Impact d’actions de rénovation orientées « chauffage » sur le confort d’été

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portant sur l’enveloppe et l’usage du bâtiment

CHAPITRE 3. ETUDE D’ACTIONS D’AMELIORATION DU CONFORT D’ETE PORTANT

3.3 Etude du confort d’été dans les bâtiments rénovés dans une optique de réduction des consommations de

3.3.1 Impact d’actions de rénovation orientées « chauffage » sur le confort d’été

3.3.1.1. Impact de l’isolation des parois opaques sur les besoins de refroidissement et le confort d’été

Description technique des actions retenues

Même si elle conduit à de meilleurs performances thermiques81, l’isolation extérieure des parois verticales est assez peu développée en France et notamment dans la rénovation (opération plus délicate et parfois plus chère, modification de l’aspect extérieur du bâtiment…). Aussi, concernant les parois verticales, seule l’isolation intérieure sera considérée dans cette étude. Pour les toitures plates, l’isolation extérieure ne présente généralement pas de difficulté majeure et est étudiée par la suite.

Que ce soit pour la toiture ou les parois verticales, la conductivité thermique de l’isolant retenu est de 0,029 W/m.K (valeur caractéristique d’un isolant composé de mousse de polyuréthane par exemple).

Par la suite, les coefficients thermiques des parois intègrent à la fois les parois déperditives et les ponts thermiques.

Impact de l’isolation sur le comportement des bâtiments en été

L’isolation des parois, qui permet de réduire les transferts de chaleur à travers les différentes parois, peut être à l’origine de phénomènes entraînant une amélioration ou une détérioration du confort d’été.

Si la température extérieure de la paroi est supérieure à la température intérieure, l’isolation permet de réduire les besoins de refroidissement en été. Au contraire, dans un bâtiment isolé, les apports de chaleurs extérieurs (solaires) ou internes peuvent être piégés à l’intérieur, augmentant ainsi l’inconfort ou les besoins de refroidissement82. L’impact de l’isolation sur le confort d’été peut donc s’avérer positif ou néfaste, il est intimement lié aux caractéristiques du bâtiment (charges internes, protections solaires) et au climat.

La Figure 3.25a) présente l’impact du niveau d’isolation des parois sur les besoins de refroidissement pour le bâtiment de bureaux de référence situé à Trappes. Une réduction des besoins de chauffage de 30 % s’accompagne d’une augmentation du refroidissement d’un peu moins de 30%. Lorsque les apports solaires (protection solaires extérieures) et les apports internes (dus à l’éclairage) ont été réduits, le phénomène reste observable (Figure 3.25b)).

81 Même en été car l’inertie disponible est alors plus importante.

82 Ce phénomène est couramment appelé effet « thermos ».

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Figure 3.25. Evolution des besoins de chauffage et de refroidissement en fonction du niveau d’isolation pour le bâtiment de bureau à Trappes, sans mesures d’amélioration du confort d’été (a) et

avec des protections solaires extérieures et une réduction des apports internes (b)

A Nice, où les températures extérieures sont plus élevées et l’effet positif de l’isolation sur le confort d’été devrait être exacerbé, on retrouve une augmentation des besoins de refroidissement que ce soit pour le bâtiment de référence (Figure 3.26a)) ou dans le cas où les apports extérieurs et internes ont été réduits (Figure 3.26b)).

Figure 3.26. Evolution des besoins de chauffage et de refroidissement en fonction du niveau d’isolation pour le bâtiment de bureau à Nice, sans mesures d’amélioration du confort d’été (a) et avec

des protections solaires extérieures et une réduction des apports internes (b) L’étude du confort thermique en

ventilation naturelle aboutit à des conclusions allant dans le même sens que celles obtenues pour les pièces climatisées : l’inconfort estival se dégrade lorsque l’on augmente l’isolation des parois opaques. Ainsi, pour la pièce de bureau de référence, les degrés-heures d’inconfort s’accroissent de 25 % à Trappes et de 20 % à Nice lorsque l’on passe d’un coefficient de déperdition thermique de 2 à un coefficient égal à 1

Figure 3.27. Evolution des degrés-heures d’inconfort en fonction du niveau d’isolation pour le bâtiment de bureaux Dans le cas de l’appartement, où les apports thermiques sont plus faibles, le phénomène reste observable à la fois en besoins et en confort (Figure 3.28a) et b)). Ainsi, l’appartement de référence

doté de parois de coefficient de déperdition thermique égal à 0,1 (c’est le cas des maisons passives) serait inconfortable pendant 9,5 % du temps d’occupation à Trappes et pendant 22,5 % à Nice.

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Figure 3.28. Evolution des besoins de chauffage et de refroidissement en fonction du niveau d’isolation pour l’appartement de Trappes (a) et Nice (b)

En ce qui concerne l’isolation de la toiture, des simulations ont été effectuées en supposant un coefficient de déperdition thermique de 0,2 W/m.K. Les résultats obtenus sont présentés Figure 3.29a pour le bâtiment de bureaux et Figure 3.29b pour l’appartement à la fois dans la configuration de référence mais aussi lorsque des mesures de réduction des apports de chaleur ont été mises en place. Il apparaît qu’une meilleure isolation de la toiture augmente les besoins de refroidissement de 5 à 10 % pour le bâtiment de bureaux et de 10 à 20 % pour l’appartement.

0 20 40 60 80 100 120

Figure 3.29. Besoins de refroidissement du bâtiment de bureaux (a) et de l’appartement (b) - Le coefficient de déperdition thermique de la toiture isolée est de 0,2 W/m.K.

3.3.1.2. Impact du remplacement des vitrages sur le confort d’été Description technique

Comme expliqué précédemment, un vitrage se caractérise principalement par trois grandeurs : le facteur solaire, la transmission lumineuse et le coefficient de déperdition thermique.

Il est possible d’adapter le facteur solaire du vitrage au climat et à la nécessité de réduire ou non les apports solaires. La Figure 3.30a) présente les facteurs solaires et les coefficients de déperdition thermique pour différents vitrages. Un faible facteur solaire étant obtenu par l’utilisation de couche faiblement émissive ou d’un traitement réfléchissant qui n’ont pas nécessairement d’effet sur le coefficient de transfert thermique, il n’existe pas de corrélation entre ces deux caractéristiques. On peut trouver aujourd’hui des vitrages permettant d’améliorer à la fois le confort d’hiver par des coefficients de déperdition thermique faibles et le confort d’été grâce à des facteurs solaires faibles eux aussi.

La Figure 3.30b) présente le facteur solaire et la transmission lumineuse de différents vitrages existants (Marchio, 2009). La zone rouge correspond à des couples impossibles en raison du fait que l’énergie solaire est composée pour 50 % de lumière visible. La réduction du facteur solaire s’accompagne généralement d’une diminution de la transmission lumineuse.

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Figure 3.30. Facteurs solaires et coefficients de déperdition thermique pour différents vitrages (a) Facteurs solaires et coefficients de transmission lumineuse pour différents vitrages (b) (Marchio, 2009) Impact sur le confort d’été

L’impact des vitrages suivants est étudié :

- Double vitrage 4/15/4 : facteur solaire de 0,609, transmission lumineuse de 0,785 et coefficient de déperdition thermique de 1,1

- Double vitrage 6/16/6 : facteur solaire de 0,315, transmission lumineuse de 0,5 et coefficient de déperdition thermique de 1,09

A l’instar de l’isolation des parois opaques, mais dans une moindre mesure, une fenêtre plus isolante (toutes choses égales par ailleurs) augmente les besoins de refroidissement (Tableau 3.26 et Tableau 3.27). Toutefois, il est possible de réduire ces besoins en utilisant un vitrage à faible facteur solaire, ce qui augmente, par là même, les besoins de chauffage et souvent les consommations d’éclairage. Ces dernières s’accroissent ainsi de 14 % pour le bâtiment de bureaux situé à Trappes.

Tableau 3.26. Comparaison de trois types de vitrage sur les besoins du bâtiment de bureaux à Trappes et ses consommations d’éclairage

U FS TL Chauffage Tableau 3.27. Comparaison de trois types de vitrage sur les besoins de l’appartement à Trappes et

ses consommations d’éclairage

3.3.1.3. Une détérioration du confort d’été à traiter

Comme nous venons de le montrer, l’isolation des parois opaques et vitrées est généralement à l’origine d’une augmentation des besoins de refroidissement et de l’inconfort estival. Ces résultats sont en accord avec d’autres études menées sur le sujet.

Ainsi, Feldmann et Schwarzberg (2009) ont étudié le lien entre isolation renforcée et inconfort d’été.

Trois niveaux d’isolation ont été comparés : RT 2005, RT 2005 renforcée et maison passive pour trois types de bâtiment (maison individuelle, bâtiments collectifs d’habitation et rénovation de bâtiments de bureaux). Des simulations ont été effectuées afin d’estimer le nombre d’heures de surchauffe (voir le Tableau 3.28 dans le cas de la maison individuelle) et les résultats montrent une nette augmentation des heures de surchauffe avec le renforcement de l’isolation, et ce pour tous les types de bâtiments.

Tableau 3.28. Nombre d’heures de surchauffe pour une maison individuelle (approche par simulation) (Feldmann et Schwarzberg, 2009)

Nombre d’heures estivales où la température intérieure > 28 °C Niveau

d’isolation Belfort Trappes Nice Athènes

RT 2005 284 234 2245 3338

RT 2005 + 470 491 3160 4017

Maison passive 2396 2677 4599 4680

Des travaux de simulation similaires ont mis évidence l’effet néfaste que peut avoir la sur-isolation sur le confort d’été. Dans des contextes anglais et suédois, Orme et Palmer (2003) montrent que l’application de réglementions à venir en matière de performance des bâtiments pouvaient entraîner une augmentation de 16 % des heures de surchauffe (27 °C) dans le cas d’une maison individuelle par rapport aux pratiques actuelles.

Des études menées sur le terrain débouchent sur des conclusions semblables. Ainsi, Deschaseaux (2009) rapporte que des mesures effectuées entre le 1er juin 2008 et le 28 août 2008 (période sans épisode caniculaire) sur une maison HQE de Lyon et un bureau HQE situé à Valence ont montré que la température opérative y était supérieure à 26 °C pendant, respectivement, 24 % et 25 % du temps.

Les campagnes de mesure menées en 2003 (avant la canicule d’août) à Lyon par Sidler (2004) ont permis de montrer que les bâtiments très peu consommateurs d’énergie, qu’ils soient neufs ou rénovés, étaient le siège de surchauffes importantes en été. Les températures moyennes pendant le mois de juin étaient ainsi comprises entre 29,3 °C et 30,5 °C selon les logements.

3.3.2 Amélioration du confort d’été dans les bâtiments

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