Effet du toit réfléchissant

Après avoir démontré l’influence de l’isolation thermique sur le comportement thermique de la maison solaire, l’influence des propriétés optiques sur les besoins thermiques de la maison solaire sera étudiée. Trois coefficients d’absorption sont appliqués au toit de la maison solaire, à savoir 0.6 (cas sans modification), 0.4 et 0.2. La figure III.9 montre l’influence de la variation du coefficient d’absorption sur le comportement thermique des trois maisons solaires.

Concernant la ville d’Alger, nous constatons qu’une légère augmentation des besoins en chauffage est obtenue lors de la diminution du coefficient d’absorption. En effet, les besoins estimés à 1706.47 kWh pour un coefficient d’absorption de 0.6 ont atteint 1732.75 kWh et 1760.04 kWh respectivement pour les coefficients 0.4 et 0.2 soit une augmentation de 1.54 et 3.13 %. Cet accroissement des besoins en chauffage est du à la diminution de la quantité de l’énergie solaire absorbée par le toit.

Par contre les besoins en climatisation de l’ordre de 847.61 kWh pour un coefficient d’absorption de 0.6 baissent à 824.36 et à 801.37 kWh respectivement pour des coefficients de 0.4 et 0.2 soit une réduction de l’ordre de 2.7 % et de 5.45%. Par ailleurs une légère augmentation des besoins annuels (3.03 kWh et 7.33 kWh respectivement pour les coefficients 0.4 et 0.2) est obtenue. L’influence des propriétés optiques de la toiture est minimale du fait de la composition de la toiture elle-même. L’isolation thermique de la toiture réduit l’influence de ces propriétés sur le comportement thermique de la maison solaire. La disponibilité du rayonnement solaire de cette zone climatique par rapport aux autres zones influe sur l’absorption de la chaleur et par conséquence sur le bilan thermique de la maison solaire.

Pour la ville de Constantine, nous pouvons noter que les besoins en chauffage augmentent légèrement avec la diminution du coefficient d’absorption. De 3522.17 kWh pour un coefficient de 0.6, ils atteignent les valeurs de 3557.65 kWh et 3593.89 kWh respectivement pour des coefficients de 0.4 et 0.2 soit un accroissement de 1.01 et 2.03 %. Quant’aux besoins en climatisation, ils diminuent de 1197.33 kWh (pour un coefficient de 0.6) à 1170.44 et 1143.65 kWh respectivement pour les coefficients d’absorption 0.4 et 0.2, soit une réduction de 2.24 % et 4.48 %.

Il apparaît une légère augmentation des besoins annuels, estimés à 8.59 kWh et à 18.04 kWh respectivement pour les deux coefficients d’absorption 0.4 et 0.2. Malgré l’accroissement des besoins thermiques annuels de la maison solaire, seule l’étude économique permettra de montrer s’il y a un gain ou une perte d’argent. En effet, selon

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le type de l’énergie et le prix de cette dernière (électrique, gaz ou autre), la contribution des toits réfléchissants pourrait être évaluée.

Concernant la ville d’Ouargla, une légère augmentation des besoins en chauffage est obtenue lors de la diminution du coefficient d’absorption. Ces besoins ont augmenté de 684.85 kWh pour un coefficient de 0.6 à 702.46 kWh et 720.60 kWh respectivement pour les coefficients d’absorption 0.4 et 0.2, ce qui représente un accroissement de 2.57 et 5.22 %. Tandis qu’une diminution des besoins en climatisation de 9207.51 kWh (pour le cas initial) à 9115.55 et 9027.17 kWh respectivement pour les coefficients d’absorption de 0.4 et 0.2 est observée, soit une réduction de 0.99 % et 1.95 %. Nous pouvons également noter une diminution des besoins annuels de 74.33 kWh et de 144.04 kWh respectivement pour les coefficients d’absorption 0.4 et 0.2. L’influence de l’utilisation des toits réfléchissants est inversée par rapport aux zones climatiques précédentes du fait que les besoins en climatisation sont élevés (rayonnement important). 0.2 0.4 0.6 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 Besoi ns en chau ff ag e et en cli mati satio n (kWh) Taux d'absorption Besoins en chauffage Besoins en climatisation (Alger) 0.2 0.4 0.6 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 Be so in s e n ch a u ffa g e e t e n cl im a ti sa ti o n (kW h ) Taux d'absorption Besoins en chauffage Besoins en climatisation (Constantine)

Figure III.9. Effet du toit réfléchissant sur les besoins énergétiques de la maison solaire 0.2 0.4 0.6 0 2000 4000 6000 8000 Beso in s en cha uffag e e t en clim atisa tion (kWh) Taux d'absorption Besoins en chauffage Besoins en climatisation (Ouargla)

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Les résultats obtenus montrent l’influence des propriétés optiques du toit sur le comportement thermique de la maison solaire. Pour les zones climatiques, avec un hiver froid et un été doux, les besoins annuels augmentent avec la diminution du coefficient d’absorption. Alors que pour les zones arides caractérisées par un hiver moins froid et un été plus chaud que les autres zones climatiques, les besoins annuels de la maison solaire diminuent, du fait de la réduction, des besoins en climatisation. Notons que la composition de la toiture joue un rôle important dans la diminution de l’influence du rayonnement solaire sur l’environnement intérieur de la maison solaire. Pour une structure mal isolée, l’influence des propriétés optiques du toit sera plus importante. III.3.3.Effet des propriétés thermique et optiques du vitrage

Un autre facteur qui peut influencer le comportement thermique de la maison solaire est la surface vitrée. Contrairement aux murs Trombe qui transmettent le rayonnement solaire indirectement au local, les surfaces vitrées sont classées dans la catégorie des systèmes solaires passifs directs. Le rayonnement solaire qui pénètre par la surface vitrée sera absorbé directement par l’intérieur du local. Cependant certaines contraintes peuvent se présenter lors de l’utilisation de ces surfaces. En effet, et afin de maximiser la pénétration du rayonnement solaire au local, la transmissivité de la vitre doit être la plus élevée que possible. Mais en contrepartie et afin de garder cette chaleur le plus longtemps possible, la résistance thermique de la vitre doit être la plus grande possible. Il est à noter que l’augmentation de la transmissivité du vitrage conduit à la réduction de la résistance thermique du vitrage. Un compromis doit être fait entre ces deux paramètres caractéristiques du vitrage.

Pour cela, le comportement thermique de la maison solaire pour différents types de vitrages sera étudié. Le séjour Sud est l’unique seule pièce qui possède un vitrage de surface importante. Trois vitrages sont utilisés dans cette simulation, un vitrage simple (cas initial) (U = 5.74 W/m².K, sol =0.85), un vitrage double transparent (U = 2.95 W/m².K, sol =0.72) et un vitrage double peu émissif (U = 1.76 W/m².K, sol =0.54). La figure III.10 illustre la variation des besoins en chauffage et en climatisation de la maison solaire pour différents types de vitrage et sous différentes zones climatiques.

Concernant la ville d’Alger (figure III.10), nous constatons une diminution des besoins en chauffage lors de l’utilisation du vitrage double. Les besoins ont diminué de 1706.47 kWh (pour l’état initial) à 1560.74 kWh ce qui représente 8.53 % de réduction. Alors que pour le vitrage double peu émissif, la diminution est moins importante que pour le vitrage double. En effet les besoins du chauffage sont estimés à 1589.58 kWh soit 6.86 % de réduction. Le vitrage double est plus performant puisque son coefficient de transmissivité solaire est plus élevé, malgré que le vitrage double, peu émissif, possède une grande résistance thermique. Ce résultat explique l’influence de la transmission directe du rayonnement solaire dans les locaux et son effet sur le comportement thermique du local. Pour les besoins en climatisation, une diminution est également obtenue. Ils sont pour le cas initial de 847.61 kWh et pour le cas du double

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vitrage de 808.44 kWh, soit une réduction de 4.62 %. Pour le vitrage double peu émissif, la réduction est plus conséquente. Les besoins obtenus sont estimés à 788.07 kWh soit une réduction de 7.02 %. La transmission basse du rayonnement solaire réduit les apports directs par transmission et la résistance thermique élevée permet de réduire les gains de chaleur par transmission de l’extérieur vers l’intérieur. Une diminution des besoins annuels de 7.23 et 6.90 % respectivement pour les deux vitrages double et double peu émissif est obtenue. L’influence des propriétés optiques et thermiques joue un rôle dans la réduction des besoins thermiques de la maison solaire. Malgré que le simple vitrage possède une transmissivité élevée du rayonnement solaire, le vitrage double permet un équilibre entre la transmission de la chaleur et du rayonnement solaire.

Pour la ville de Constantine, une diminution des besoins en chauffage est également obtenue, de 3522.17 kWh pour l’état initial à 3234.55 kWh pour le vitrage double ce qui représente, 8.16 % de réduction. Nous pouvons noter que pour le vitrage double peu émissif, la diminution est moins élevée que pour le vitrage double. En effet, les besoins du chauffage obtenus dans ce dernier cas sont estimés à 3242.35 kWh soit 7.94 % de réduction.

Concernant les besoins en climatisation, une diminution est également obtenue. En effet, les besoins en climatisation pour le cas initial sont de 1197.33 kWh alors que pour le cas du double vitrage ils ne sont que de 1138.82 kWh soit une réduction de 4.88% Pour le vitrage double peu émissif, les besoins sont estimés à 1107.94 kWh, soit une réduction de 7.46 % (plus élevée que celle du double vitrage). Une diminution des besoins annuels de 7.33 et 7.82 % est enregistrée respectivement pour les deux types de vitrages (double et double peu émissive). Le vitrage double peu émissif est plus performant pour cette zone climatique puisque les déperditions de la chaleur en hiver et les apports de la chaleur par transmission en été sont plus élevées. Les propriétés thermiques jouent donc un rôle très important dans la réduction des besoins thermiques pour cette ville.

Pour la ville d’Ouargla, une diminution des besoins en chauffage est également obtenue. En effet, ces derniers passent de 684.85 kWh pour l’état initial à 621.98 kWh dans le cas de l’utilisation du vitrage double, (soit, 9.18 % de réduction), et à 650.55 kWh (soit 5 % de réduction) pour le vitrage double peu émissif, (la diminution est moins élevée que dans le cas du vitrage double).

Pour les besoins en climatisation, une diminution est également obtenue. De l'ordre de 9207.51 kWh pour le cas initial, ils ne sont plus que de 8739.76 kWh pour le cas du double vitrage, soit une réduction de 5.08 %, et de 8483.79 kWh pour le vitrage double peu émissif, soit une réduction de 7.86 %. La réduction est plus élevée que pour le cas du double vitrage; La diminution des besoins en climatisation est considérable pour cette zone climatique. Une diminution des besoins annuels de 5.36 et de 7.66 % respectivement pour les deux vitrages double et double peu émissif est observée, ce qui démontre que le dernier vitrage est plus performant pour cette zone climatique, du fait qu’il permet de réduire la pénétration du rayonnement solaire intensive en été, alors que

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pour l’hiver les déperditions thermiques ne sont pas assez élevées. L’utilisation de l’énergie solaire pour le chauffage passif est moins importante que pour les autres villes.

Simple vitrage Double vitrage Double vitrage P.E

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 B esoin s en c ha uffage et en c lima tisat ion (kW h) Type de vitrage Besoins en chauffage Besoins en climatisation (Alger)

Simple vitrage Double vitrage Double vitrage P.E 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 Be so in s en cha u ffag e et e n cli m a tisa tio n (kWh) Type de vitrage Besoins en chauffage Besoins en climatisation (Constantine)

Figure III.10. Effet du type de vitrage sur les besoins thermiques de la maison solaire

L’analyse de l’influence du type de vitrage sur le comportement thermique de la maison solaire révèle que le vitrage double est plus adéquat dans les zones caractérisées par un hiver froid et un été moins chaud. Les caractéristiques optiques élevées de ce vitrage permettent de favoriser la pénétration du rayonnement solaire dans le local, tandis que ses caractéristiques thermiques limitent les déperditions thermiques en hiver et les gains de chaleur en été. Le vitrage double peu émissif est le plus adapté à un climat caractérisé par un hiver moins froid et un été plus chaud. Pour le vitrage simple, il a été constaté que pour toutes les zones climatiques, son utilisation menait à des besoins thermiques en chauffage et en climatisation les plus élevés.