de transformer un climat extrieur fluctuant et inconfortable en un climat intrieur agrable. De cette enveloppe on attend tout la fois : * quelle rduise les besoins nergtiques, aussi bien ceux lis la construction du btiment (voir 2-5-2) que ceux lis son exploitation (chauffage, clairage, etc.), * quelle offre un confort naturel en toute saison, cest--dire quelle assure tout la fois :n n n

un niveau de temprature interne acceptable, de faibles variations quotidiennes de temprature (contrle des surchauffes), une bonne distribution de la chaleur dans les pices habites,

n un contrle de la condensation impliquant une bonne conception des parois en fonction des sollicitations du climat extrieur.

Lenveloppe doit pouvoir crer une temprature interne suprieure la temprature extrieure pendant lhiver et une temprature infrieure la temprature extrieure pendant lt. Elle doit pour cela disposer de structures capables doprer une slectivit thermique, permettant de rechercher certaines influences favorables et den carter dautres qui le sont moins. On joue pour cela sur tous les moyens dont on dispose : limplantation et lorientation du btiment, son architecture, la distribution intrieure, le choix des matriaux, leur disposition respective, leur couleur, etc. Par sa conception le btiment doit tre capable de satisfaire quatre fonctions principales : 1 - capter le rayonnement solaire 2 - stocker lnergie capte 3 - distribuer cette chaleur 4 - rguler

Chapitre 2 - La rponse de larchitecture climatique

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quoi sajoute en t une fonction que lon peut identifier la rgulation : maintenir une temprature agrable lintrieur. Les recommandations qui vont suivre sont des tendances respecter. Chaque cas concret pose des problmes spcifiques rendant parfois trs difficile, voire impossible, la mise en uvre de toutes ces dispositions. Tout lart de lquipe est alors dans le bon compromis ...

2.1.2 - Rduire les besoinsCette phase est essentielle dans la construction climatique : pour consommer peu dnergie il faut que les btiments aient a priori peu de besoin. Rien ne sert la recherche dapports gratuits ou linstallation de systmes haut rendement si on na pas rduit pralablement au minimum les besoins nergtiques du btiment lui permettant dassurer 19 C. Cest le meilleur investissement qui soit. Dans ce paragraphe nous nexaminerons que les dperditions par les parois. Le problme des pertes par infiltrations et renouvellement dair sera tudi au chapitre 4. Toutefois nous voquerons la protection au vent des faades. La puissance P perdue par une paroi est proportionnelle trois facteurs : P = KS (Ti - Te) o K : le coefficient de dperditions de la paroi S : la surface de paroi Ti : la temprature intrieure Te : la temprature extrieure

N.B. : ce terme spcifique aux parois sajoute videmment les pertes par les liaisons. Pour rduire les dperditions il faut amliorer chacune de leurs trois composantes en rduisant la rsistance thermique et la surface des parois et en cherchant diminuer, aux frontires du btiment, lcart de temprature entre lintrieur et lextrieur. Voyons concrtement comment. * Augmenter la rsistance thermique des parois opaques Malgr le bon niveau de la lgislation thermique, il est souvent souhaitable daller au-del des prconisations rglementaires, surtout en climat froid. Ceci est dautant plus justifi que les exigences en vigueur sont rgulirement renforces. Parmi les critres de choix des techniques disolation thermique aujourdhui disponibles figurent dsormais les exigences de la nouvelle rglementation acoustique. Certains matriaux peuvent avoir un effet bnfique sur la thermique et lacoustique. La position de lisolant lintrieur ou lextrieur est importante et ncessitera des arbitrages technico-conomiques. Plac lextrieur, lisolant renforce linertie thermique du logement, synonyme de confort. Cette solution a lavantage de supprimer les ponts thermiques, de protger la maonnerie des intempries et des chocs thermiques, donc de rduire les cots de maintenance. Le surcot apparent quelle prsente est en ralit assez minime dans un bilan conomique global. * Rduire les ponts thermiques Dans un btiment ordinaire les ponts thermiques reprsentent couramment 20 % des dperditions totales hors ventilation. Avec laugmentation des paisseurs disolant leur influence en valeur relative na cess de crotre. Il convient donc de les traiter avec le plus de soin possible, cas par cas.


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Les liaisons les plus frquentes sont les abouts de dalle et de refends. La solution idale est videmment lisolation par lextrieur lorsquelle est conomiquement viable. On veillera alors sa mise en uvre, notamment en isolant les retours de tableaux des fentres. * Construire compact Avec les meilleurs coefficients de dperditions qui soient on ne pourra jamais corriger des surfaces excessives. Il faut viser la compacit des formes, viter le morcellement des btiments. Une bonne mthode consiste suivre tout au long du projet le ratio Surface des parois extrieures/Volume habitable. Il renseignera sur la qualit des formes de lenveloppe. Notons qu typologie de volume identique, ce ratio est dautant plus favorable que la dimension du btiment est importante. * Rduire lexistence de saillies ou de dcrochements Saillies et dcrochements sont des lments de prise aux vents. Ils crent des zones tourbillonnaires augmentant les pertes par convection. Dans certaines constructions les saillies constitues par les balcons peuvent mme tre compares aux ailettes de refroidissement dun moteur.

Figure 2-1 - Eviter les ailettes de refroidissement

* Se protger des vents Le vent a des effets trs nfastes sur les dperditions. Dans certains cas le btiment lui-mme peut, de par sa forme, constituer une protection contre les vents dominants. On adoptera pour cela des formes de toiture basses dtournant le vent sans sopposer brutalement lui.


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Figure 2-2 - Eviter de sopposer au vent On pourra aussi utiliser des crans vgtaux. Protger les faades cest aussi protger les ouvertures. Utiliser systmatiquement des ouvrants classs A3. Placer les entres principales sur des faades ou dans des zones abrites du vent. A dfaut, doter les entres du btiment de sas dont la distance entre portes sera dau moins 3 mtres afin dtre certain que lune sera dj referme quand lautre souvrira. * Rduire les dperditions par les vitrages Le fonctionnement des vitrages, lment cl de larchitecture climatique, sera abord en dtails aux 2.1.3 et 2.3. Il faut nanmoins savoir quen labsence totale dapports solaires, un mtre carr de double vitrage est aussi dperditif que dix mtres carrs de mur isol. Les pertes par les vitrages reprsentent en moyenne 25 35 % des pertes totales. Il existe pourtant plusieurs dispositions assez efficaces pour rduire leur influence :n diffrencier les faades. Dans certaines conditions un vitrage reoit en hiver, grce lensoleillement, plus dnergie quil en perd. Il faut donc vitrer davantage les faades favorises (cest-dire les faades Sud-Est, Sud et Sud-Ouest). Pour fixer les ides on retiendra quil ny a pas de limite aux surfaces vitres en faade Sud-Est Sud-Ouest, si ce nest celle fixe par les risques de surchauffe (voir 2.3.2), mais que pour les autres orientations il est prfrable dadopter des surfaces vitres correspondant aux stricts besoins physiologiques de la lumire naturelle (voir ce sujet le 4.3.2.2). n Eviter les menuiseries mtalliques. Laluminium est un matriau trs conducteur de chaleur. Il est aussi beaucoup plus cher. On prfrera donc les menuiseries en bois (dorigine franaise) ou en PVC. Ce dernier est dailleurs le matriau conduisant aux meilleures performances. n Choisir systmatiquement une lame dair de 12 mm avec les doubles vitrages; cela augmente de 10 % la rsistance thermique de la fentre. n Recourir aux vitrages peu missifs. Les vitrages peu missifs sont des doubles vitrages avec lame dair 12 mm, dont lune des glaces est revtue dune couche doxydes mtalliques. Cette couche interdit le passage du rayonnement provenant de lintrieur du logement, ce qui diminue de plus dun tiers les dperditions. Le coefficient K dun tel vitrage est denviron 1,8 2,0 W/m.C. En revanche le facteur solaire baisse denviron 9 % passant de 0,79 pour un double vitrage 4-12-4 0,72 pour un vitrage peu missif de mmes paisseurs. Il nexiste pratiquement pas de diffrence esthtique visible entre les vitrages clairs et les vitrages peu missifs.

Il y a dsormais concurrence sur le march franais pour vendre ce produit si bien que le surcot dun double vitrage peu missif 4-12-4 par rapport un double vitrage ordinaire nest plus que de 85 FTTC/m. Le temps de retour est alors compris entre 1,5 et 5 ans selon le climat et le type dnergie choisie pour le chauffage.


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n Prvoir de bonnes isolations amovibles aux vitrages. La nuit, le bilan thermique dun vitrage est toujours ngatif! On prvoira sur tous les ouvrants des occultations soignes, mnageant une lame dair immobile entre elles et le vitrage. La solution de base peut tre un volet roulant lames jointives, des volets en bois joints priphriques, etc. On peut aller encore plus loin avec des volets en bois me isolante, cest une question darbitrage budgtaire.

* Modifier la temprature interne et externe des parois constituant la frontire du logement. En effet, les dperditions sont proportionnelles lcart des tempratures intrieure et extrieure. Si, tout en maintenant 19 C dans les pices principales, on peut rduire cet cart, on fera une conomie. Plusieurs dispositions sont possibles :n prvoir des surfaces claires aux abords du btiment (graviers, dalles, etc.) qui rflchissent sur les murs lnergie quils reoivent. n Utiliser des couleurs plutt absorbantes (dans les ocres ou les bruns) pour les parois extrieures. Recevant plus de rayonnement, leur temprature de surface sera plus leve. Cette disposition est utiliser avec modration en faade Ouest, celle-ci recevant en t un rayonnement important qui peut tre source dinconfort. n Lorsque le terrain est en pente, on peut enterrer une partie du btiment. La temprature 2 m de profondeur est denviron 12 C de manire assez constante au cours de lanne. Lhiver, la dperdition du mur enterr (qui sera quand mme isol) sera trs rduite. En mi-saison elle pourra tre un peu suprieure ce quelle aurait t avec un mur donnant directement sur lextrieur, mais globalement le bilan restera positif. Enfin en t cette paroi sera source dune fracheur gnralement bien venue. n Disposer, sur les faces froides du btiment, des espaces dits tampons : ils jouent le rle de zones intermdiaires entre lintrieur et lextrieur. Ce sont des locaux ou des espaces non chauffs (garages, placards, celliers, etc.) ou des locaux des tempratures infrieures 19 C (sanitaires, circulations, cuisine, etc.). Ces locaux protgent les pices principales. A la frontire du logement, lcart de temprature entre intrieur et extrieur sera ainsi abaiss de 5 10 C, rduisant les dperditions maximales de 20 30 %.

Ces dispositions permettent, sans dpense supplmentaire, de diminuer les besoins du btiment. Mais on peut encore rduire lappel au chauffage grce la matrise des apports nergtiques gratuits .

2.1.3 - Rechercher et grer les apports gratuits

2.1.3.1 - Les apports internesLes apports gratuits (dits internes ), pour une part lis la prsence et lactivit humaines, sont :n les apports humains. Une personne au repos dgage une puissance de 100 120 W, ce qui reprsente prs dun demi kilowatt pour une famille de 4 personnes. Mais une partie de cette nergie est transmise sous forme de vapeur et nest donc pas rcuprable. La puissance rellement utilisable nest donc que de 80W par personne au repos. Les apports humains constituent en moyenne 30 35 % du total des apports internes. Tout dpend videmment du mode doccupation, mais lnergie rcuprable lie la prsence permanente dune personne est de lordre de 1 1,2 kWh/j. n Les apports dgags par lquipement lectromnager dont une partie de la consommation finit en chaleur dans le logement. Ce poste reprsente peu prs 40 % des chaleurs internes et sa contribution est de 3 5 kWh rcuprables par jour. A noter que la rduction des consommations lectrom-


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nagres aura pour consquence indirecte de rduire les apports de chaleur internes et donc ... daugmenter la consommation de chauffage. Mais le bilan conomique reste trs positif.n Les apports dgags par la cuisine. Des carts importants existent dun logement lautre mais en moyenne la cuisine contribue pour 20 % aux apports internes. Elle reprsente environ 2 kWh/jour de chaleur rcuprable. n Les apports dgags par linstallation de production, de stockage et de distribution deau chaude sanitaire. Ces apports sont peu significatifs en gnral (de lordre de 3 ou 4 %) sauf dans le cas o linstallation comporte un ballon de stockage situ dans le volume habitable. Ils reprsentent alors plus dun kWh/j dnergie rcuprable, soit environ 15 % des apports internes totaux.

Lensemble des apports internes reprsentent en moyenne entre 0,10 et 0,16 kWh/m/jour. Tout comme pour les apports solaires, il faut apprendre les grer pour en tirer le meilleur parti. .

2.1.3.2 - Les apports solairesAprs le rle conservatoire de lenveloppe, il faut maintenant aborder sa fonction capteur. La qute des apports solaires va en effet lui confrer une seconde mission trs slective, celle de piger le rayonnement lectromagntique venant du soleil au moyen dun matriau de prdilection : le verre. Celui-ci est transparent aux rayonnements de courtes longueurs donde du domaine visible qui reprsentent la majeure partie de lnergie solaire. Aprs traverse du vitrage, ces rayons atteignent les murs, les planchers et le mobilier intrieurs qui schauffent plus ou moins en fonction de leur couleur, provoquant ainsi la rmission dun rayonnement de grande longueur donde (infrarouge) que le verre ne laisse plus passer. Le soleil sest fait piger. Cest leffet de serre. Larchitecture climatique utilise le rayonnement solaire sans recourir des technologies rapportes au btiment. La gestion des apports se traduit par des dispositions architecturales visant capter lnergie, la stocker, distribuer la chaleur et rguler. Voyons comment. a) Capter le rayonnement solaire Grce au verre, le btiment souvre au soleil et devient un grand capteur. La faade Sud se diffrencie des autres. Elle sera trs largement vitre. Cela peut paratre paradoxal puisque le vitrage est une grande source de dperditions. Mais pour certaines orientations favorables, il pige aussi beaucoup de chaleur. Un bilan tenant compte de la nature du vitrage, de son exposition, de la prsence ou non de volets, etc. est ncessaire. Il sera prsent au 2.3. Dans la majorit des cas il est trs favorable pour un vitrage Sud. Cest la raison pour laquelle on peut accepter, dans certaines limites, de vitrer de faon importante la faade Sud. En introduisant en 1982 la notion de coefficient B (devenu BV en 1988), la rglementation thermique prend en compte ces nuances. Mais il faut diffrencier les faades en traitant de manire spcifique les ouvertures de chacune delles. Les rgles gnrales respecter, et que lon adaptera de cas en cas en fonction de particularits locales comme les masques lointains (montagne) ou laltitude, sont assez simples : * lorientation Sud est toujours favorable. La faade Sud doit abondamment souvrir. * Les orientations Sud-Est et Sud-Ouest sont encore favorables, mais des prcautions simposent notamment en altitude. * Les orientations Est et Ouest ne sont jamais favorables, sauf avec certains types de vitrages. Trop de surface lOuest conduit des surchauffes en t. Les ouvertures sur cette faade seront donc dimensionnes au plus juste pour satisfaire aux conditions de lclairage naturel (voir au 4.3.2.2). En labsence de brumes locales matinales, on pourra accepter lEst des surfaces de vitrage un peu plus importantes. Celles-ci apporteront le matin un clairage et un peu de chaleur trs agrables. * Lorientation Nord nest jamais favorable. Les ouvertures sur cette faade seront minimum.


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La dispersion intrieure du faisceau lumineux est importante pour bien rpartir la chaleur. Elle sera favorise par la forme de louvrant. En faade Sud une ouverture plutt haute et troite balaiera une plus grande surface au sol au cours de la journe. Pour mettre en uvre les apports solaires on peut utiliser les baies vitres (baptises aussi gain direct ), les vrandas et les murs capteurs (murs Trombe). Les 2.3 et 2.4 seront consacrs au gain direct et aux vrandas, les murs capteurs nayant que trs peu t utiliss dans le logement. b) Stocker dans les masses Les apports solaires sont concentrs pendant quelques heures de la journe alors que les besoins sont continus. Il faut donc en stocker une partie. Prcisons demble que lobjectif poursuivi nest pas dassurer lautonomie totale des logements, mais seulement de contribuer rduire la charge de chauffage. Le stockage nergtique repose sur linertie thermique du btiment. Capable demmagasiner puis de restituer la chaleur, cette inertie peut tre constitue par tous les lments lourds situs lintrieur du volume chauff. Ce sont donc les murs, les planchers, le mobilier, etc. Les matriaux les plus adapts sont les matriaux denses forte chaleur spcifique : le bton, la pierre, la brique (voir le 2.5 pour plus de dtails). La mise en uvre de ces masses doit respecter des rgles prcises. Le rapport surface des masses exposes/surface vitre doit avoir une valeur minimale (voir annexe 2 et 2.4.3). Pour cela on vitera de concentrer linertie et on recherchera plutt une surface dchange importante, quitte rduire lpaisseur des parois. Prfrer aussi les parois intrieures (planchers, refends) double surface dchange aux parois extrieures qui nen comportent quune.

Figure 2.3 - Inertie et surface dchange


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Pour que les matriaux constituant linertie absorbent bien le rayonnement solaire il faut que leur couleur soit correctement choisie. Les parois directement atteintes par le soleil doivent tre plutt fonces. Le tableau 2.1 donne quelques valeurs du coefficient dabsorption. Les surfaces devront, dans la mesure du possible, tre nues. Eviter tapis et moquettes dans les zones ensoleilles. La couleur des surfaces qui ne sont pas atteintes par le soleil peut tre quelconque. Enfin, les cycles stockage/dstockage supposent lexistence de variations de la temprature des parois et de lair ambiant. Comme la temprature de celui-ci ne peut tre infrieure la valeur de consigne de linstallation de chauffage, ces fluctuations seffectueront au-del de 19 C. Ceci est bien accept par les occupants qui trouvent cela plutt agrable. Mais ces variations ne doivent pas tre trop importantes car elles augmenteraient les dperditions et linconfort.

Couleur

Coefficient dabsorption

Matriaux - bton brut - pltre - brique rouge - ardoise Peintures lhuile - noire - blanc cass - gris clair - rouge - jaune paille Peintures cellulosiques - bleu ciel - bleu fonc - turquoise - marron - vert - vert sombre - orange - rouge fonc - rouge vif - blanche

0,6 0,07 0,55 0,89 0,90 0,30-0,35 0,55 0,74 0,45 0,88 0,91 0,84 0,79 0,79 0,88 0,41 0,57 0,44 0,12

Tableau 2.1 - Coefficient dabsorption des principales couleurs Linertie thermique permet aussi de rduire les fluctuations quotidiennes de temprature intrieure, donc damliorer le confort. Phnomne que chacun a dj pu observer dans lhabitat ancien. Enfin il faut rappeler que le corps est trs sensible la temprature des parois (voir 2.1.4). En hiver plus la temprature de celles-ci sera leve plus la temprature de lair pourra tre basse, ce qui est physiologiquement meilleur. En ce sens linertie thermique est une trs grande source de confort. c) Distribuer la chaleur Pour avoir une bonne distribution de chaleur il faut que la plupart des pices principales aient un accs, fut-il minime, la faade Sud. Cette disposition est facilite par lutilisation dune vranda. La distribution des pices dans le logement aura une grande importance (voir 2.2.2).


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Lorsquon utilise une vranda, on aura toujours intrt ce que lair neuf (ncessaire la ventilation rglementaire) la traverse. Il sera ainsi prchauff et transfrera vers le logement une partie de lnergie capte. Cette disposition est extrmement rentable. Le transfert de chaleur entre vranda et logement sera examin au 2.4. d) La rgulation La rgulation passive est assure essentiellement par linertie thermique et la ventilation. Il ne sagit pas dune rgulation trs fine mais plutt dun systme permettant de garantir une plage de confort acceptable pour loccupant. Moyennant une participation minimum du locataire, on peut inclure le rle rgulateur des volets, ou celui des ouvertures de portes et fentres, notamment entre vranda et logement. Enfin un des lments essentiels de la rgulation est le contrle du confort dt.

2.1.4 - Le confort dtLe confort dt doit rester une proccupation constante au moment de la conception. Toutes les dispositions seront prises pour ne pas transformer ce qui est utile et agrable en hiver en une source majeure dinconfort et dinsatisfaction en t. Cette remarque est vraie que le logement soit ou non climatique. Car laugmentation des paisseurs disolant rendue ncessaire par les diffrentes rglementations thermiques a aussi mis en vidence la sensibilit des nouveaux logements au confort dt. Mais quels sont les principes de fonctionnement du confort humain? Lorsque la temprature perue par le corps augmente, celui-ci ragit pour se maintenir 37 C. Il utilise essentiellement la sudation qui permet dvacuer de la vapeur deau et mme des gouttes, donc aussi beaucoup dnergie. La temprature que peroit le corps est une sorte de moyenne entre la temprature de surface des parois du local et la temprature de lair. Ces deux tempratures constituent donc les deux premiers paramtres du confort. Mais pour que la sudation existe et que la transpiration puisse svaporer, il faut que lhygromtrie de lair ne soit pas trop leve dune part, et quil existe si possible des mouvements dair la surface de la peau qui favoriseront la convection. Les deux derniers paramtres du confort sont donc lhygromtrie de lair ambiant et la vitesse de lair au voisinage de la peau. Toutes les dispositions contribuant au confort dt vont donc permettre de rduire soit la temprature dair intrieure, ou celle des parois du local, ou encore le degr hygromtrique, ou alors elles tendront augmenter la vitesse de circulation de lair dans le logement. * Pour rduire la temprature intrieure dair :n utiliser des masques fixes constitus par le btiment lui-mme. Ils limiteront la pntration du rayonnement. En faade Sud ce sont traditionnellement des avances horizontales, ou des balcons. Les rayons solaires de lhiver, qui sont bas, pntreront profondment dans le logement sans tre gns, alors que les rayons dt seront arrts par la casquette. Limpact de ces masques sera valu au moyen du diagramme des trajectoires solaires (voir annexe A 1.4).


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Figure 2.4 - Protection par casquette A lEst et lOuest il ne faut pas utiliser de casquettes horizontales mais des bandeaux verticaux. En principe cette orientation nest pas utilise en architecture climatique.n Utiliser, lorsque cest possible, la vgtation feuilles caduques (arbres, treilles). Elle constituera un filtre slectif efficace narrtant les rayons quen t. n Utiliser des volets, stores, ou autres types de protection mobile, pour autant que les dispositifs soient extrieurs. n Ventiler les pices si la temprature extrieure est infrieure la temprature intrieure. Ce cas peut se prsenter la journe mais surtout la nuit. En climat continental lcart de temprature jour-nuit est de 13 C 14 C en t. Il doit tre mis profit pour rafrachir le logement. n

Maximiser linertie thermique intrieure du btiment.

* Pour rduire la temprature intrieure des parois:n augmenter lpaisseur disolant mural, et surtout placer cet isolant lextrieur ce qui vitera que les maonneries stockent le jour de la chaleur quelles restitueront au logement, mme faiblement, durant la nuit. n Choisir plutt des teintes claires sur les faades Est et Ouest, ainsi ventuellement que sur la toiture. Ce principe vient en contradiction du principe nonc au 2.1.2 (en tout cas pour la faade Ouest) et qui visait justement augmenter la temprature des parois en hiver. Tout dpendra des conditions locales et de la priorit que lon accordera au confort dt ou la rduction des besoins en hiver. n Ventiler le logement la nuit. Linertie thermique importante des maonneries permettra de stocker cette fracheur nocturne pour la restituer ensuite le jour.

* Pour rduire le degr hygromtrique de lair ambiant On ne peut pas faire grand chose avec des systmes passifs. * Pour augmenter la vitesse de lair au contact de la peau:n ventiler les logements et pour cela essayer dans la mesure du possible de faire des logements traversants dans lesquels la circulation dair sera aise.


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n

Utiliser des ventilateurs brasseurs dair (systme 3 ou 4 pales accroch au plafond).

N.B. : on pourra aussi consulter la partie concernant le confort dt des vrandas au 2.4.2.9.

2.2 - Implantation et principe de distribution du btiment

2.2.1 - Limplantation du btimentLes marges de manuvre pour implanter un btiment ne sont pas toujours trs grandes, surtout en site urbain. Les principes gouvernant le choix devront toutefois rester lesprit. Ils reposent sur une connaissance la plus fine possible des caractristiques du site comme le niveau et les variations de temprature, lensoleillement et lheure des brumes ou brouillards, ou les masques proches (vgtation, urbanisme) et lointains (montagnes) susceptibles de rduire linsolation du btiment. Le principal paramtre est videmment la dure effective dinsolation en hiver, donc leffet des masques. Pour lvaluer on utilise le diagramme des trajectoires du soleil (voir annexe A 1.4) sur lequel on superpose le relev en hauteur et azimut des masques proches et lointains. Le relev des masque proches se fait avec un compas gradu permettant de mesurer la hauteur angulaire des masques pour des valeurs de lazimut variant dEst en Ouest par pas de 10 ou 15. Pour les masques lointains, on peut utiliser le mme appareil, ou faire les relevs sur une carte dtat major en notant pour chaque valeur de lazimut la diffrence daltitude entre le lieu tudi et la ligne de crte. La hauteur angulaire du masque pour lazimut tudi vaut simplement : h = Arctg (h/ L) o h : diffrence daltitude entre la crte et le site tudi (en m) L : distance de la crte au site (en m)

Les figures 2.5 et 2.6 donnent un exemple du report de masques sur un diagramme solaire. On se placera en un point du terrain rduisant au minimum linfluence des masques et on adoptera une orientation plein Sud maximisant les apport solaires. Mais dautres paramtres peuvent modifier ces options :n le diagramme des masques peut rvler une perte densoleillement les premires heures du jour par exemple. On modifiera alors lorientation de la faade du btiment en la tournant de quelques degrs vers lOuest. n Si les brumes et brouillards sont matinaux et frquents en hiver (information connue par les seuls habitants du site), il faudra orienter le btiment de quelques degrs vers lOuest pour quil bnficie mieux de lensoleillement aprs midi. n Des spcificits climatologiques locales (en labsence de brumes et brouillards) peuvent encore modifier le choix dun azimut plein Sud. Ainsi retient-on souvent une petite correction de lazimut en climat froid (12 dazimut Est).


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Figure 2.5 - Vue des masques

Figure 2.6 - Diagramme des masques Mais limplantation sur le terrain doit aussi tenir compte des vents dominants, gnralement trs nfastes. Ils augmentent les coefficients dchange de chaleur, donc les dperditions par les parois, tout comme les infiltrations et les dperditions par renouvellement dair. Cest pourquoi on cherchera toujours une implantation qui permettra une protection de ces vents, soit par le relief, soit par de la vgtation, soit encore par des constructions avoisinantes.

2.2.2 - La distributionUne bonne distribution des pices est importante. L aussi le bon sens permettra doprer des choix simples privilgiant les aspects nergtiques tout en respectant les autres contraintes (vue, etc.). La faade Sud tant pourvoyeuse dnergie et de lumire, cest sur elle que souvriront les pices les plus frquentes, celles aussi o il doit tre le plus agrable de vivre. Gnralement ce sont les


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chambres et sjours, voire les cuisines dans certains cas. Lorsque la construction le permet, on disposera ces pices dEst en Ouest pour suivre la trajectoire du soleil : les chambres lEst (rveil avec le soleil, pas de surchauffes lt en fin de journe), les sjours plutt lOuest ou au Sud. A contrario les pices o la temprature est plus basse, celles o lon sjourne peu, celles qui ont moins besoin de lumire seront places en faade Nord. Ce sont les sanitaires, salles de bains, cuisines, celliers, rangements, circulations, cages descaliers, etc. Cette disposition permet lentre dair neuf en faade Sud et son extraction par des pices situes en faade Nord, ce qui favorise une distribution de la chaleur depuis le Sud vers le Nord. La distribution dun logement avec vranda doit sarticuler autour de celle-ci. Les principes dcrits sont les mmes, mais on cherche ce que le plus de pices possible souvrent sur elle. On facilite ainsi le transfert de chaleur depuis son lieu de production (la vranda) vers son lieu dutilisation.

Figure 2.7 - Distribution vranda/logement

2.3 - La baie vitre, ou gain directLa baie vitre, aussi baptise gain direct , est la solution la plus simple et la plus connue. Elle est plutt bon march et offre de trs bons rendements nergtiques si elle est convenablement mise en uvre. On ne peut toutefois pas nier que cest la solution o la stabilit du confort est la plus dlicate obtenir. On prsentera dabord rapidement les proprits et les performances solaires des diffrents types de vitrage, avant de donner quelques indications sur leur mise en uvre.

2.3.1 - Proprits et performances des vitragesLeffet de serre a t dcrit au 2.1.3.2. Nous ny reviendrons pas. Si lon examine le cheminement de lnergie lumineuse arrivant sur un vitrage clair, on observe une part directement rflchie, une part absorbe par le vitrage et une part transmise. La part absorbe se dcompose elle-mme en une part rmise vers lextrieur et une part rmise vers lintrieur (voir fig. 2.8). La part rflchie prsente des caractristiques intressantes car elle dpend de langle dincidence du rayon sur la vitre (cest--dire langle de la normale la vitre et du rayon). Quant labsorption, elle dpend du type de verre et surtout de la longueur de parcours dans le vitrage (donc aussi de langle dincidence), mais son effet est beaucoup plus limit que celui de la rflexion.


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Figure 2.8 - Transmission lumineuse travers un vitrage Toutes influences confondues, le taux de transmission dun vitrage en fonction de langle dincidence du rayon lumineux est donn par la courbe de la figure 2.9.

1.0

0.8 Taux de transmission

0.6

0.4

0.2

0.0 0 20 40 Angle d'incidence 60 80

Figure 2.9 - Taux de transmission dun vitrage en fonction de langle dincidence du rayonnement On remarque que :n le taux de transmission est pratiquement constant jusqu des angles dincidence compris entre 40 et 50, n

ce taux chute alors brutalement pour devenir nul avec i = 90.

Cette proprit du vitrage est intressante : grce elle un rayon solaire midi en t sur une faade Sud ne pntrera que trs peu dans un logement, alors quen hiver ce rayon traversera le vitrage sans difficult. Ainsi, en jouant sur les proprits de rflexion des vitrages on aura en faade Sud une rgulation naturelle des flux entrant en fonction de la saison.


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Les tableaux de lannexe A 1.2 donnent les flux dnergie solaire incident et transmis par diffrents types de vitrages verticaux (simple vitrage, double vitrage et double vitrage peu missif) pour quelques stations de la rgion Rhne-Alpes. A partir de ces rsultats on peut dterminer quel est le rayonnement global transmis cumul sur une priode donne. A titre indicatif, les tableaux figurant en annexe A 1.3 fournissent ces valeurs pour un site en valle (Chambry) et un site en montagne (Bourg St Maurice). Il mettent en vidence que : - un m de vitrage Sud transmet plus dnergie pendant la saison de chauffage que pendant le reste de lanne quel que soit le site et quel que soit le type de vitrage. A Chambry (en valle) : 15 % de plus. A Bourg-St-Maurice (en montagne) : 55 % de plus. Lcart entre la valle et la montagne provient de la dure plus longue de la saison de chauffe en altitude. - Pour lEst et lOuest ce rsultat est invers : la quantit dnergie reue hors saison de chauffe est trs suprieure celle reue en saison de chauffe (60 % de plus Chambry). Le tableau 2.2 tablit le bilan nergtique dune fentre munie de diffrents types de vitrage pour diffrentes orientations Chambry (plaine ou valle) et Bourg-St-Maurice (site daltitude). Les fentres prises pour le calcul sont des fentres en bois avec un coefficient de clair de 0,7. On a suppos quil ny avait aucun masque. Le bilan tient compte des dperditions, et des apports solaires par la partie vitre de la fentre.

Sud 1 Simple vitrage K = 4,95 W/m.C Double vitrage K = 2,95 W/m.C D.V. + volets K = 2,25 W/m.C D.V. peu missif K = 1,8 W/m.C - 59 2 - 48

SE et SO 1 2

Est et Ouest 1 2 - 194

Nord 1 - 183

- 100 - 102 - 172

+ 29

+ 49

-6

+ 4

- 66

- 73

- 84

+ 75

+ 101

+ 40

+ 57

- 20

- 21

- 39

+ 85

+ 111

+ 53

+ 71

- 1

0

- 39

D.V. peu missif + volets + 104 + 134 K = 1,50 W/m.C

+ 73

+ 93

+ 18

+ 23

- 20

en kWh/m de fentre en tableau 1 : Plaine / Valle : Chambry (saison chauffe : du 1/10 au 10/5) 2 : Montagne : Bourg-St-Maurice (saison chauffe du 20/9 au 25/5) (tabli pour fentre bois avec coeff. de clair de 0.7) Tableau 2.2 - Bilan nergtique dun m de fentre en tableau sur la saison de chauffage (absence de masque)


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On constate que :n quels que soient le type de vitrage et le site (plaine ou montagne), lorientation Nord conduit toujours des bilans dficitaires. Il apparat donc judicieux de limiter au minimum les surfaces de vitrage Nord. n A lEst ou lOuest, seuls les vitrages peu missifs possdent des bilans positifs, condition dtre munis de volets. Tous les autres types de vitrage, mme avec volets, ont un bilan dficitaire sur la saison de chauffage. Comme les apports sur ces faades sont 5 fois plus importants en juillet quen janvier (voir tableaux en annexe A 1.3), il est clair l aussi que les surfaces mises en uvre devront tre limites aux besoins jugs strictement ncessaires pour lclairage. Ceci est vrai quel que soit le site. n Du S.E ou S.O en passant par le Sud, toutes les fentres avec double vitrage ont toujours un bilan positif. Ces orientations sont donc extrmement favorables, le choix du SE ou du SO supposant nanmoins de prvoir des volets ou de choisir des vitrages peu missifs pour que le bilan soit positif. n Lavantage de lorientation Sud sur les orientations S.E et S.O. est peu prs le mme, en valeur absolue, quel que soit le type de vitrage : environ 30 35 kWh/m de plus Chambry (en plaine), et 40 45 kWh/m Bourg-St-Maurice (en altitude). En consquence ce gain sera dautant plus faible, en valeur relative, que la qualit du vitrage sera meilleure.

Mais que deviennent ces bilans si, ensoleillement sensiblement identique, la charge thermique augmente (ce qui est le cas en altitude o le nombre de degrs jours est plus lev)? Le tableau 2.3 donne pour diffrentes orientations et diffrents types de vitrages verticaux le nombre maximum de degrs jours conduisant un bilan nergtique positif. Lensoleillement adopt pour ce calcul est fonction du rsultat prvisible : celui de Chambry pour les faibles nombres de degrs-jours (infrieurs 2750), et celui de Bourg-St-Maurice pour les nombres de degrs-jours plus levs correspondant des sites daltitude.

Sud Simple vitrage K= 4,95 W/m.C Double vitrage K = 2,95 W/m.C D.V. + volets K + 2,25 W/m.C D.V. peu missifs K = 1,80 W/m.C D.V. peu missifs + volets K = 1,50 W/m.C 2.245

SE et SO 1.900

E et O 1.300

3.820

2.660 (plaine) 3195(monta gne) 4.185

1815

5.010

2.435

5.710

4.770

3.130

6.850

5.725

3.760

Tableau 2.3 - Nombre maximum de degrs-jours conduisant un bilan thermique positif pour une fentre verticale en bois quipe de diffrents types de vitrage


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En traduisant les effets de laltitude en terme de degrs-jours, on peut conclure de ce tableau que :n au Sud le gain direct avec double vitrage et volets prsente un bilan positif jusqu environ 2.100 m daltitude. Avec le vitrage peu missif sans volets ce bilan reste positif jusqu 2500 m daltitude, alors quavec volets le bilan lest jusqu 3000 m daltitude. n Au SE/SO le double vitrage + volets est acceptable jusqu 1.600 m daltitude. Au-del il faut utiliser des vitrages peu missifs sans volets jusqu 2.000 m daltitude, et avec volets jusqu 2500 m. n A lEst et lOuest le bilan des doubles vitrages seuls est toujours ngatif ou nul. Associs des volets ils prsentent un bilan peine positif en plaine. En altitude, le bilan sera positif jusqu 900 m daltitude avec des vitrages peu missifs et jusqu 1400 m avec adjonction de volets. Mais au-del le bilan restera toujours dficitaire.

Rappelons que tous ces rsultats sont obtenus pour des chssis en bois. Ils seraient sensiblement identiques avec du PVC mais beaucoup plus dfavorables avec de laluminium.

2.3.2 - Principe, mise en uvre et dimensionnementLe gain direct suppose simplement de grandes baies vitres convenablement orientes, associes des masses thermiques suffisamment importantes et de couleur plutt sombre. Il conduit des fluctuations de temprature intrieure qui, mme si elles sont gnralement acceptes par les occupants, nen restent pas moins importantes. Il exige aussi un usage trs modr des rideaux pendant le jour et des moquettes en zone ensoleille. En revanche cest incontestablement une solution simple, bon march et qui marche bien . a - La mise en uvre Les rgles respecter pour une bonne mise en uvre peuvent se rsumer ainsi :n les surfaces vitres seront plein Sud et ventuellement Sud-Est ou Sud-Ouest. Les vitrages seront toujours au moins doubles, n

le sol doit si possible tre de couleur plutt fonc,

n les murs directement soumis au rayonnement seront aussi dans des tons plutt absorbants (voir coeff. dabsorption au 2.1.3.2), n les autres murs peuvent tre de nimporte quelle couleur. Ils seront dautant plus efficaces quils seront rugueux (crpis), puisque la rugosit constituera un pige rayons et vitera leur rflexion, n toutes les parois lgres (cloisons) ou les surfaces de matriaux isolants doivent tre de couleur claire, n

pas ou peu de tapis et de moquette sur les parties proches des fentres,

n il faut viter quune surface sombre et inerte (plancher bas par exemple) soit expose pendant une priode trop longue. Pour cela on pourra parfois utiliser deux dispositions intressantes :

* placer les baies vitres plutt en hauteur permet de balayer une surface de sol plus grande, * utiliser des vitrages translucides (par exemple en imposte et en allge) permet une diffusion de lumire sur toutes les parois du local.n des volets avec bonne tanchit priphrique pourront tre mis en uvre avec grand profit. Cette disposition simposera de toute faon ds que laltitude dpassera 800 m,


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n

utilisation de vitrages peu missifs trs conseille (et trs rentable) en plaine mais surtout en

altitude,n des dispositifs de masquage sont impratifs pour lt. Les plus efficaces sont les avances (balcons, casquettes) et les volets. Se reporter au 2.1.4 pour plus de dtails, n la ventilation fera lobjet dune stratgie adapte lusage des locaux et la saison. Se reporter au 2.1.4 pour plus de dtails.

b - Le dimensionnement Il faut dterminer la surface vitre mettre en uvre, et linertie thermique associe. Dans lannexe 2, nous proposons quelques rgles numriques simples. Prcisons que celles-ci sont valables dans lhypothse o le gain direct est la seule solution utilise. Lorsque ce dernier est associ une vranda, les surfaces vitres doivent videmment tre rduites.

Voir annexe 2

2.4 - La vranda

2.4.1 - Un espace vocations multiplesLa vranda a beaucoup t utilise au XIXe sicle, que ce soit en maison individuelle ou, une autre chelle, dans les grands espaces collectifs comme les passages couverts ou les galeries marchandes. Si la vranda connat aujourdhui un regain dintrt, cest parce quelle peut tre destine des usages assez divers. Le premier dentre eux, dans ce guide, est videmment son caractre de chaudire . La vranda est effectivement une source de chaleur significative pour la maison. Constituant un espace tampon non chauff, elle nest pas occupe en permanence et peut donc tre le sige de fluctuations de temprature beaucoup plus fortes qu lintrieur du logement. Cest pourquoi elle peut recevoir sans inconvnient une grande surface de vitrage. Cette fonction la destine tre un espace nomade occup seulement quelques heures par jour, lorsque la temprature interne le permet. Une vranda ne doit jamais tre munie dun systme de chauffage. Cette solution conduirait augmenter la consommation dnergie du logement. Loccupation de la vranda sera forcment intermittente. Cest prcisment l quelle trouve sa seconde fonction : celle dun espace supplmentaire dans le logement. Cette fonction est mme souvent la seule que les locataires aient bien identifie, le caractre de chaudire leur chappant souvent. Or cet espace supplmentaire a des caractristiques trs particulires lies son caractre nomade. Mais surtout cest un espace agrable, gnralement plus agrable que nimporte quelle autre pice du logement. Parce quen prsence dun rayon de soleil la peau se trouve soumise un rayonnement pntrant qui permet de se sentir bien mme avec des tempratures dair dans la vranda comprises entre 15 et 17 C. Lespace est envelopp dune luminosit que seule sa grande transparence sur lextrieur peut offrir. Cet espace a une autre caractristique apprcie: il nest pas ddi une utilisation particulire. La cuisine sert la prparation des repas, la salle de bains la toilette, les chambres au sommeil. Mais la vranda nest affecte rien de particulier. Chacun peut y faire ce dont il a envie. Et ce petit espace de libert prend tout coup un parfum de plaisir dans un univers o tout est assez planifi. Alors cest


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vrai que certains ont transform leur vranda en dbarras ou en sche-linge. Mais plutt quune faute de got, ne devrions-nous pas au contraire y voir le fait dune lacune importante dans la conception ordinaire des logements qui ne sont gnralement pas dots despaces pour scher le linge, ni de lieux de rangement suffisants ... Dautres, les plus nombreux, ont fait de leur vranda un jardin dagrment, une salle de jeux, un coin repas ou une salle de lecture. Enfin la vranda possde un intrt architectural vident. Elle est un moyen danimer une faade et de valoriser un btiment. Lenqute dopinion qui a t mene dans la Drme sur les cent premiers logements climatiques construits par lODH 26 a bien mis en vidence tout lintrt de la vranda pour les occupants. Ainsi 91,5 % sont satisfaits de sa prsence. Prcisons que laffectation des locataires dans les logements climatiques a t le fait du hasard (lOffice na pas cherch y mettre un profil particulier doccupants). Ainsi 68 % des gens la conserveraient sils devaient construire leur logement. 86 % estiment quelle contribue lesthtique de leur logement et 84 % la trouvent trs utile. Source de chaleur et espace de confort, voil deux atouts qui pourraient suffire convaincre matres douvrage et matres duvre de lintrt manifeste des vrandas dans la construction sociale. Mais il est peut-tre encore un argument, de caractre financier, qui milite pour leur adoption. Dans lassiette de subvention du btiment, la prsence dune vranda est compte en surface utile hauteur de 50 % de sa surface relle, valeur ensuite amplifie par le coefficient de majoration, ce qui augmente lassiette de la subvention denviron 5 7 %. Cette contribution dpasse gnralement le cot de la vranda si bien que celle-ci apparat comme une source de financement (certes minime) pour lopration. Mais la surface utile, donc la surface de la vranda, intervient aussi dans la dtermination du loyer maximum. La prsence de la vranda permettra ainsi daugmenter dautant le loyer si le calcul du loyer dquilibre lexige. Cette mesure, qui ne vise pas alourdir le poids du logement dans le budget des mnages, nest quune disposition qui peut tre utile au matre douvrage dans le montage financier de son opration, lobjectif vis restant la rduction du couple loyer + charges.

2.4.2 - Principes et mise en uvreNous nous replaons dsormais exclusivement dans la perspective de la vranda source de chaleur. On attend de cette vranda tout la fois : - quelle capte le soleil en hiver, mais pas en t - quelle stocke la chaleur capte afin que sa temprature interne, et donc son rendement, restent acceptables, ce qui permettra dutiliser cette chaleur ultrieurement, - quelle transfre efficacement la chaleur vers le logement. A la diffrence du gain direct, la vranda nest pas oblige de possder une fonction rgulante. La temprature peut au contraire y fluctuer puisquelle nest occupe que par intermittence. Ces fluctuations de temprature vont permettre de stocker et dstocker lnergie emmagasine le jour dans les structures et restitue la nuit. Il ny a en effet pas de stockage (ou de dstockage) dnergie sans variations de temprature. La vranda joue un rle important dans la gestion de chaleur du logement. Combine avec du gain direct elle va permettre, en jouant sur les dphasages respectifs (une deux heures pour le gain direct, cinq huit heures dans certaines conditions pour la vranda) de grer de faon optimum les apports solaires, et de rpartir leur restitution aux pices chauffes sur une priode beaucoup plus longue et de faon beaucoup plus rgulire. Les trois principaux composants dune vranda sont : les surfaces vitres, les masses thermiques et lisolation thermique.


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Lutilisation de ce mcano sommaire conduit une grande diversit de solutions au fonctionnement et la finalit souvent trs diffrents. Ce qui suit concerne exclusivement les vrandas non chauffes et conues pour tre occupes le plus longtemps possible chaque anne. Comment fonctionne une vranda? Le pigeage du rayonnement solaire est assur par un vitrage dont les caractristiques sont adaptes aux objectifs assigns. Toutes les dispositions prises devront toujours ltre en gardant perptuellement lesprit le problme du confort dt. Une surface susceptible de capter le rayonnement solaire doit avoir une fonction slective lui permettant de capter en hiver mais pas en t. Le stockage de la chaleur pige se fait dans tous les murs et les planchers haut et bas de la vranda. La paroi de sparation avec le logement joue un rle privilgi puisquelle peut aussi contribuer au transfert de chaleur. Le transfert de chaleur vers le logement est essentiel : sans un transfert efficace, lnergie pige par la vranda serait ensuite en partie perdue et renvoye vers lextrieur. En thorie le transfert devrait seffectuer par conduction de la chaleur lintrieur des murs de sparation avec le logement. Mais on a pu montrer que le transfert le plus efficace se faisait en ralit tout simplement par ouverture des portes et fentres situes entre vranda et logement, ou par prchauffage de lair neuf dans la vranda (voir 3.3.3). Cette observation est importante et va guider le dessin au moment de la conception. Voyons maintenant les aspects plus spcifiques de la mise en uvre dune vranda.

2.4.2.1 - Choix de lorientationLorientation idale est videmment le Sud. Cest lui qui fournira les meilleurs rsultats, mais toutes les orientations du Sud-Sud-Est au Sud-Sud-Ouest sont acceptables. Scarter du Sud peut se justifier si les masques constitus par lenvironnement occultent par exemple le soleil en fin de journe. On aura alors intrt accentuer le rle de lensoleillement matinal en adoptant une orientation Sud Est. A contrario des brumes matinales frquentes en hiver conduiront adopter une orientation 10 ou 15 dazimut ouest. Mais on dconseillera les expositions plein Est et surtout plein Ouest, la premire parce quelle ne sera pas dun grand intrt en hiver (et donc conomiquement douteuse), la seconde parce quelle gnrera dimportantes surchauffes en t. Quant lexposition Nord, on ne peut gure lencourager, mme si elle fait bnficier le logement dun effet tampon certain. Son cot ne trouverait pas de justification conomique. Impact nergtique du choix Par rapport une orientation Sud, le choix du SSE ou SSO fait perdre moins de 5% des apports solaires. Les orientations SE et SO sont plus pnalisantes : 15 %. Quant lEst ou lOuest le dficit se situe entre 40 et 45 %.

2.4.2.2 - Typologie des vrandasLes formes et les caractristiques dune vranda doivent permettre de : - prsenter une gomtrie intgrant lensemble des surfaces vitres envisages pour chaque orientation, - offrir une surface de parois opaques internes suffisante pour garantir une inertie thermique correcte. Les parois contribuant cette inertie sont aussi bien le sol de la vranda, le plafond ou les parois latrales, une prfrence trs nette tant donne aux parois entre vranda et logement qui contribuent au transfert de chaleur. - offrir au locataire une surface au sol suffisante pour que la vranda soit utilisable.


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La typologie des vrandas est riche, mais en pratique, leur construction en logement social se limite quelques configurations. En schmatisant on peut identifier les vrandas : - en verrue : elles sont simplement accoles en faade du logement. Cette solution assez rpandue, surtout en rhabilitation, ne prsente pas beaucoup davantages. Elle a surtout linconvnient dtre trs peu performante sur le plan nergtique (les rayons entrent puis ressortent par les faades vitres ou par la couverture souvent vitre), et doccasionner de fortes surchauffes en t. Elle favorise trs peu le transfert de chaleur vers le logement, - en appui dangle : cest une forme dencastrement partielle de la vranda dans le logement. Cette solution est intermdiaire entre la verrue et lencastrement total. Elle a lavantage de mieux grer les apports solaires que la solution prcdente, - semi-encastre : cette disposition est souvent adopte car elle permet une ouverture latrale de la vranda augmentant le champ de vision depuis lintrieur. Mais ceci est pnalisant dun point de vue nergtique, si bien que les performances sont voisines de celles de la vranda en appui dangle, - encastre : la vranda est entirement intgre au logement. Elle ne cre pas de saillie sur la faade. Cest de trs loin la solution la plus performante dun point de vue nergtique, car la quasi totalit de la chaleur pige est transfre vers le logement grce la multiplication des surfaces de contact entre vranda et logement. Ce sont aussi ces surfaces importantes qui, en maximisant linertie interne de la vranda, assurent un excellent confort en toute saison cette solution. On distingue toutefois deux variantes : avec ou sans vitrage de la couverture. La version avec couverture vitre est encore plus performante mais peu recommandable au regard des surchauffes estivales quelle gnre. Sil fallait tablir un palmars des choix souhaitables, on placerait en premier la vranda encastre sans toiture vitre, puis la vranda semi-encastre, la vranda en appui dangle et en dernier les vrandas en verrue, trs peu recommandables. La figure 2.10 schmatise ces diffrentes solutions.

Figure 2.10 - Typologie simplifie des vrandas


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Quelle que soit la solution adopte, le problme de la couverture de la vranda doit tre examin de prs. Toutes les expriences montrent que vitrer la couverture conduit systmatiquement des surchauffes estivales. Une vranda inconfortable lt fera oublier son occupant tous les avantages et le confort quelle lui apporte pendant le reste de lanne. Il ne faut surtout pas msestimer les risques de surchauffe. A moins davoir une pente suprieure ou gale 60, un vitrage recevra toujours beaucoup plus de soleil en t que pendant nimporte quelle autre priode de lanne. Loublier conduira les occupants mettre des stores, le plus souvent intrieurs donc inefficaces, occasionnant des dpenses qui auraient pu tre vites par une bonne conception. Une couverture vitre cest aussi une source de dperditions importante lhiver qui dgrade considrablement le bilan thermique, et la ncessit dutiliser des vitrages de scurit type arm ou Triplex qui alourdissent normment son cot. Pour toutes ces raisons le vitrage des couvertures de vranda doit tre a priori proscrit. Impact nergtique du choix Pour fixer les ides on peut avancer, qu surface de vitrage gale, le bilan des apports au logement pour les diffrentes solutions envisages sont approximativement dans les rapports suivants : - vranda encastre toiture opaque : 1,00 (rfrence) - vranda encastre toiture vitre : 0,75 - vranda semi-encastre ou en appui : 045 0,50 - vranda en verrue : 0,35 N.B. : Les valeurs donnes ici sont un reflet de la productivit nergtique des vitrages. A dimensions gales, le fait de vitrer la couverture dune vranda encastre rduit la productivit du m2 de vitrage install mais augmente la quantit dnergie transfre au logement (car la surface vitre mise en uvre est beaucoup plus importante).

2.4.2.3 - Vranda froide ou vranda chaude ?Le niveau de temprature intrieure dans une vranda dpend de la position de lisolation thermique, selon que celle-ci se trouve sur lenveloppe extrieure de la vranda ou bien entre vranda et logement. Or lusage qui peut tre fait dune vranda dpend directement du niveau de temprature qui y rgne. Choisir par o cheminera lisolant est donc une dcision aux consquences importantes.

Vranda froide

Vranda chaude

Figure 2.11 - Vranda froide et vranda chaude (vue en plan)


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Dans la vranda froide lisolation thermique se trouve sur la paroi entre vranda et logement, alors que dans la vranda chaude elle passe sur la paroi extrieure de la vranda. En pratique cela signifie que dans la vranda froide les doubles vitrages seront entre vranda et logement, les vitrages extrieurs de la vranda tant simples, et vice versa pour la vranda chaude. Par ces dispositions, la temprature dans la vranda chaude sera suprieure de 3 8 C la temprature dans la vranda froide. La dure de la priode doccupation sera donc plus importante et le niveau de temprature autorisera le maintien en vie des plantes tout lhiver, do une meilleure utilisation et une meilleure valorisation de cet espace. Compte tenu des objectifs assigns ici la vranda (apports nergtiques et pice vivre), la vranda froide est donc a priori viter. En termes de confort et de gestion nergtique, la position de lisolant entre vranda et logement interdit tout transfert de chaleur travers les parois ce qui supprime la possibilit de jouer sur les diffrences de dphasage entre le gain direct et les murs de la vranda et conduit de plus grandes variations de temprature dans la vranda froide. La typologie de la vranda peut avoir un impact dterminant sur le cheminement de lisolant et donc sur la destination de la vranda. Prenons lexemple dune vranda en verrue . Il parat lgitime, pour des questions conomiques, de faire passer lisolant entre vranda et logement, ce qui conduit une vranda froide. A contrario, pour une vranda encastre , le passage le plus conomique pour lisolant est en faade extrieure de la vranda. Cest une vranda chaude. Comme la solution de la vranda encastre tait dj la meilleure selon les critres dfinis prcdemment, on voit que cest globalement la solution la plus recommande. Bien conue, la vranda chaude est une solution globalement plus satisfaisante que celle de la vranda froide et cela pour un cot qui nest pas plus lev et mme parfois plus faible. Impact nergtique du choix Le choix de lune ou de lautre des solutions na pas un impact nergtique trs marqu pour une vranda, sauf peut-tre pour les modles en verrue. Cela sexplique car la vranda chaude est le sige de tempratures, donc a priori de pertes, plus leves. Mais comme elle est mieux isole, cela compense en partie le dficit, si bien que globalement lcart entre les deux variantes sur le bilan nergtique est de lordre de 5 % . Dun point de vue strictement nergtique il est donc toujours un peu meilleur disoler le mur entre vranda et logement (vranda froide), surtout en climat froid. En climat forts apports et besoins rduits, il est possible de ne pas isoler entre vranda et logement. Lisolation vranda/logement, si elle est mise en uvre, rduit beaucoup lintrt de la vranda en tant que pice vivre. Lenjeu nergtique (de lordre de 2 300 kWh/an) ne semble pas dterminant, et il vaut certainement mieux accepter le principe de la vranda chaude, globalement plus satisfaisant, sauf peut-tre en altitude ou en climat froid et peu ensoleill.

2.4.2.4 - Surfaces vitresQuel type de vitrage choisir? La rponse dpend de la position du vitrage et de la nature de la vranda (froide ou chaude). Dans la vranda froide, les vitrages entre vranda et logement seront doubles, et les vitrages extrieurs simples. Pour la vranda chaude, cest linverse. Dans certains cas cette logique peut-tre modifie. Ainsi, pour les logements donnant sur des voies classes au bruit, il est impratif que laffaiblissement acoustique des ouvertures puisse tre ga-


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ranti en toute saison. Lhiver cet affaiblissement est assur par les doubles vitrages au niveau de la vranda. Mais en t la vranda doit pouvoir tre ouverte. Laffaiblissement acoustique est alors obligatoirement fait au niveau de la paroi entre vranda et logement. Par voie de consquence les vitrages de cette paroi seront doubles, que la destination de la vranda soit dtre chaude ou froide. Cet impratif peut modifier, pour des raisons conomiques, les choix initiaux. Il faut en tenir compte ds lorigine du projet. On peut aussi suggrer dutiliser des vitrages peu missifs, notamment pour les vitrages extrieures dune vranda chaude. Le rsultat est excellent, la temprature dans la vranda restant alors toujours trs proche de celle dans le logement. Le surcot de ces vitrages ntant que de 70 100 F T.T.C./m2, leur utilisation peut tre encourage, surtout si on opte pour la vranda-pice vivre . Impact nergtique du choix Le choix du type de vitrage est en principe li au type de vranda et renvoie donc au prcdent pour lvaluation nergtique.

2.4.2.5 - Parois intrieures de la vranda - IsolationQuels matriaux, quelles paisseurs pour les parois de la vranda? Dans les vrandas chaudes, il faudra donner ces parois une inertie importante de faon pouvoir stocker lnergie et crer des conditions de confort interne acceptables. Les parois seront donc lourdes. Il sagit aussi bien des planchers haut et bas que de lensemble des parois latrales. Elles seront en bton, en parpaing pleins, en briques, en terre etc. Leur constitution sera trs homogne de faon tre trs bonne conductrice de la chaleur : on veillera notamment ce quil ny ait pas de trous dair lintrieur. Si lisolation thermique est sur la face intrieure du mur extrieur, il nest videmment pas besoin que ce mur soit de structure lourde, puisque le calorifugeage lisolera du volume recevant le rayonnement solaire. La figure 2.12 indique la position et la nature des diffrentes parois. Dans le cas des vrandas froides, les parois internes jouent un rle beaucoup moins important : il nest pas ncessaire de crer un dphasage ni de stocker de la chaleur. Elles peuvent donc thoriquement tre de constitution assez lgre. Mais plus la structure interne la vranda sera lgre, plus les variations de temprature seront importantes, et plus la vranda ressemblera un pur capteur solaire air, trs inconfortable vivre et peu efficace! On est donc contraint malgr tout de maintenir une inertie minimum, mme dans une vranda froide, de faon garantir efficacit et confort, notamment en t.

Figure 2.12 - Coupe verticale sur vranda chaude


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2.4.2.6 - Couleurs des parois intrieures de la vrandaLorsquun rayon solaire frappe le mur situ entre vranda et logement, il est plus ou moins absorb (en fonction de la couleur du mur) et se transforme en chaleur. Si le mur tait dune couleur blanche totalement rflchissante, le rayon serait rflchi et une part importante ressortirait de la vranda. Cest la raison pour laquelle il faut traiter avec soin la couleur des parois situes lintrieur de la vranda. Elles sont trop souvent ngliges et traites en blanc comme lintrieur du logement. Cela revient retirer toute efficacit la vranda. Dun point de vue thorique le noir est la couleur la plus efficace, mais elle est inacceptable dans un logement. De nombreuses couleurs ont de bons coefficients dabsorption : brun, marron, ocre sont des couleurs qui peuvent tre mises en uvre. Lobservation des couleurs utilises dans lhabitat traditionnel montre une grande libert peut-tre un peu perdue aujourdhui. On se reportera au tableau 2.1 ( 2.1.3.2) pour avoir les coefficients dabsorption des principales couleurs. Toutes les couleurs figurant dans ce tableau ne sont pas toujours trs courantes dans le btiment, mais on peut trouver des compromis acceptables avec certains matriaux. On peut par exemple utiliser des enduits hydrauliques ordinaires, lgrement teints dans la masse et retrouver des teintes traditionnelles qui ont des coefficients dabsorption acceptables. On peut aussi jouer sur la diffrenciation colorimtrique des surfaces de la vranda : plafond, sol, parois de sparation avec le logement, etc. Impact nergtique du choix Le choix de la couleur a un impact nergtique trs important, souvent sous-estim, mais qui peut conduire aux extrmes des carts de 20 ou 25 % dans le bilan final.

2.4.2.7 - Parois extrieures de la vrandaLes parois extrieures de la vranda seront traites en fonction des objectifs atteindre. Pour une vranda froide, la nature des parois verticales extrieures a peu dimportance. Mais plus elles seront lgres moins la vranda sera inerte et plus elle sera inconfortable. Ces parois ne seront pas isoles comme on la vu prcdemment. Quant la couverture, il est recommand quelle ne puisse pas transmettre la chaleur en t. Sil sagit dune couverture sur lextrieur, il est vivement conseill de la calorifuger par un matriau dont la rsistance thermique est au moins de 2,5 m2.C/W (soit environ 10 cm de laine minrale). Pour une vranda chaude, tout va dpendre de la position de lisolant par rapport au mur extrieur de la vranda. Sil sagit dune isolation par lextrieur (enduit mince sur isolant, bardage etc.), il sera intressant que les parois verticales extrieures de la vranda soient lourdes : bton, briques ou parpaings pleins, pierres, etc. Ceci augmentera linertie et donc lefficacit de la vranda. Quant la couverture, elle sera trs bien isole (principe de la vranda chaude) ce qui permettra aussi de se prmunir contre les surchauffes estivales. Il est ncessaire que lenveloppe extrieure de la vranda soit tanche lair, afin de contrler la temprature interne et de garantir un bon rendement..

2.4.2.8 - Matriaux de structureLa structure peut tre en acier, en aluminium, en PVC ou en bois. Laluminium est le matriau qui a t le plus utilis. Ses qualits sont connues et reconnues : aspect, absence dentretien, rsistance mcanique, etc. Mais il prsente nanmoins des inconvnients majeurs comme sa trop grande conductivit thermique et surtout son prix. Cest enfin un matriau dont le contenu nergtique est parmi les plus levs : il faut 5 tonnes de ptrole pour fabriquer une tonne daluminium. Il serait paradoxal de recourir


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un matriau dont la fabrication est excessivement nergivore alors quon vise prcisment construire un btiment consommant peu dnergie. Le PVC est actuellement en plein essor. Cest un excellent isolant thermique, mais il conduit des profils de sections importantes rduisant la surface des vitres. Son contenu nergtique, plus faible que laluminium (1,8 Tep/tonne de PVC), nest quand mme pas son avantage, bien que ceci soit attnu par la lgret du matriau. Lacier nest que trs rarement utilis. Il ncessite de trs petites sections donnant aux constructions un air de grande lgret, mais il suppose un entretien souvent rdhibitoire, sauf sil a reu un traitement de surface (galvanisation ou autre). Son contenu nergtique est de 0,8 Tep/tonne. Cest en revanche une solution bon march. Mais ltanchit lair et leau est souvent difficile raliser, et les profils sont trs conducteurs de chaleur. Le bois a peu t utilis en secteur social. Il souffre dune mauvaise rputation relative son entretien qui nest pas toujours trs fonde. Il est vrai que la construction des vrandas ne peut pas se faire avec nimporte quelle essence. Les qualits exiges du bois sont la rsistance mcanique, les variations dimensionnelles (facteur critique pour un montage avec du verre), le besoin dentretien (putrescibilit, sensibilit aux U.V. etc.), etc. En ralit lexprience montre que pratiquement seuls les bois rouges amricains sont acceptables. Parmi eux le Red Cedar est un des plus connus. Il ne ncessite aucun entretien, ne pourrit pas, possde des variations dimensionnelles trs faibles. Sa masse volumique est rduite (de lordre de 340 kg/m3) ce qui facilite les manutentions. Il est relativement rpandu sur le march franais et doit donc tre vivement recommand si le bois est retenu comme lment de structure. Le contenu nergtique des bois est peu lev : de lordre de 0,06 Tep/tonne. Cest de trs loin la solution la moins coteuse en nergie. Quel matriau choisir ? Chaque rgion a ses savoir-faire, et donc aussi ses prfrences. Les prix proposs sur le march sont fonction de ces prfrences ce qui limite en ralit les choix. Mais il reste indniable que, dun point de vue esthtique, le mariage du bois et du verre donne de trs bons rsultats. Comme le bois est un bon isolant, les performances thermiques auxquelles il conduit sont galement excellentes. Mme sil nentre pas ou plus dans les habitudes constructives actuelles, il mrite certainement dtre rhabilit et dtre utilis dans la construction des vrandas.

2.4.2.9 - Ventilation et ouverture de la vrandaVentiler une vranda est une ncessit pour plusieurs raisons : - renouveler lair de faon hyginique la manire dun logement et pour les mmes raisons : odeurs, humidit etc. Si la vranda abrite des plantes vertes il peut tre encore plus ncessaire de ventiler. - vacuer la chaleur excdentaire si cela tait ncessaire un moment ou un autre de la journe ou de lanne. - prchauffer ventuellement lair neuf destin la ventilation du logement. La ventilation hyginique de la vranda pourrait parfaitement se faire de faon indpendante avec une ventilation naturelle transversale et permanente. Mais on prfre gnralement coupler la ventilation du logement et celle de la vranda en introduisant lair neuf dans celle-ci do il transite ensuite vers le logement. La rglementation autorise cette solution qui a lavantage de permettre un prchauffage de lair pendant son passage dans la vranda. Cette solution a trois avantages : assurer simultanment la ventilation permanente du logement et de la vranda, permettre un transfert dnergie de la vranda vers le logement, et amliorer lconomie dnergie. Reste le problme de la thermique estivale : selon la climatologie locale, on rencontre deux situations qui peuvent ncessiter une ouverture trs importante de la vranda sur lextrieur : - vacuer la chaleur excdentaire qui pourrait tre emmagasine dans la vranda,


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- utiliser en t les variations de temprature extrieure qui peuvent exister entre le jour et la nuit dans certaines rgions afin de refroidir les structures de la vranda et mme du logement durant la nuit par une trs forte ventilation obtenue par ouverture des portes et fentres. Ces deux situations, ou seulement lune des deux, impliquent obligatoirement de prvoir des ouvertures sur lextrieur assez largement dimensionnes. Il faut que 20 30% de la surface vitre puisse souvrir, soit par fentres, soit par portes. Ces manuvres seront laisses au gr des usagers. On pense souvent que les vrandas doivent tre grandes ouvertes durant lt, mais en ralit, il ny a aucune rgle gnrale. Si la thermique dt a t bien conue, la vranda sera bien protge du rayonnement durant la journe, si bien que sa temprature ne sera pas forcment trs leve. Il se peut mme que ds 10 ou 11 h du matin elle soit infrieure la temprature extrieure. En consquence de quoi les fentres auront tout avantage tre fermes aprs 11h pour tre rouvertes au moment de la nuit si la temprature nocturne est basse. On le voit tout dpend de la conception et des donnes climatiques locales. Mais une chose est sre : un moment ou un autre de la journe ou de la nuit il est ncessaire de pouvoir ouvrir trs largement la vranda sur lextrieur. Impact nergtique du choix Le prchauffage dair neuf dans la vranda est la mesure la plus bnfique qui existe. Elle double pratiquement les apports nergtiques au logement. Il est bien entendu quil sagit l de lair neuf strictement rglementaire qui, hors prchauffage serait entr directement dans le logement.

2.4.2.10 - Confort dtLa question du confort dt a dj t aborde au 2.1.4 pour le gain direct. Bon nombre de principes et de rgles alors dfinis peuvent tre conservs pour la vranda. La dmarche suivre pour supprimer les surchauffes en t peut snoncer simplement : 1 - faire en sorte que le rayonnement pntre en hiver mais pas en t 2 - vacuer toute la chaleur qui aurait pu pntrer et qui est lorigine de linconfort. Pour rduire la pntration du rayonnement on pourra : ne vitrer que les orientations Sud Est Sud-Sud-Ouest de la vranda ne jamais vitrer les couvertures de vranda, se borner aux surfaces verticales ou trs peu inclines. Si on ne peut pas faire autrement que davoir des couvertures vitres, il faut imprativement les doter de systmes doccultation mobile qui seront imprativement placs lextrieur. Cette mthode est trs coteuse. Toute solution doccultation par lintrieur namne que des rsultats mdiocres. n utiliser des casquettes de petites dimensions permettant dcrter la partie la plus importante du rayonnement en t et naltrant pas le rayonnement en hiver ou en mi-saison. n calorifuger les parois horizontales de la vranda (toiture, terrasse, etc.) n utiliser le plus possible la protection par vgtation feuilles caduques : lhiver elle laisse passer le soleil, alors quen t elle larrte. Cette solution marche bien pour autant que larbre soit assez grand, ou trs proche de la vranda, ou encore plac sur un monticule de terre. Elle a lavantage dtre trs naturelle. n concevoir des dcrochements vers louest dans la conception du btiment, de manire ce que le btiment lui-mme, ou le btiment voisin (cas des maisons en bande) puisse crer des ombres portes sur la vranda protger. Cette solution a linconvnient de provoquer une occultation galement en hiver (il est vrai dune dure plus courte ce moment l).n n


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Pour vacuer la chaleur excdentaire il nexiste que la ventilation. Elle peut prendre deux formes : n titre curatif on ventile la vranda la journe par ouverture des portes et fentres, condition bien sr que la temprature extrieure soit infrieure la temprature dans la vranda, ce qui nest pas toujours le cas. Larchitecte doit donc avoir prvu des ouvrants en quantit suffisante. n titre prventif on peut, lorsque les diffrences de temprature extrieure jour/nuit sy prtent, ventiler la vranda durant la nuit afin demmagasiner de la fracheur . Cest trs efficace. L aussi il suffit de disposer dune quantit suffisante douvertures.

2.4.2.11 - Protection aux agressionsQuelle faade est-il ncessaire de protger des agressions (vol, pntration) : la peau extrieure de la vranda ou celle qui spare la vranda et le logement? Cette protection doit-elle tre assure le jour et la nuit ou seulement la nuit? Chaque matre douvrage a sa philosophie. A priori on est tent de rpondre que seule la protection du logement est imprative, et que cette protection doit pouvoir tre assure de jour comme de nuit. La solution gnralement adopte est la pose de volets roulants entre la vranda et le logement. Peut-on aussi protger la vranda? Lorsque la vranda est en verrue , sa protection est rendue trs problmatique par la multiplicit des surfaces traiter (faade, retours). En revanche si la vranda est encastre dans le logement, la protection de la vranda pourra tre obtenue sans supplment de prix en plaant les volets roulants sur la peau extrieur de la vranda. On assurera simultanment la protection de la vranda et du logement. Bien garder lesprit que lusage de la protection par volets roulants, lorsquil a lieu de jour, et quel que soit lemplacement de la protection, est antinomique avec le recours lnergie solaire.

2.4.2.12 - Dispositions architecturales particul

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