Les gains externes

Le captage consiste à recueillir l'énergie solaire et à la transformer en chaleur. Il se fait essentiellement à travers les surfaces vitrées, et dans une moindre

me-Page | 105 sure, à travers les parois opaques. L'énergie solaire étant souvent plus importante au moment où elle est moins nécessaire, et les apports internes parfois élevés, il est intéressant de stocker toute cette énergie jusqu'au moment où le besoin s'en fait sentir. L'inertie de chaque matériau (plancher, paroi,…) permet d'absorber les fluctuations suivant sa capacité d'accumulation. La distribution peut se réali-ser naturellement lorsque la chaleur accumulée dans un matériau durant la pé-riode d'ensoleillement est restituée à l'air ambiant par convection et rayonnement ; par thermo circulation de l'air ; mécaniquement. (R. Cadiergues, 1986).

6.6.2.1. L'importance du facteur solaire.

En climat froid ou frais, on s'efforcera de conserver toute la chaleur, qu'elle pro-vienne de l'ensoleillement, d'apports internes ou d'un système de chauffage, aussi longtemps que possible à l'intérieur du bâtiment. C'est essentiellement la forme et l'étanchéité de l'enveloppe, ainsi que les vertus isolantes de ses parois qui limi-teront les déperditions thermiques. Ainsi, le facteur solaire est la proportion de l’énergie solaire qui entre à l’intérieur d’un bâtiment comparé avec l’énergie re-çue à l’extérieur de la paroi vitrée ; idéalement, le facteur solaire doit être élevé en hiver pour que le bâtiment puisse bénéficier des apports solaires et bas en été pour éviter les surchauffes ;

Un coefficient définit la conductivité du vitrage, il doit être le plus bas pos-sible en hiver pour réduire les déperditions thermiques. Le rapport entre le 'facteur solaire' et le coefficient K est différent pour chaque type de vitrage et il faut choisir les caractéristiques thermiques nécessaires pour assurer un niveau de confort intérieur optimal avec une consommation d’énergie minimale ; mais en réalité les caractéristiques idéales changent entre le jour et la nuit et suivant les saisons. Par exemple : un vitrage réfléchissant est souvent utilisé pour éviter les surchauffes, mais il réduit l’éclairage naturel également et il a un comportement totalement négatif en hiver, car il réduit les apports solaires sans améliorer l’isolation thermique.

Avec des volets bien conçus, il devient possible de varier les flux d’énergie suivant les besoins, en passant des apports solaires maximaux à des déperditions thermiques minimales. Le facteur solaire peut être modifié, suivant les besoins

Page | 106 de l’éclairage et les déperditions thermiques qui peuvent être largement réduites en fermant les persiennes la nuit. Le niveau de confort recherché est assuré en utilisant des persiennes méditerranéennes (parfois la Moucharabieh) associées avec des vitrages et des menuiseries courantes.

6.6.2.2. Bilan thermique solaire

Durant la période estivale, les apports thermiques de l'extérieur ne sont pas seu-lement dus à la transmission thermique par les parois en fonction du

∆

, diffé-rence de température entre l’extérieur et l’intérieur mais aussi par insolation (rayonnement solaire). Cette insolation n'est pas prise en compte pour le calcul des déperditions thermiques hivernales car négligeable et ceci d'autant plus que les températures de base, servant à définir le ΔT, sont des températures relevées principalement la nuit (souvent constatées au levé du jour).

Pour le calcul des charges, l'inertie thermique du local joue un grand rôle dans la restitution du flux solaire. Deux paramètres traduisent le phénomène de l'iner-tie thermique. Le premier de ces paramètres est le déphasage. Le déphasage est la différence entre le moment où il y a transmission thermique instantanée maximale sur une paroi et le moment où cette paroi fournie le maximum de cha-leur au local. Le second est l'amortissement. L'amortissement est le rapport de l'énergie fournie par la paroi au local sur l'énergie due à l'ensoleillement reçu par celle-ci. Le déphasage implique que l'énergie restituée par la paroi au local est moins importante que celle reçue par cette dernière lors de l'ensoleillement. Donc, une forte inertie induit un déphasage important ainsi qu'un amortissement important. Les charges totales estivales comprennent 5 types principaux de charges thermiques (VRIEND A.B.De, 1984). Les charges thermiques par les parois vitrées, qui sont souvent prépondérantes. Les charges thermiques par le rayonnement solaire par les parois opaques. Le calcul des charges thermiques dues aux parois vitrées peut être scindé en deux parties :

9 Les charges dues à l'ensoleillement (flux direct et diffus).

9 Les charges dues à la transmission thermique (conduction et convec-tion).

Page | 107 Lorsque le rayonnement solaire atteint une paroi vitrée, une partie du flux so-laire est réfléchi. Cette partie d'énergie n'est pas transformée en chaleur et n'est pas prise en compte dans les calculs. Une partie est absorbée par le vitrage, cette partie d'énergie se transforme en chaleur et est transmise au local par convection au sein de la couche limite superficielle intérieure (il en est de même pour le coté extérieur). Une partie est transmise au local, Cette dernière partie atteint les élé-ments intérieurs comme les parois opaques (murs, planchers) et le mobilier. A ce moment là, cette énergie est dégradée en chaleur ce qui induit une augmentation de la température du local. La charge thermique transmise au local par les parois vitrées peut être relativement importante voir même prépondérante sur la charge totale. De ce fait, il est nécessaire de l'estimer de la façon la plus précise pos-sible. Selon l'inertie du local, la prise en compte du flux solaire instantané n'est pas la plus adaptée, car plus l'inertie est grande, plus les apports thermiques sont amortis et différés, rendant la charge plus uniforme dans le temps. La prise en compte du flux solaire instantané peut conduire à un surdimensionnement des charges qui va forcément influer sur le dimensionnement du système de climati-sation et sur son coût d'exploitation. La méthode présentée ici donne des valeurs calculées qui prennent en compte le flux solaire direct et diffus et ces valeurs in-tègrent le déphasage et l'amortissement des apports thermiques effectifs par rap-port aux aprap-ports thermiques instantanés. Ceci demande donc de connaître l'iner-tie du local. C'est donc pour cette raison et selon l'inerl'iner-tie du local, que des va-leurs sont supérieures à zéro après le couché du soleil. Ces vava-leurs traduisent donc bien l'effet de la transmission du flux solaire par les parois vitrées sur le lo-cal et non la charge instantanée. On trouvera ces valeurs lo-calculées dans les ta-bleaux Annexe Apports vitrages.

Eq 6.6.2.2

Q : Apport par vitrage ; par transmission (W) S : surface de la vitre (m²)

K : Coefficient de la transmission de chaleur de la vitre (W/ m^2°C), (Tableau Annexe)

Page | 108 T : Température intérieure du local (°C)

T : Température extérieure avec T T E ∆h °C T : Température de base du lieu considéré, (Annexe Tableau 53)

E : écart diurne, représente la différence entre la température maximale à 15H et la température minimale à 4H du matin. (Tableau 3: Ecart Diurne à Constantine) et (Tableau 54), Voir Annexe tableau).

Tableau 3: Ecart Diurne à Constantine (Source SimulArch).

Lorsque les rayons du soleil atteignent une paroi opaque, une partie du flux solaire est réfléchi (Réfléchi), et une partie est absorbée (Absorbé) par les différents matériaux qui constituent la paroi opaque. Il n'y a pas de flux transmis puisque la paroi est opaque au rayonnement. Ce flux absorbé (l'énergie est dégradée en cha-leur) est d'autant plus grand que la couleur du parement de la paroi est sombre. L'inertie de la paroi conditionne le temps de réponse (transmission de la chaleur au local). Plus l'inertie est grande, plus les apports thermiques sont amortis et différés dans le temps. Pour calculer les apports dus à l'ensoleillement des parois opaques, et pour prendre en compte l'inertie de ces dernières, la méthode de cal-cul présentée ici intègre le flux solaire et les caractéristiques des parois opaques (capacité d'absorption et inertie). (Recknagel Sprenger, 1980)

Eq 6.6.2.2a

Page | 109 Id: Intensité du flux diffus solaire à travers une vitre (W/m²)

Eq 6.6.2.2b

ID: Flux solaire direct reçu par une surface quelconque (W/m²) Id: Flux solaire diffus reçu par une surface quelconque (W/m²)

F : Coefficient de correction en fonction du type de menuiserie (Tableau 51) C : Coefficient de correction fonction de la protection solaire (Tableau 52: Coef-ficient de Correction en fonction des protections solaires)

K1 : coefficient de correction en fonction de l'épaisseur de la vitre (Tableau 49: Coefficient K des vitrages)

Dans le document Simulation des paramètres du confort thermique d'hiver en Algérie (Page 105-110)