Calcul des protections pour le cas de Biskra

Nous ferons ce calcul des protections par l’application d’une méthode plus globale, qui consiste à tracer sur la surface de réception des ombres remarquables et à trouver l'ensemble des positions du soleil qui correspondent à cette ombre. Selon Givoni (1978), les deux frères Olgyay (1973) ont suggéré une méthode qui permet de dessiner et de tester ces systèmes d’occultation qui doivent être dimensionnés pour résoudre à la fois les besoins d'efficacité de protection solaire, d'économie d'énergie, et d'éclairage naturel. Ce sont des objectifs que le concepteur doit chercher à atteindre, à l’aide de cette méthode qui repose sur les étapes suivantes:

• identifier les périodes de sur-échauffement, où l’occultation est nécessaire; • calculer les positions solaires pendant la période où l’occultation est exigée;

• déterminer le type et la position du système d’occultation; le masque de ce système est mis en place sur l’abaque, à la même échelle que le diagramme de la course solaire; • déterminer les dimensions du système d’occultation de manière à «couper» le soleil

pendant la période de surchauffe et le laisser passer durant la période de sous- échauffement.

Cela permet de manipuler directement des "facteurs de transmission" qui s'appliquent à l'ensemble de la surface considérée, en appliquant cette méthode aux formes élémentaires telles que l’«auvent", les "joues latérales" et le "vis-à-vis", à partir desquelles il est possible de construire les diagrammes de transmission de la "loggia" ou du "patio".

• les angles d'ombre horizontaux et verticaux

Selon D.G. Stephenson, l’angle d'azimut mural de l'ombre (ou angle azimutal solaire du mur: "Horizontal Shadow Angle", HSA) est l'angle tracé sur un plan par une ligne perpendiculaire au mur et la ligne de projection des rayons solaires sur le plan horizontal. De même façon, l'angle d'élévation de l'ombre ("Vertical Shadow Angle", VSA) est tracé sur un plan vertical perpendiculaire au mur par une ligne horizontale perpendiculaire au mur et la ligne de projection des rayons solaires sur le plan vertical. Une fois que ces angles sont connus, il est très simple d'établir la délimitation entre les aires de la façade éclairées par le soleil et celles qui restent dans l'ombre et également de déterminer la répartition de ces aires à l'intérieur du bâtiment si une partie de la façade éclairée est transparente. Ces angles dépendent spécifiquement de l'heure, de la date, de la latitude et de l'orientation du mur, mais sont tout à fait indépendants de la forme ou de la position de l'écran qui produit l'ombre.

Le VSA découle du HSA et de l'angle d'élévation du soleil. On le calcule par la formule: 3.14 (Stephenson, 2011)

𝑡𝑔 𝑉𝑆𝐴 =𝑡𝑔 𝑑𝑒 𝑙 𝑎𝑛𝑔𝑙𝑒 𝑑′é𝑙é𝑣𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛 𝑐𝑜𝑠 𝐻𝑆𝐴

(3.14)

Où

𝐻𝑆𝐴 = 𝑎𝑧𝑖𝑚𝑢𝑡 − 𝑜𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛 (3.15)

• orientation de la façade au Sud

La méthode appliquée pour déterminer les masques architecturaux s’articule sur la détermination de la zone de surchauffe sur la carte des isothermes (voir annexes); puis, sa projection sur le diagramme solaire correspond à la latitude 34°48’. La superposition de l’abaque des angles d’ombre permet d’établir un choix d’angles minimisant les surchauffes en période chaude et maximisant les gains solaires pour la période froide. Pour une orientation sud, on retiendra pour le calcul la valeur de l’angle VSA=60°, car ceci permet de manipuler un ombrage partiel durant la période froide, en janvier et février, pour un éventuel usage du chauffage passif. Cette orientation est favorable, le soleil est au zénith. Un simple auvent de 0,57 mètre protège à 100% la paroi transparente durant les mois d’avril, mai, juin, juillet et août.

Figure 3.17 Masque d’ombre de la protection solaire de la paroi transparente

Figure 3.18 Profondeur requise d’un auvent d’une façade sud • orientation Sud – Est

La façade orientée Sud-Est reçoit un maximum d’irradiation en hiver durant la matinée et moins en été. L’occultation de cette dernière sera favorable dans la mesure où on l’assure par l’utilisation des parois verticales, car, la matinée, le soleil est assez bas et seule l’occultation verticale peut protéger la paroi des rayonnements directs et des lames d’air horizontales pour la mi-journée. On retiendra donc, pour le calcul, les valeurs des angles VSA= 40° et HSA= 30°, car ceci permet de manipuler un ombrage partiel durant la période froide, en janvier et février, pour un éventuel usage du chauffage passif. Et d’assurer, donc, une protection de la paroi transparente le matin de 10 h jusqu’à midi durant les mois critiques : avril, mai, juin, juillet et août (Figure 3.19).

Figure 3.19 Masque d’ombre de la protection solaire de la paroi transparente Sud-Est

• orientation Sud-Ouest

La façade orientée Sud-Ouest reçoit un maximum d’irradiation en hiver durant l’après- midi. La protection de cette dernière sera efficace si elle est assurée par des occultations verticales et horizontales à la fois. Car, en fin d’après-midi, le soleil est assez bas et seule une occultation verticale peut assurer la protection de la façade. Et, pour la mi-journée, l’auvent assure cette occultation. On retiendra donc pour le calcul les valeurs des angles VSA= 40° et HSA= 25°.

D Auvent = H/tg VSA°=100cm/tg40°=1.19m D occ. Vertical = L/tg HSA°=100cm/tg25°=2.14m.

Les profondeurs requises sont importantes. De ce fait, l’occultation des parois transparentes orientées Sud-Ouest est difficile à réaliser.

Figure 3.20 Masque d’ombre de la protection solaire de la paroi transparente Sud-Ouest

• orientation de la facade à l’Est

Figure 3.21 Masque d’ombre de la protection solaire de la paroi transparente • orientation de la facade à l’Ouest

Figure 3.22 Masque d’ombre de la protection solaire de la paroi transparente Ouest

Pour notre cas d’étude, l’occultation et la mise à l’ombre des ouvertures qui participent à la création du confort à l’intérieur du bâtiment dépendent donc de l’implantation du bâtiment et de l’orientation de ses façades, ainsi que de l’emplacement des ouvertures. L’optimisation de ces conditions permettait d’améliorer l’efficacité énergétique et d’accroître le confort des occupants.