Sélection des actions à évaluer dans le cadre de ce chapitre

3.1.3.1. Solutions de rénovation envisageables

Il existe de nombreuses possibilités permettant de réduire l’inconfort estival et les consommations d’énergie liées au refroidissement du bâtiment. Le Tableau 3.9 présente une catégorisation des actions communément admise (Varga et al., 2007). Par la suite, nous allons réduire cette liste aux options les plus prometteuses.

Tableau 3.9. Exemples d’actions d’amélioration du confort d’été Actions d’amélioration envisageables Installation de vitrages peu émissifs et sélectifs Installation de protections solaires fixes ou mobile Contrôle et réduction des

apports de chaleur à la surface extérieure de

l’enveloppe Réduire les surfaces vitrées

Isolation des parois (intérieure, extérieure, intégrée) Contrôle et réduction des

transferts de chaleur à travers l’enveloppe du

bâtiment

Augmentation de l’inertie (construction de murs lourds, matériaux à changement de phase)

Remplacement des équipements existants (bureautique, éclairage…) par des équipements plus efficaces Réduction des apports

internes Optimiser les apports d’éclairage naturel lors de la conception du bâtiment

Utilisation de la végétation pour permettre l’évapotranspiration Installation d’ouvertures permettant la ventilation naturelle Installation d’un système d’extraction pour permettre la surventilation

Installation d’un puits climatique

Installation d’un système de refroidissement par évaporation Systèmes à faible

consommation permettant d’extraire de la chaleur du bâtiment ou d’augmenter les

vitesses d’air

Utilisation de ventilateurs de confort Installation d’une machine à absorption Climatisation solaire

Installation de machine à adsorption

3.1.3.2. Contrôle et réduction des apports de chaleur à la surface extérieure de l’enveloppe

Vitrages à faible facteur solaire

Un vitrage se caractérise principalement par trois grandeurs : le facteur solaire, le facteur de transmission lumineuse et le coefficient de déperdition thermique.

Le facteur solaire est la proportion du flux énergétique qui traverse la vitre comparé à l’énergie reçue à l’extérieur de la paroi vitrée. Il représente la somme du rayonnement transmis et celle du rayonnement absorbé puis retransmis vers l’intérieur par le vitrage, et s’exprime en pourcentage du rayonnement reçu. Idéalement, le facteur solaire doit être élevé en hiver pour que le bâtiment puisse bénéficier des apports solaires et faible en été pour éviter les surchauffes.

Le facteur de transmission lumineuse est le pourcentage de lumière solaire transmise. Plus ce coefficient est faible, moins la lumière naturelle est exploitée, et plus la consommation d’éclairage artificiel est importante.

Il est possible d’adapter le facteur solaire du vitrage au climat et à la nécessité de réduire ou d’augmenter les apports solaires.

Protections solaires

L’utilisation de protections solaires permet de réduire l’éblouissement (confort visuel) et les apports solaires extérieurs (confort thermique). Une protection solaire se caractérise principalement par son facteur solaire et sa transmission lumineuse, déjà présentés pour les vitrages.

Les protections situées à l’extérieure du bâtiment sont les plus efficaces pour lutter contre l’inconfort d’été car elles empêchent une partie du rayonnement de pénétrer le vitrage. Des exemples de protections mobiles sont donnés dans le Tableau 3.10 avec des valeurs caractéristiques de facteurs solaires.

Tableau 3.10. Exemples de protections solaires mobiles et de facteurs solaires typiques (Brown, 2000)

Store vénitien

intérieur Store écran

intérieur Store vénitien

extérieur Store écran

extérieur Banne

Description

Min 0,45 0,4 0,1 0,15 0,2

Facteurs

solaires Max 0,75 0,81 0,15 0,42 0,35

La mise en place de vitrages à faible facteur solaire et de protections solaires sont des actions d’amélioration du confort d’été applicables dans la majorité des bâtiments français. Nous les étudierons donc dans le présent chapitre.

3.1.3.3. Contrôle et réduction des transferts de chaleur à travers l’enveloppe du bâtiment

Isolation

En France, l’augmentation du niveau d’isolation est une mesure dont l’objectif principal est de réduire les consommations de chauffage et dont l’impact sur le confort d’été peut être positif ou négatif selon les types de bâtiments et les climats. C’est pourquoi, nous avons choisi de ne pas considérer cette solution comme une action d’amélioration du confort d’été, mais comme une tendance inéluctable, dont l’impact sur le confort d’été doit être étudié.

Inertie

L’inertie du bâtiment permet de stocker temporairement la chaleur en journée, réduisant ainsi l’élévation de température le jour et l’augmentant la nuit. Lorsque cette chaleur peut être évacuée la nuit, grâce à la ventilation naturelle par exemple, une inertie importante permet alors de réduire les besoins de refroidissement et l’inconfort d’été.

Cependant, les moyens d’augmenter l’inertie en rénovation sont très limités. Il s’agit essentiellement de profiter au maximum de l’inertie existante en évitant par exemple les faux-plafonds ou les revêtements inutiles. Les matériaux à changement de phase pourraient être une solution mais, comme l’indique Varga et al. (2007), leur marché est encore instable et leur impact environnemental en termes de cycle de vie ne fait pas consensus. Dans la suite de l’étude, nous n’étudierons donc pas l’augmentation de l’inertie des bâtiments.

3.1.3.4. Réduction des apports internes

Dans le secteur tertiaire, une étude réalisée par Sidler (2002) sur des bâtiments de bureaux existants montrait que 40 % de la charge de climatisation s’expliquait par les apports internes. La réduction des apports internes présente alors le double avantage de diminuer à la fois la consommation liée à l’usage direct d’appareils électriques et de réduire l’inconfort et les besoins de refroidissement. Si les appareils

électroménagers et les systèmes de cuisson peuvent dans certains cas représenter des sources importantes d’apports de chaleur dans les bâtiments résidentiels, les apports internes y sont généralement plus faibles.

La réduction des apports internes sera étudiée par la suite, leur prise en compte devra tenir compte de la réduction des consommations directes, de la diminution de la climatisation et de l’augmentation du chauffage.

3.1.3.5. Systèmes à faible consommation permettant d’extraire de la chaleur du bâtiment ou d’augmenter les vitesses d’air

Seuls les systèmes de ventilation naturelle et mécanique seront étudiés par la suite, les autres systèmes (puits climatique, toit végétal…) présentent, selon nous, un potentiel d’utilisation limité dans les bâtiments existants.

Ventilation naturelle

La ventilation naturelle consiste à faire entrer, par des fenêtres ou des ouvrants spécifiques, de l’air extérieur à l’intérieur du bâtiment lorsque la différence de température entre l’intérieur et l’extérieur permet le rafraîchissement de ce dernier.

Si la ventilation naturelle est généralement contrôlée automatiquement dans les bâtiments climatisés, celle-ci est en premier lieu contrôlée par les occupants dans les bâtiments non climatisés. Il reste cependant possible d’ajouter des ouvrants spécifiques pour permettre une ventilation mieux optimisée ou de mettre en place un système de ventilation nocturne.

On différencie habituellement la ventilation mono-façade de la ventilation traversante. Dans le premier cas, la différence de température entre l’extérieur et l’intérieur est le moteur principal de la ventilation et les taux de renouvellement d’air sont généralement faibles. Grâce au vent et aux différences de pression, la ventilation traversante permet quant à elle d’obtenir des débits plus élevés.

Ventilation mécanique

La sur-ventilation mécanique consiste à refroidir un bâtiment en introduisant de l’air extérieur lorsque celui-ci présente une température inférieure à la température intérieure ; l’utilisation de ventilateurs permettant alors de garantir un taux minimum de renouvellement d’air quelles que soient les conditions extérieures. Le potentiel de telles solutions dépend des températures extérieure et intérieure, de l’inertie du bâtiment, des caractéristiques du ventilateur, de l’environnement du bâtiment…

La sur-ventilation mécanique peut être obtenue en installant un système d’extraction d’air ou en utilisant le système existant, dimensionné à des fins hygiéniques. Des simulations, effectuées pour des immeubles de bureaux (Grignon-Massé et al., 2009), ont montré que les résultats obtenus en termes d’économies d’énergie étaient très limités et très dépendants de l’efficacité du système de ventilation et des pertes de charge : selon les caractéristiques du système de ventilation existant, les conclusions changent radicalement, de la surconsommation d’énergie à la réalisation d’économies d’énergie. Etant donné les incertitudes importantes sur ces données (les connaissances sur les pertes de charge des systèmes existants sont rares) et le potentiel limité de cette solution, il nous a semblé pertinent de ne pas aborder la sur-ventilation mécanique effectuée par un système existant.

Au contraire, nous étudierons les systèmes spécifiques de sur-ventilation qui sont supposés dimensionnés dans ce but et mis en place lorsque les pertes de charges peuvent être faibles.

Ventilateurs de confort

L’efficacité énergétique des ventilateurs de confort a été étudiée en marge de cette thèse. Une analyse de ces produits ainsi qu’un travail de caractérisation de leur usage en Europe et de leur potentiel d’amélioration ont notamment été menés (Adnot et al. (2009), Grignon-Massé et al. (2006), Rivière et al. (2009)).

L’étude de l’efficacité énergétique des ventilateurs de confort reposait sur le choix du débit d’air comme unité fonctionnelle, une approche qui s’avère ici insuffisante. Le confort dépendant des vitesses d’air au voisinage du corps, il aurait fallu étudier les profils de vitesse créés par ces appareils

dans des pièces de référence, ce qui n’a pu être réalisé en détail. De plus, comme discuté au chapitre 2, l’utilisation de ce type d’appareils est probablement incluse dans les zones de confort adaptatives et donc déjà prise en compte dans notre évaluation du confort.

Les systèmes d’amélioration du confort d’été par augmentation des vitesses d’air au voisinage des occupants (ventilateurs de bureaux, ventilateurs de plafond…) ne seront donc pas étudiés par la suite.

3.1.3.6. Climatisation solaire

Concernant les systèmes de climatisation solaire, il n’existe pas aujourd’hui d’offres clé-en-main sur le marché ou alors à des coûts très élevés. Lors de cette thèse, nous n’avons pas eu la possibilité d’étudier leur potentiel de développement et ils ne sont donc pas retenus pour la suite. Cependant, même dans le cas d’un développement de ces solutions dans les années à venir, elles formeront un marché correspondant plutôt à des utilisations de climatisations centralisées, et leur impact sur la pénétration de la climatisation individuelle devrait rester limité.

3.1.3.7. Portfolio de solutions de rénovation étudiées Au final, nous avons choisi de nous concentrer sur les solutions suivantes :

- vitrages performants, - protections solaires,

- réduction des apports internes : équipements et éclairage, - ventilation naturelle (diurne/nocturne),

- sur-ventilation mécanique.

3.2 Etude du potentiel d’actions portant sur l’enveloppe et