Guide Bio Tech Confort d Ete Passif

8/12/2019 Guide Bio Tech Confort d Ete Passif

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Confortdtpassif


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1 ENJEUXETCONTEXTE

42LECONFORTTHERMIQUE

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2.1 Lesparamtresdu confort thermique

7

2.2 Lesmodlesdu confort thermique

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3LECLIMAT

17

3.1 Lesdonnesclimatiques

17

3.2 Lescorrectionsaux donnesdesstationsmto

19

3.3 Le climat dimensionnant

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4LESSOLUTIONSARCHITECTURALESET TECHNIQUES

234.1 Larchitecturebioclimatique

23

4.2Lenvironnementextrieur: crer des lots de fracheur

25

4.3 Rduire les charges internes

28

4.4 Les chargesexternes

35

4.5 Les inerties

40

4.6 Laventilation

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4.7 Les solutions techniques faible consommationdnergie45

4.8Lesspcificitsde la rhabilitation

49

5 LESMTHODESDECALCULS

53

5.1 Lessimulations thermiquesdynamiques

53

5.2Lesmthodessimplifies, sur lepouce

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6EXEMPLES

637 BIBLIOGRAPHIE

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7.1 Les fondamentaux

68

7.2 Larchitecture

68

7.3 Lesnormes

68

7.4 Pour en savoir plus sur leconfort thermiquedt

68

7.5 Approchepsychosociologiqueduconfort thermiquedt69

7.6 Llotdechaleururbain

69

7.7 Levent

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8LESDIXREFLEXESQUIPEUVENTVITERLACLIMATISATION71

Pilotage :LICEB, Alain Bornarel (TRIBU)

Rdaction :Ouvrage ralis la suite dun groupe de travail de lICEB, coordonn par Alain Bornarel (TRIBU)avec les contributions de Alain Bornarel (TRIBU), Sophie Brindel Beth (SLH), Baptiste Brisedou(Albert & Cie), Eric Bussolino (AIA), Sonia Cortesse (ADSC), Jacques Fradin (IME), Yasmine Mansouri(Elan), Franois Xavier Monaco (Les ENR), Michel Raoust (Terao), Marc Serieis (Albert&Cie).

Coordination ditoriale :Pascale Gorges, Pascale Cron ARENE le-de-France

Excution graphique :Caroline Rampon - [email protected]

Crdits photographiques :Alto Ingnierie, Tribu, Terao, Arval, Rhau, Helios Ventilateurs, S. Brindhel-Beth,Arval, Atelier Philippe Madec, ARENE le-de-France, Tribu.

Illustrations main leve : Yvan Fouquet (Atelier BAM)

Date dimpression :Avril 2014, imprim sur du papier 100 % recycl co-label europen

Imprimeur : Prestaprint

ISBN EAN : 978-2-911-533-07-5

SOMMAIRE


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Cette dition de la srie des guides BIO-TECH , que vous proposentlARENE le-de-France et lICEB dveloppe le thme du confort dt passif.Son ambition est daccompagner et dtayer la ncessaire mutation despratiques professionnelles. En effet, issus dune poque o lnergie taitabondante et bon march, les normes et standards incitent, de fait, la climatisation. Celle-ci est devenue la rgle et contribue sur tous lescontinents, et aussi le ntre, aggraver le rchauffement climatique et renforcer notre dpendance nergtique.

Ce guide vise vulgariser les normes, standards, mthodes de calcul etsolutions architecturales et techniques du confort dt passif. La concep-tion de nouveaux btiments faibles besoins de chauffage, bien isolset profitant des apports solaires, peut gnrer des inconforts en t sicette question nest pas traite en simultan. Elle oblige les concepteurs semparer de cette problmatique. Vivre bien en t, sans climatisationni rafrachissement, cest possible.

Ce faisant, lICEB inscrit son action dans la continuit de celle de ses coll-gues des DOM TOM qui dfendent ces solutions passives depuis longtemps.

Outre-Atlantique, depuis 2009, au sein de lASHRAE (American Society ofHeating, Refrigerating, and Air-Conditioning Engineers), les professionnelsfont galement voluer, dans ce sens, les rgles et standards du confortdt.

LARENE, quant elle, accompagne les acteurs franciliens autour des ques-tions de lnergie et du climat, et plus particulirement les dmarches plan climat nergie territorial des collectivits. Elle aide rflchir,dans le contexte rgional, autour des dmarches les plus innovantes, tellecelle du bti vernaculaire qui contribue lamlioration de notre environ-nement et de notre habitat.

Loin du recours habituel aux systmes nergivores, ce guide dmontreque les solutions aux problmes du confort dt relvent la fois descomportements, du paysage, avec lamnagement et la vgtalisation desespaces extrieurs, et aussi de larchitecture, avec des btiments conusavec une enveloppe rigoureusement ferme aux charges solaires dt etlargement ouverte la ventilation naturelle.

Les explications, trs pdagogiques, sur les fondamentaux du confortdt, les outils de mesure et de calcul et la prsentation de nombreusessolutions architecturales et techniques font de ce guide un vritable outil

daide la conception.

Marc LipinskiPrsident de lARENE le-de-France

Christine LecerfPrsidente de lICEB


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1.Enjeuxetcontexte

Sige IGN Mto France Saint Mand Laura Carducci

A travers lhistoire, de nombreux philosophesont dcrit la recherche du bonheur comme lapremire et plus essentielle motivation duntre humain. Le confort thermique est unecomposante de ce bonheur qui contribue aubien-tre de lindividu en environnement cons-truit.

Pendant des sicles, les hommes se sont effor-cs de traiter le confort en t de faon passive,par larchitecture et la morphologie urbaine. Lesannes 70, avec le dveloppement de la clima-tisation, reprsentent une rvolution culturellepour la notion de confort dt.

Nous sommes la veille dune autre rvolutionculturelle du mme type. En effet, la probl-matique du confort dt va occuper une placeprincipale dans les annes venir. Le change-ment climatique, dont le rchauffement, dj

sensible sur les dix dernires annes, va simpo-ser et repousser, loin vers le nord, la limite ausud de laquelle les questions dt deviennentprpondrantes sur les questions dhiver1. Lesconditions sont runies pour transfrer verslt et vers les demandes de climatisationles problmes de pointe de consommationque nous connaissons aujourdhui en hiver. Lararfaction des nergies et leur cot croissantvont favoriser une approche passive de cetteproblmatique.

Cest une opportunit tout fait intressantepour nous autres concepteurs, celle dimaginerles solutions architecturales et techniques pas-sives qui devront prendre le relai du tout cli-matisation des annes dnergie abondante etbon march, et faire en sorte que les btimentsque nous imaginons aujourdhui ne soient pas

obsoltes dans une dizaine dannes.

1 -selon le scnario A2 du GIEC, les tempratures de lhexagone, la n du sicle, augmenteraient selon un gradiant NO-SE de 3C en littoral atlantique 4Cau SE dune ligne Strasbourg-Toulouse


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BIO-TECH

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Techniquement, ces solutions existent et sontdj mises en uvre sur un certain nombrede btiments en France mtropolitaine et dansles pays voisins, mais aussi plus largementdans les pays du Sud qui connaissent dj desconditions climatiques dt rigoureuses etun accs lnergie difficile. Les principauxobstacles au dveloppement de ces techniquespassives ne sont donc pas techniques mais

culturelles et rglementaires.Culturels dabord

Si on examine le dveloppement de la cli-matisation sur les dernires dcennies, onconstate quun certain standard de confortsest dabord impos dans les surfaces com-merciales et les bureaux, certes justifi parune inflation incontrle des charges internes(clairage, bureautique, quipements),mais aussi des apports solaires favoriss parla mode architecturale du tout vitr sans pro-tection solaire. Puis ont t atteints dautres

secteurs, dans lesquels les justifications sontmoins videntes : lautomobile, le logementAujourdhui, la chane du froid est assure, dela maison au bureau en passant par la voiture.Au nom de la modernit et dun certain statutsocial, un standard de confort sest imposchez nous et a remplac dautres conceptionsdu confort qui prexistaient. Et pourtant, laclimatisation nquipe quune part minime desbtiments dans le monde et, l o elle estpratique, le confort quelle est sense offrirest loin de faire lunanimit.

Rglementaires ensuite

La victoire de ce standard a t largementfavorise, comme toujours, par larsenal nor-matif. Les dbats qui avaient accompagn lanaissance de la norme 77302, dans les annes60 se sont teints par KO. Celle-ci est devenuela rfrence universelle sous tous les climatset dans tous types de btiments : cest elle quisimpose dans tous nos cahiers des charges.Il a fallu attendre la premire dcennie de cesicle pour voir une volution du contextenormatif adapt aux conditions dt et aux

btiments non climatiss, avec le confortauto-adaptatif et la valorisation de la vitessedair. Nous disposons aujourdhui dun outil-lage normatif nouveau et adapt quil sagitde faire connatre. Cest un des objets de cetouvrage.

Les dbats sur la transition nergtique sontengags en France et dans le monde entier : aucur des dbats, les changes dinformationet danalyse sur la question du changementclimatique.

La mise en uvre du confort dt passifdpend donc du contexte climatologique,et des donnes climatologiques retenues. Ilsagit donc de baser les calculs sur les donnesstatistiques les plus rcentes. Il ne nous appa-rat pas pertinent de dimensionner les projetssur des situations extrmes, mme si celles-ci devraient se multiplier. Il est sans douteprfrable de rechercher et anticiper pour ces

priodes, des solutions palliatives : modi-fication des horaires, mise disposition dunesalle rafrachie...

Nous verrons que cette conception du confortdt passif implique des arbitrages t/hi-ver et une approche globale, ds la concep-tion, qui va de lenvironnement extrieur lamnagement et lutilisation du btiment,dans une logique vertueuse. Lapproche propo-se et les solutions dveloppes sinscriventdans une gestion responsable, et sur le longterme, du patrimoine naturel, bti et culturel,

mais aussi dans une approche critique de lacroyance en la toute-puissance technique.

Les informations et points de vue expossdans ce guide rsultent du travail critiquede mise en commun dexpriences de pro-fessionnels impliqus dans leurs pratiques,qui nhsitent pas dbattre ce pro-pos et mettre disposition leursavoir-faire.

2 -NF ISO 7730, la norme actuelle de rfrence sur le confort thermique


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Centre nologique de Saint Christol Philippe Madec


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2.1 - Les paramtresdu confort thermique

La thermorgulation humaine

La thermorgulation comporte une dimensioncomportementale et une autre physiologique.Outre leur rapide description, nous allonsapprofondir quelque peu linteraction entreces deux dimensions et les consquences entermes de recommandations pour la gestion du

confort dt en contexte bti. Cette analysesappuie largement sur les travaux en psycho-logie cognitive et comportementale mens,entre autres, par Jacques Fradin et lInstitutde Mdecine Environnementale.

Elle est dabord comportementale

Comme tout animal, ltre humain sait naturel-lement rguler sa temprature en adaptant sescomportements. Ainsi, en contexte chaud, ilva rechercher lombre et le frais, shydrater, seventiler, rduire son activit ou mme, parfois,

la suspendre par une sieste au plus chaud dela journe. En milieu plus urbain, il pourra enoutre allger ou arer son habillement, ou mettredes protections contre le rayonnement solaire,comme des chapeaux et des habits lgers

Ltre humain (au-del des rgions subtropicalesafricaines dont il est issu) sest peu peu installdans des contres plus inhospitalires pour lui,dsertiques ou au climat plus froid ou contrast

Pour se protger, principalement du froidhivernal et/ou nocturne, il a appris crer

des habitats artificiels, dabord disperss puisregroups (hameaux, bourgs, villes). Or lenvi-ronnement urbain contemporain force souvent

la rclusion prolonge dans des btiments

plus ou moins quips pour faire face lachaleur (ils le sont surtout face au froid), et,ceci, notamment aux heures les plus chaudesde lt et de la journe. Outre lhabitat, lesconditions de travail se sont considrablementtransformes avec lindustrialisation et la viede bureau (horaires imposs, tenues profes-sionnelles de rigueur, postes de travail souventfixes, cadences soutenues).

linverse, les habitats et les modes de vieruraux traditionnels permettent ordinairement

de changer dexposition ou dtage, de sortiret mme de grer son rythme de travail et devie en fonction de lenvironnement.

En bridant fortement ladaptation comporte-mentale spontane, tant spatiale (poste detravail fixe, appartements non traversant)que temporelle (horaires de travail, rythmessociaux), les environnements et modes devie contemporains imposent soit une adap-tation physiologique qui se rvle souventpnible ou inconfortable comme nous allons levoir, soit une gestion thermique du btiment,

qui, si elle nest pas prise en compte ds laconception, induit une rponse nergivore etpolluante : la climatisation !

Et comme notre systme nerveux est naturel-lement programm pour rechercher le moindreeffort, il nous poussera naturellement, entreinconfort et confort, vers le second choix :celui de la climatisation. Il faut donc toutfaire pour rduire ce dilemme cornlien, entre satisfaire son confort individuel immdiat et viter le changement climatique dedemain , ceci en :

>redonnant plus de libert dadaptationcomportementale aux individus, notamment

2.Leconfortthermique


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en situation de travail. Le devoir de conseildes programmistes, AMO, ou architectesconcerne aussi lusage des btiments du-rables, par exemple lhabillement, la gestiondes horaires et des lieux

> amnageant des espaces de travail ou devie plus naturellement confortables, cest dire bioclimatiques, sans avoir besoin dunrecours la climatisation.

De ce point de vue, lexemple du Japon post-Fukushima est instructif. Contraints par unebaisse drastique dlectricit due la ferme-ture des centrales nuclaires, les japonais ontbien t obligs de remettre en cause certainsstandards dhabillement ou dhoraires.

La rgulation physiologique nintervientquen dernier recours

La thermorgulation physiologique porte surles effets physiques modifiant les changes

entre le corps et son environnement : frissonsou transpiration, vasoconstriction ou vaso-dilatation selon quon combat le froid ou lechaud. Quant la temprature du corps, elledpend fortement de lactivit : un individuau repos produira moins de chaleur que celuiqui travaille ou celui qui pratique une activitphysique intense.

La rgulation physiologique est un phnomnerelativement nouveau lchelle de lvolutiondes espces, puisque les animaux sang froidont largement prcd ceux sang chaud. La

thermogense (animaux sang chaud) est unacquis rcent de lvolution, qui a permisllargissement du biotope des espces concer-nes, dont la ntre.

La sudation, qui permet dabaisser la temp-rature grce la raction endothermique3delvaporation de leau, est dapparition rcente.De nombreux mammifres et les oiseaux netranspirent pas, sinon par la langue et la res-piration, quils acclrent pour se rafraichir !

Pour prcieuse quelle soit, cette adaptation

physiologique au chaud et au froid ninter-vient donc quen second lieu. Nous restons des

lzards par dfaut , qui cherchent le soleil(ou mettent un pull-over) pour se rchauffer,avant dtre des animaux thermorguls ! Largulation physiologique nintervient quaprsdpassement ou inhibition de nos capacits derponse comportementale.

Donc :

>Ltre humain est naturellement mieux quip

pour supporter le chaud que le froid (mmesil existe des diffrences psychologiquesvoire physiologiques inter-individuelles.

>Ladaptation physiologique est coteuse carelle nous fait perdre de leau et des minrauxet ralentit les mtabolismes nergtiques(afin surtout de limiter la production dechaleur), elle est donc ressentie commefatigante

>Dune faon gnrale, ladaptation compor-tementale est donc plus conome que lerecours physiologique. Spontanment, nous

la prfrons car elle demande moins deffort.On comprend mieux pourquoi la climatisation,qui est dabord un produit des modes de viemodernes, induit ,en retour, des comportementsde passivit puisquelle nous dispense de prendredautres prcautions, comportementales, socialeset architecturales !

Les facteurs psychosociologiques duconfort

Mais lefficacit de la thermorgulation nestpas quun quilibre physique mcanique. Elledpend aussi, et grandement, de ltat psycho-sociologique dans lequel se trouve lindividusautorgulant.

Le stress rduit la tolrance la chaleur

La tolrance la chaleur est dgrade par laprsence conjointe dautres facteurs nga-tifs. Ainsi, le stress rduit cette tolrance.Et le stress redevient omniprsent, notammentparce que notre monde occidental (re)dcouvre

le changement permanent pour ne pas direlinstabilit, lincertitude voire linscurit

3 - raction qui ncessite un apport dnergie donc produit du froid


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Or le stress augmente nos mtabolismes ner-gtiques pour faire face au danger, ce qui nousrend dans le mme temps plus intolrant lachaleur.

Le milieu professionnel, grand producteur destress, est aussi un environnement que lonsubit. linverse, en vacances o lon est, silon peut dire, plus calme et consentant ,on supporte bien plus facilement la chaleur,et certains mme la recherchent. Il faut direque la chaleur auto-inflige, parfois extrme(par exemple sur la plage en plein cur dejourne), est prsente comme symbole devacances et de dtente, ce qui montre lenvique le bonheur est parfois bien diffrentdu plaisir physiologique...

Ladaptation en tant que mode mental

Nos sensations de confort et dinconfort nerelvent pas seulement de notre physiologieou mme de nos motions et de notre culture.Elles mettent aussi en jeu nos capacits dadap-tation individuelles, qui nous permettent parexemple daffronter un dsagrment, de nouspriver dun plaisir immdiat parce que notreraison nous en claire quelques inconvnientscachs ou potentiels. Or le mode de penseadaptatif nest pas seulement raisonnable etparfois frustrant, il modifie surtout notreperception mme du plaisir et du dplaisir etde nos relations sociales. Ainsi, il nous renddavantage capable de nous individualiser, detransformer un obstacle en opportunit, de

dcouvrir dautres formes de plaisir, commela crativit, lapprofondissement, le dpasse-ment de soi

Pourtant, cette prcieuse capacit, qui estau cur de la crativit et de la richesse descultures humaines, nest pas totalement inne.Nous portons tous en nous cette potentialitmais nous ny accdons quau travers duneprparation culturelle, entre science, psycho-logie, philosophie et sagesse populaire...

Daprs les travaux concernant les modesmentaux dirigs, entre autres, par J.S. Evans(Universit de Plymouth) ou K.R. Ridderinkhof(Universit dAmsterdam), notre cerveau esten bascule entre deux grands modes defonctionnement ou modes mentaux , quiconstituent deux facettes la fois compl-mentaires et opposes de son fonctionnement.Lun, dit mode mental automatique, gre avec

succs les situations connues et matrises.Lautre est plutt spcialis dans la gestiondes situations inconnues et risque. Notrecerveau fonctionne lconomie et solliciteen premier lieu les processus automatiques. Leproblme survient lorsque ces processus sontmaintenus alors quils ne sont pas adapts la situation.

Ladaptation dpend aussi de la motivation

Par ailleurs, la littrature scientifique4 reliesouvent les attitudes et comportements environ-

nementaux, dune part, et les valeurs, dautrepart. Ainsi, ladhsion une norme socialepro-environnementale, par exemple la consignedhiver 19C, est positivement associe auxvaleurs de dpassement de soi, tandis que laprise de recul par rapport cette norme estpositivement lie aux valeurs daffirmation desoi. Mais, le discours moralisateur ne semblepas marcher (ce qui explique au moins enpartie les rsultats limits des politiques deconscientisation ou de dramatisation). Seulesles motivations profondes (constitutives de nosprfrences spontanes et idaux) ou la convic-tion personnelle, qui donnent son sens notrevie et nous assurent une vie sociale quilibre(que lon peut confondre avec les valeurs plus rigides et dont on a hrit), permettentde trouver lnergie danticiper et dagir dans lelong terme (projets, visions).

4 - Pourquoi tre pro-environnemental ? Une approche socionormative des liens entrevaleurs et pro-environnementalisme, M. Becker, M.-L. Flon-neau, Socitfranaise de psychologie. Elsevier Masson SAS, 2009


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Les paramtres dambiance

Les paramtres dcrits plus haut sont dudomaine de lusage et de la vie du btiment.Ils dpendent de loccupant. Les paramtresdambiance sont les seuls paramtres sur les-quels peuvent agir les concepteurs.

Les tempratures

La temprature de lair et la temprature des paroiscrent les conditions des changes thermiquesentre le corps humain et lambiance. On peut agr-ger ces deux tempratures en un seul paramtre, latemprature oprative (ou temprature rsultante).En premire approximation et pour des vitessesfaibles, elle peut tre calcule comme la demi-somme des 2 tempratures dair et de paroi.

Lhumidit de lair

Elle cre les conditions des changes ther-miques par vaporation cutane. Elle sexprime

habituellement en humidit relative HR, rap-port exprim en pourcentage entre la quantitdeau contenue dans lair la temprature decet air et la quantit maximale deau que peutcontenir lair (saturation) cette mme tem-prature. La plage de confort est suffisammentlarge, de 30 % dhumidit relative 70 %,de sorte quen climat tempr, lhumidit estrarement un facteur dterminant du confort.

La vitesse de lair

Elle favorise lvapotranspiration et les changesthermiques par convection. Ce faisant, la vitessedair abaisse la temprature de surface, ce quiest intressant en t mais gnant en hiver. Ceteffet nest vraiment sensible quau-dessus dunevitesse de 0,20 m/s.

Les paramtres dinconforts localiss

Ils sont lis lhtrognit des ambiances.Ce sont :>linconfort par asymtrie de rayonnement. Il

provient dune trop grande diffrence de tem-prature de rayonnement de paroi de chaquect du corps. En condition dhiver une paroi

froide (fentre mal isole) dont la tempra-ture de surface serait de 10 12K infrieure celle des parois du local, peut crer un telinconfort. En condition dt, il faudrait une

diffrence de temprature beaucoup plusimportante pour quil y ait le mme inconfort,

> le gradient vertical traduit la diffrence detemprature entre la tte et les pieds. Mesurentre 0,10 m et 1,10 m, un gradient de plusde 3K est source dinconfort,

> la temprature de sol doit tre normalementcomprise entre 19 et 26C pour ne pas crerdinconfort.

2.2 - Les modlesdu confort thermique

Les standards, les normes et les modles decalcul ont accompagn, et mme encadr,lvolution de la notion de confort.

Aujourdhui, le contexte environnementala chang et cette notion moderne duconfort se trouve en dcalage avec les enjeux

environnementaux. Une volution des normesest amorce depuis quelques annes. Elle estencore peu visible dans les milieux profession-nels de lingnierie et de la matrise douvrage.Lobjet de ce chapitre est de la faire connatre.

Le modle de Fanger

Le modle de Fanger traduit lquation de lqui-libre thermique du corps humain. Il combine lesparamtres dambiance cits plus haut (temp-rature dair, temprature de paroi, humidit de

lair, vitesse de lair) aux paramtres de com-portement (habillement, activit) pour calculerun indicateur de confort reprsentant lavismoyen dun groupe important de personnes quiexprimerait un vote de sensation de confortthermique. Cet indicateur, le PMV (PredictedMean Vote), se mesure sur une chelle de sen-sation thermique 7 niveaux. Le modle a tconu en confrontant les quations physiquesavec des expriences ralises en chambreclimatique. Il a t valid, la fin des annes70 par enqute statistique sur un grand nombre

de personnes (500) places dans des conditionsthermiques donnes. Il permet de mesurer unesensibilit diffrents paramtres comporte-mentaux et dambiance.


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Plages de sensibilit la vitesse dair correspondant un PMV compris entre 0,5 et +0,5

Source : TRIBU - traitement partir de la norme 7730

Selon le modle de Fanger, des conditions op-timales de confort (PMV compris entre -0,5 et+0,5) sont obtenues sur une plage de temp-rature denviron 21C 26C dans des condi-tions classiques de travail de bureau dt.Le modle est trs sensible lhabillement(4C de diffrence entre une tenue dhiveret une tenue dt), lactivit (6C et plusentre une activit sdentaire et une marchesportive) et lhumidit : une baisse denviron

2C de la zone de confort pour une humiditrelative passant de 40 % prs de 100 %. Parcontre, une vitesse dair passant de 0 m/s 1 m/s nautorisera quune augmentation de1C de la plage de confort

Sur le modle de Fanger a t construite lanorme NF EN ISO 7730 qui est en vigueuraujourdhui. Cette norme reprend les qua-tions de Fanger pour le calcul du PMV et fixedes classes de PMV rapportes 3 classes deconfort A, B et C. La classe A (PMV comprisentre -0,5 et +0,5) est la plus souvent retenue.

La norme introduit 2 notions nouvelles :

>le PPD (Predicted Percentage Dissatisfied),pourcentage prvu de personnes en situa-tion dinconfort, pour lequel Fanger avaitdfini une corrlation avec le PMV,

>des indicateurs dinconforts locaux basssur les turbulences (DR) ou les diffrenceslocales de tempratures (PA).

Les modles de confort adaptatif

Au dbut des annes 2000, des travaux delASHRAE5montrent que le modle de Fanger estvalable, en t, pour les btiments climatissmais pas du tout dans les btiments ventilsnaturellement. En France, le laboratoire PHASEde lUniversit Paul Sabatier Toulouserejoint ces travaux et montre que la per-ception du confort thermique d-coule aussi dune apprciationaffective dun ressenti, etpas seulement dun

5 -LAmerican Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers, associationdes ingnieurs climaticiens des tats-Unis, tablit les rgles de calcul aux USAet dans de nombreux autres pays du globe


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Le modle adaptatif a servi de base lvolution de divers standards internationaux :

Le standard ASHRAE 55 de 2004

LASHRAE propose, en 2004, une correction de la zone de confort en fonction de la tempratureextrieure moyenne mensuelle.

ASHRAE 55 2004

dterminisme entre confort et conditions com-portementales et dambiance. Cette approche,dite du confort adaptatif , dmontre que lasensation de confort dpend aussi de ladapta-tion dun individu son environnement.

Ces travaux ont notamment montr que, dansles btiments ventils naturellement, la tem-prature extrieure, quand elle est plus leveen t, prdispose les individus une facultdadaptation accrue.

Corrlation entre la temprature de confort et la temprature extrieure

Source : ASHRAE

Source : ASHRAE - en ordonnes la temprature oprative. En abscisse, latemprature moyenne extrieure mensuelle


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Le Dutch adaptative standard (Pays-Bas)

Il prend comme rfrence ladaptativit lamoyenne glissante des tempratures ext-

rieures sur la dernire semaine mmorise parlindividu.

Dutch adaptative standard

34

32

30

28

26

24

22

20

18

165 10 15 20 25 30 35

temprature oprative recommande

temprature moyenne glissante hebdomadaire de lair extrieur

zone de

confort Azone de

confort B

zone de

confort C

plage PMV

7730 hiver

plage PMV

7730 t

Source : Bruxelles Environnement

La norme europenne EN 15251 de 2007

Applicable aux btiments ventils naturelle-ment, elle fait voluer la 7730 et le strict calculselon Fanger du PMV. La plage centrale (zone deconfort A) correspond un PMV compris entre-0,5 et +0,5. Une telle approche du confort

adaptatif, applique la semaine caniculairedaot 2003, aurait donn comme plage opti-mum de confort (plage A) la plage [25 31C].Alors quune stricte application de la norme7730 limite cette plage A [22 26C].

EN 15251 2007

Source : TRIBU partir de la norme EN 15251


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Le diagramme de Givoni

Source : TRIBU

La plage 0 m/s correspond aux modles deconfort classiques (valables jusqu 0,20 m/s).La plage 0,5 m/s peut tre atteinte avec des

dispositions de ventilation naturelle.

Les vitesses suprieures ne peuvent tre at-teintes que grce des dispositifs mcaniques(brasseurs dair), dans le cadre des plages de

vitesse confortables dcrites plus haut.

Les modles de la vitesse dair

En confort dt, et pour les btiments nonclimatiss, la principale limite du modle deFanger est sa sensibilit la vitesse de lair quia toujours, quelle que soit la temprature, unimpact ngatif (au mieux neutre au-dessus de32C) sur le confort.

Cet inconfort, li des vitesses dair sup-rieures 0,2 m/s, est rel en conditionsdhiver et de chauffage, soit pour des temp-ratures opratives infrieures 25C. Ce nestplus vrai pour des tempratures plus leves.Au contraire, en facilitant lvapotranspirationet en liminant la mouillure cutane , desvitesses dair plus leves sur la peau am-liorent le confort. Cest leffet brise dt .

Le modle de Givoni

tabli par Burach Givoni peu prs la mmepoque que le modle de Fanger, ce modlede dtermination du confort thermique intgrelvapotranspiration. Issu de ce modle, le dia-gramme de Givoni, tabli pour une activit s-dentaire et avec un habillement adapt lt,dfinit, sur le diagramme de lair humide, deszones de confort correspondant diffrentesplages de vitesse dair (jusqu 1,5 m/s, vitesseau-del de laquelle un risque de nuisanceexiste). Largement utilis en Amrique du Sudet dans les DOM TOM, il a fait lobjet dtudesrcentes menes par le laboratoire PIMENT delUniversit de la Runion et revalid par unesrie denqutes sur un btiment non climatis(IUP de Saint-Pierre).

0,5 m/s

1,5 m/s

1 m/s

0 m/s

3432302822 24 2618 20

100 % 80 %

60 %

40 %

20 %

temprature rsultante (C)

humidit relative (%)

0,020

0,015

0,010

0,005

humidit absolue

(kgeau/kgair)


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15

Le standard 55-2009 de ASHRAE

Les rgles ASHRAE de 2004 ont rcemmentvolu, en 2009, en intgrant la prise encompte de la vitesse dair dans la dtermina-tion du confort thermique pour les btimentsnon climatiss.

Elles reprennent sensiblement les plages deconfort de Givoni pour les humidits relativesfaibles et modres.

Standard ASHRAE 55 2009

Source : TRIBU

0 m/s

3432302822 24 2618 20

100 % 80 %

60 %

40 %

20 %

humidit relative (%)

tempraturersultante(C)

0,020

0,015

0,010

0,005

humidit absolue(kgeau/kgair)

calcul spcifique exige

< 0,1 m/s

0,5 m/s

1 m/s


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Ilet du Centre Saint Pierre (Runion) Antoine Perrau et Michel Reynaud


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17CONFORT DT PASSIF

3.1 - Les donnesclimatiques

Quelles donnes climatiques ?

Il ny a pas de conception dite bioclimatiquesans une connaissance rigoureuse des donnesclimatiques locales du projet considr. Ledegr de caractrisation locale dun climatpeut varier en subtilit, selon le zonage cli-matique et le nombre de stations de mesuresdisponibles dans un pays donn.

Il sagit de bien connatre lvolution des don-nes classiques de temprature sche de lair,de lhumidit et donc des variables associesimportantes comme la temprature humide oula temprature de rose, la vitesse et directiondu vent, le rayonnement solaire direct et dif-fus et la pluviomtrie. De plus, indirectementdfini par les variables dcrites ci-dessus, latemprature du sol au contact du btiment estgalement une condition limite importante estimer correctement. Enfin, en parallle desdonnes de rayonnement solaire, les donnesde luminosit extrieure sont galement

importantes pour valuer lclairement natureldans les locaux.

Il existe deux types fondamentaux de donnesclimatiques : les donnes dites reprsenta-tives, gnralement pour une priode trente-naire, et drives de mesures et dalgorithmes.Et puis il y a les sries de donnes mesuressur une certaine priode de temps. Lusage deces deux formats est diffrent. Les donnesreprsentatives sont utilises en conceptionet par suite pour raliser des estimations debesoins, consommation et confort. Les don-nes mesures peuvent tre utilises dans lecadre dun contrat de performance nergtiqueavec protocole strict de mesure et vrification.

Ces donnes mesures sont souvent incomplteset ncessitent des extrapolations pour remplirles trous qui peuvent aussi tre remplacs pardes extraits du fichier reprsentatif.

La temprature du sol est indirectement unedonne climatique et il est important de bienla dfinir, en particulier pour des projets RDCou R+1 de plain-pied pour lesquels la contri-bution thermique relative du plancher baspeut devenir importante. Il est recommanddeffectuer un calcul en diffrence finie pourdterminer ce paramtre de faon rigoureuse.

Sources et prsentation des donnes

Les donnes climatiques sont aussi caract-rises par leur fiabilit. La notion de sourcede la base de donnes climatique utilise estcruciale. De nombreuses bases de donnes parpays existent. Parmi les sources de donnesinternationales considres comme fiables, onpeut citer IWEC (International Weather forEnergy Calculations) ou SWERA (Solar andWind Energy Resource Assessment). La basede donnes suisse METEONORM, base sur 8 000stations rparties sur la plante, reprsente unebonne compilation de donnes mto.

Le plus souvent, les sources de donnesmto se distingueront plus par la faon dontle rayonnement solaire est modlis que parles DJU (Degrs Jour Unifis). Ces derniersprsentent en effet gnralement une bonnehomognit entre les divers formats de don-nes. En revanche, nous avons dj observ degrandes diffrences sur la rpartition entre lapart directe et diffuse du rayonnement solaireentre des formats IWEC et des formats SWERA.Cela est important considrer quand on veutdimensionner des protections solaires ou des

systmes solaires photovoltaques ou ther-miques. Il nest pas question ici de dparta-ger ces formats, mais bien de mettre laccent

3.Leclimat


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sur le fait que les concepteurs doivent treconscients des caractristiques des formats dedonnes utiliss et doivent toujours prciserdans leurs rapports lorigine des donnes cli-matiques utilises.

Les donnes sont disponibles sous forme desries horaires, quotidiennes, mensuelles etannuelles et prsentent diverses statistiques

utiles pour caractriser le climat. Les donnesclimatiques peuvent tre prsentes sousdiverses formes dont les plus classiques sont :

> diagramme chronologique (graphique),

> tableau,

> histogramme,

> courbes de frquences cumules,

> cartographie.

Exemples de prsentation de donnes climatiques

Relevs en temps rel disponibles sur internet (donnes horaires), fichier climatique reprsentatif (donnesquotidiennes), cartographie franaise des tempratures reprsentatives - Source : Mto France

Exemples de statistiques

Statistiques mensuelles de temprature sche pour la station PARIS / ORLY

Jan. Fv. Mar. Avr. Mai Juin Juil. Aot Sep. Oct. Nov. Dc.

Max 13,5 11,3 17 22 26,3 26 30 30 27,5 22,7 15 13,2

Jour/heure 14/16 3/19 13/15 21/17 26/16 22/15 2/14 5/16 1/16 15/16 1/16 2/16

Min -5,2 -4 -1,5 0,8 6 7 10 9 6,9 1,1 -1,1 -6

Jour/heure 27/3 18/8 3/7 1/6 4/5 5/5 19/5 2/5 18/4 5/4 29/7 30/8

Moyennequotidienne

3,9 4,2 7 10 14,3 16,8 19,4 19,7 15,7 11,3 6,4 4,5

Source : IWEC


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BIO-TECH

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Les donnes climatiques sutilisent sousdiverses frquences selon les caractristiquesque lon cherche tudier. Par exemple :

> Les donnes annuelles sont souvent utili-ses comme des sommes, par exemple pourvaluer le gisement solaire pour les nergiesrenouvelables ou le solaire passif.

> Les donnes mensuelles sont usuellementutilises pour caractriser les tempratures

et humidits dun lieu. Elles sont aussiutilises pour le rayonnement solaire dansles mthodes simplifies dvaluation dugisement solaire.

> Les donnes quotidiennes sont typiquementutilises pour la dfinition des degrs-jours,qui servent faire une estimation simplifiedes besoins de chauffage et caractrisentjusqu un certain degr les besoins de cli-matisation.

> Enfin les donnes horaires sont utilises dansles simulations thermiques dynamiques et

sont galement des donnes indispensablespour identifier les maxima et minima dunlieu. On peut galement en extraire nimportequelle statistique dsire lors des tudes.

3.2 - Les correctionsaux donnes des stationsmto

Limpact du rchauffement clima-

tique sur la pratique professionnelle

La question de savoir sil faut prendre encompte le rchauffement climatique ou nonpour lestimation ajuste des tempratures delair revient souvent durant les projets et nefait lobjet daucun consensus. En fait cetteinterrogation cache deux problmatiques dif-frentes :

> celle de laugmentation rgulire desmoyennes climatiques, dj constate et quiperdurera dans les annes venir,

> celle de la prise en compte des priodescaniculaires.

Le premier effet doit tre intgr dans lestudes au fur et mesure de la fourniturede donnes statistiques suffisantes. Il sagitdonc de baser les calculs sur les donnesstatistiques les plus rcentes. Par contredimensionner sur des conditions caniculairespour assurer un confort classique conduit linterdiction des solutions passives et au sur-dimensionnement des installations de rafra-

chissement. Deux consquences aujourdhuinon supportables pour la plante. On ne peutdimensionner sur des situations extrmes,mme si celles-ci vont se multiplier. Il estsans doute prfrable de rechercher, pour cespriodes, des solutions palliatives : modi-fication des horaires, mise disposition dunesalle rafraichie

En revanche, il peut toujours tre intressantde vrifier comment une solution, dimen-sionne dans des conditions climatiques plusnormales, se comporte en priode de canicule.

La manipulation pour simuler le rchauf-fement climatique dans les fichiers mtorolo-gique est relativement simple, encore faut-ilutiliser des donnes qui correspondent laralit. Pour un projet de rafrachissementnaturel, la priode caniculaire de lt 2003constitue un modle satisfaisant dune mtoavec rchauffement climatique.

Lorsque les tempratures sont modifies ausein dun fichier climatique, il ne faut pasperdre de vue que ce dernier est un ensemblede variables qui doivent rester cohrentesentre elles. Ainsi, une modification de latemprature sche de lair entraine galementune modification manuelle de la tempraturede rose si aucune hypothse de changementnest faite sur lhumidit spcifique du lieu. Unchangement de temprature humidit sp-cifique constante entrane un changementdhumidit relative. Ne pas faire ceschangements entrainera notammentdes problmes de simulationthermique.


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Les spcificits locales

Les considrations ci-dessus sont plutt gn-rales. Elles caractrisent les donnes obtenues la station mto. Mais des spcificits localespeuvent modifier profondment les donnesmto entre la station et le projet.

Leffet dlot de chaleur urbain

Les tempratures annuelles moyennes peuventvarier de 1,5C entre le centre-ville et lescampagnes environnantes. Le 4 aot 2003, enpleine canicule, on a constat prs de 6C dediffrence de temprature entre les forts de lagrande priphrie parisienne et le centre-ville.

lot de chaleur urbain en le-de-France, la nuitdu 4 aot 2003

Source : Mto France

Le bon dimensionnement est quelque partentre les deux, mais cet effet ne peut pas trenglig dans ltude du confort dt. Pour destudes en milieu urbain, mieux vaut donc sebaser sur une station mto situe en ville. dfaut, une correction peut tre calcule.Elle est proportionnelle la distance de lalimite urbaine et la taille de la ville. On peutadmettre comme valeur approche :

Source : TRIBU, daprs la loi de T.R. OKE

Laltitude

Le CSTB propose la modulation suivante pourla temprature au niveau du sol en fonction delaltitude : -0,4C par 100 m en hiver et -0,7Cpar 100 m en t

La proximit de la mer

Du fait de cette proximit, les amplitudes annuelle

et quotidienne subissent une baisse denviron 2C,ce qui se traduit, pour les tempratures levesdt, par une baisse de 1,4 1,5C.

Le vent

La direction et la vitesse du vent sont trs sou-vent diffrentes de celles de la rose des vents dela station de mesure situe proximit. En effet,les impacts de la typologie du terrain entre lastation et la ville modifient dj ces donnes.Leffet peut tre faible ou important, cela dpendvidemment de la rugosit du terrain, de ses

reliefs. Une mthode simplifie dvaluation estfournie ci-dessous et des codes CFD (Computa-tional Fluid Dynamics) spcifiques permettent dedterminer ces donnes. Mais, pour dfinir uneapproche passive du confort dt dans laquellele vent joue un rle dterminant, il peut treintressant de faire des mesures in situ.

3.3 - Le climatdimensionnant

Les donnes climatiques sont dabord, dansla chronologie dun projet, des lmentsdimensionnants. Cela pose la question duchoix statistique fait pour dimensionnerles dispositifs et systmes du projet considr.

Les pratiques courantes de dimensionnementpour la climatisation et la dshumidificationdcrites par lASHRAE (load calculation appli-cation manual) sont bases sur des grandeursde dimensionnement correspondant 0,4 %,

1 % ou 2 % des frquences cumules doccur-rence. Les standards recommandent que lestempratures de 1 % doccurrence soient rete-nues pour les cas normaux.


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Les tempratures dimensionnantes, sur une courbe de frquences cumules

Source : Station de Trappes Mto France moyenne 1996-2005

En outre, il convient de noter que certainslocaux nont pas leur charge maximale declimatisation lors du jour le plus chaud maislors du jour o ils reoivent le plus dapportssolaires, ces deux jours ntant pas ncessaire-ment confondus selon la proportion de vitrage

et lorientation. De plus, le pic de tempratureintrieure ou le pic de charge ne concide pas

forcment avec le pic dapports solaires trans-mis ou le pic de temprature extrieure. Toutdpendra de linertie du local et des autres ap-ports internes. Seule une simulation thermiquedynamique permet de dterminer prcismentla valeur de ces pics et leur heure doccurrence

et ce, local par local.

Les tempratures de 0,4 % ou les extrmes sontrservs des cas exceptionnels (btiment quirequiert un contrle extrme des conditions,une exigence particulire de scurit).

Pour un dimensionnement de rafrachissementnaturel, loccurrence de 1 % des frquences cumu-les peut tre retenue. Une vrification dans desconditions de rchauffement climatique dimension-ne avec une occurrence de 2 % est suffisante.

> Choisir avec soin sa base de donnes et prciser lorigine des donnes dans le rapport ;

> Travailler sur les statistiques les plus rcentes ;

> Prendre en compte les adaptations locales et les pisodes climatiques fr-quents (altitude, bord de mer, lot de chaleur) ;

> Recaler systmatiquement les donnes vent ;> Dimensionner les projets courants sur des donnes

extrmes de frquence nexcdant pas 1 %.

LesconseilsdelICEB


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Lyce Jean Jaurs Saint-Clment-la-Rivire Pierre Tourre et Serge Sanchis


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Bien des raisons ont conduit la ralisation de ces gouffres nergtiques que reprsente une bonnepartie de la production des btiments des annes gaspillage. Parmi ces raisons, la croyance dans la

toute puissance de la technique occupe une place privilgie. Un systme de climatisation nergivorepermettait de ne pas se soucier des orientations qui contrarient lordonnancement urbain, de ne pas sepriver de grande baies vitres et de transparence et, au contraire, dviter les protections solaires quibrouillent la lecture de la faade Cest un luxe quon ne peut plus se permettre.

Il est temps dinverser la tendance. Et de parler, dabord, darchitecture responsable, qui senrichit dubioclimatique comme elle sest enrichi de la dcouverte du bton, de lallgement des structures oude la rarfaction du foncier. Donner la priorit larchitecture, cest dabord travailler sur lenveloppe,louvrage le plus impactant en matire de bioclimatique. Une chance, lenveloppe est aussi souvent lou-vrage le plus prenne du btiment : intressant pour un avenir durable. Aprs, quand on aura optimislenveloppe dans un arbitrage choisi entre lhiver et lt, il sera bien temps de sintresser aux systmesen commenant par les moins nergivores dentre eux.

4.Lessolutionsarchitecturales

ettechniques

4.1 - Larchitecturebioclimatique

Larchitecture bioclimatique est celle qui opti-mise le fonctionnement du btiment sur les

ressources (ou les nuisances) offertes par sonenvironnement extrieur (temprature, soleil,lumire, air). On peut aujourdhui tendrecette liste des phnomnes autres que ceuxdu climat (bruit, pollution) En loccurrencepour le confort dt, cest larchitecture qui :

> valorisera au maximum les sources de fra-cheur permanentes dans le voisinage (vg-taux, sols), ou celles qui napparaissentque temporairement (la nuit),

> utilisera au mieux les flux naturels (vent,lumire naturelle), dans leur configura-

tion estivale, pour couvrir les besoins deventilation, de qualit dair, dclairagenaturel

> mais aussi assurera la meilleure protectioncontre la chaleur extrieure et le rayonne-ment solaire, voire le bruit et la pollution

Cependant, une des principales difficults delapproche climatique dt rside dans le faitquon ne peut pas parler dune architecture

bioclimatique dt, indpendamment du fonc-tionnement du mme btiment et des mmessolutions climatiques en hiver et en mi-saison,ou de leur impact sur dautres proccupations(clairage, qualit de lair). La notiondarbitrage est donc au cur de la dmarchebioclimatique.

Effectivement, comme cit plus haut, lenve-loppe du btiment est au cur de la dmarche,puisquelle constitue linterface, le filtre, entrelambiance intrieure et son usage dun ct,lenvironnement extrieur et ses ressources de

lautre ct. Avec la difficult complmentaireque lusage, comme les ressources, peuventvarier dune faade lautre, dun instant


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lautre, et donc conduire des solutionsarchitecturales dynamiques dans le temps etdiffrencies selon les faades.

Mais, la dmarche bioclimatique ne se limitepas lenveloppe et met en jeu tous les choixde conception. De ce point de vue, elle peut sedcliner de la faon suivante :

Plan masse

La premire proccupation est de crer deslots de fracheur dans lamnagement desespaces extrieurs : plantations darbres, per-golas, plans deau, Tout aussi importantest le choix des orientations du btiment parrapport aux directions les moins ensoleillesou par rapport aux vents dominants dt : ildoit faire lobjet dun dlicat arbitrage hiver/t adapt au site et au climat spcifiques delopration.

Morphologie

La question se pose ds lorganisation deslments du programme dans lamnagementdes espaces intrieurs : puisque la dmarchebioclimatique est oriente, les localisationsfonctionnelles selon les diffrentes orienta-tions se choisissent en mettant en adquationlintrieur (activit, occupation, apports in-ternes) avec lenvironnement extrieur (soleil,vent, bruit, ).

La morphologie des btiments impacte leconfort dt. En effet lpaisseur des btiments

et leur hauteur apportent des contraintes dansle maintien du confort dt.

Laugmentation de lpaisseur des btimentsdgrade le confort dt car elle impose, pourconserver un confort visuel correct, une ouver-ture de faade plus importante qui entranedes apports extrieurs mal contrls. Cestla grande difficult rencontre actuellementpar les btiments de bureaux qui nont pluscomme choix que de rafraichir activement pourconserver un niveau de confort acceptable.Cette augmentation de lpaisseur rduit ga-lement la capacit des espaces tre ventilsnaturellement par la faade. En effet laccs la faade devient alors un luxe . Cest ainsi

que de plus en plus de logements ne peuventaccder la ventilation traversante.

La hauteur des btiments entrane la fermetureimprative des baies vitres (entre autres dansles Immeubles de Grande Hauteur). Cette fer-meture empche toute ventilation naturelle.Va-t-on tre obligs de climatiser les loge-ments que la recherche de mixit fonctionnelleconduit mettre dans ces tours ?

Enfin la morphologie en cube des btiments,particulirement efficace pour rduire lesdperditions nergtiques, est dfavorable auconfort dt qui ncessite, lui, un accs lafaade.

La ventilation naturelle, enfin, induit, si onveut quelle soit efficace, des choix morpho-logique particuliers : locaux ou logementstraversants, succession des locaux des picesprincipales aux pices humide dans le prolon-gement des vents dominants, dispositifs dechemine

Organisation des espaces

La localisation des diffrentes fonctions dunbtiment, si elle doit correspondre en premierlieu des besoins dusage, doit aussi imp-rativement intgrer en conception le risquede surchauffe. Au-del du raisonnement dunzonage par fonction, ncessaire mais non suf-fisant, une approche confort dt de lorgani-sation des espaces est imprative.

Cette question se pose particulirement sur lesespaces subissant de fortes charges internescomme une salle de classe ou un bureau. Unautre arbitrage entre confort dt et apportssolaires dhiver doit tre recherch. Dautresorientations doivent tre privilgies, commele nord qui apporte de la lumire naturelle touten minimisant les surchauffes.

Le besoin de ventilation naturelle dun espacedoit tre correctement assur, sa bonne localisa-tion dans le btiment est donc trs importante.Ainsi les salles de runions dans les btimentsde bureaux, souvent relgues en second journe peuvent pas tre ventiles correctement sielles nont pas un accs la faade.


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La cration despaces tampon, comme les pa-tios plants, est tout fait adapte au confortdt. Dautres espaces, les atriums ou les jar-dins dhiver sont dune conception beaucoupplus dlicate car les avantages quils procurenten hiver peuvent facilement se transformer ensurchauffe ds les beaux jours.

Enveloppe

Dans la conception des faades, la transparence(part des surfaces vitres), la solarisation (partdes surfaces vitres selon les orientations) etla porosit (part des faades ouverte lairextrieur) doivent faire lobjet dun arbitragedlicat entre t et hiver, mais aussi entreconfort thermique, consommations, clairagenaturel, ventilation naturelle Les moyensde ces arbitrages sont nombreux et divers :surfaces de baies vitres optimises (confortdt, clairage naturel, isolation), choixdes types de vitrages, choix de protections

solaires efficaces (extrieures), adaptes chaque orientation et chaque saison. Quelquesquestions sont au cur de ces choix : fentreunique multifonction ou diffrenciation desfonctions par composants ? Dispositifs fixes oumobiles ? Cest toute la question de la faadedynamique qui est pose.

Diffrents dispositifs architecturaux permettentde traiter la bioclimatique de cette peau :double peau, sur-toiture, toiture ou faadevgtalise, couleur des faades et toitures condition de donner ces dispositifs une vraie

fonction bioclimatique et de ne pas les considrercomme de simples marqueurs de HQE.

Systmes constructifs

En matire de confort dt, le choix dunsystme constructif vaut surtout par soninertie thermique et limpact de celle-ci sur ledphasage des flux de chaleur ou sur le stoc-kage nocturne et le dstockage diurne. Cetterecherche dinertie conduit privilgier lesisolations par lextrieur plutt que par lint-rieur, les systmes constructifs mixtes plutt

que les systmes lgers ossature, ou encore rechercher une certaine inertie (remplissagedes planchers ou des murs) quand on est ensystme ossature lgre.

4.2 - Lenvironnementextrieur : crer des lotsde fracheur

Il est souvent plus facile de gagner quelquesdegrs sur les ambiances extrieures entourantle btiment que sur les ambiances intrieures.Cest dabord le travail des urbanistes en ma-

trisant le phnomne dlot de chaleur urbain lchelle de la ville : vgtalisation des sols etdes toits, toitures de couleur claire, utilisationdes vents pour vacuer les surchauffes, maisaussi matrise des sources de chaleur (traficautomobile, condenseurs des appareils rfrig-rant ). Tout cela constitue aujourdhui desbonnes pratiques de conception urbaine etdevrait faire voluer, dans les annes venir,les rglementations urbaines dans le sens dudroit la fracheur, comme par ailleurs dudroit au soleil ou la lumire.

Quelques degrs peuvent cependant tre ga-gns par un travail sur la parcelle afin de luttercontre llot de chaleur urbain. Cest la notionde micro-lot de fracheur. Les paramtres surlesquels on peut agir sont les suivants :

> La vgtalisation des abords du btiment.Bien entendu un environnement vgtal esttoujours intressant, mais une forte vgta-lisation des abords immdiats du btiment(les 3 premiers mtres), comportant aumoins les deux strates, couvrante au sol etarbore, savre dune efficacit redoutable.

La vgtalisation agit directement par sonombrage, et indirectement par le rafrachis-sement quinduit lvapotranspiration desplantes.


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Classification des dispositifs vgtaux du point de vue lot de fraicheur

Source : Karina Azos Diaz (CERMA)

> Laccessibilit aux vents.Le vent est tou-

jours un facteur trs favorable pour toutesles techniques de rafrachissement naturel(voir plus bas). Il favorise lvapotranspi-ration du sol et des plantes et vacue lessurchauffes dans les espaces extrieurs.Laccessibilit au vent dpend dabord dutissu amont par rapport aux vents et elle est,videmment, plus difficile en milieu urbain. lchelle de la parcelle, lorientation desfaades par rapport aux vents et la disposi-tion par rapport aux masques proches sont

tudier. Quand le plan masse est relative-

ment libre, un arbitrage fin entre vents etsoleil est dfinir, tel point que, dans lesannes de changement climatique venir etparticulirement en tertiaire, la position parrapport aux vents devrait jouer le rle quajou la position par rapport au soleil dans lebioclimatisme des annes 70.

> La nature et la couleur des revtementsproches.Une partie du rayonnement solairefrappant un revtement urbain est rflchie

Espacedintervention

Dispositif vgtauxCouverturevgtale /

strate vgtal

Effet

Direct Indirect

Toiture (Paroi

Horizontale)

Toiture Vgtale Intensiveherbacearbustivearbore

Toiture Vgtale Extensiveherbacearbustive

Faade (ParoiVerticale)

Faadevgtale

Revtementherbace

Brise-soleilElment de

faadearbustive

Arbres dalignement arbore

Sol Masse Vgtale

Parcherbacearbustivearbore

Jardin(Non trait dansle cadre de ce

travail )

herbacearbustivearbore

Effet du dispositif sur la consommation nergtiquesignificatif

peu significatif


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selon lalbdo du matriau (les forts albdosrflchissent plus). La partie du rayonnementnon rflchie est absorbe par le revtement(sil est opaque) et rmis en infra-rouge,avec un dphasage, selon lmissivit du

matriau. Leffet dlot de chaleur urbain serarduit par des revtements dalbdo levet dmissivit faible. Il faut nanmoinspenser aux risques dinconfort lumineux quepeuvent crer les surfaces dalbdo lev.

La conception de tampons de fracheursur les abords immdiats du btiment,chaque fois que possible, est privi-lgier.

LesconseilsdelICEB

Albdo et missivit

Source : TRIBU

> Les surfaces en eau de la parcelle, quoiquedans une moindre mesure, agissent gale-ment sur le micro-lot de fracheur grce aurafrachissement induit par lvaporation. Degrandes surfaces en eau, lchelle de la villesont encore plus efficaces et constituent, enoutre, une masse de rgulation thermique.


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4.3 - Rduire les chargesinternes

Sur cette question, comme sur dautres, laresponsabilit des concepteurs porte sur lefonctionnement, dans des conditions quenous ne matrisons pas (comportement rel),

de solutions architecturales et techniquesconstruites sur des hypothses simplifies(scnarios doccupation, taux dutilisationdes quipements). Si on veut sortir de lasolution classique et non durable qui consiste ouvrir largement le parapluie, il faut doncchoisir ces hypothses de la faon la plusrigoureuse possible. Dautant plus que lesoutils les plus performants, les simulationsthermiques dynamiques, y sont trs sensibles.

Lusage et sa modlisation en scnarios

Dans la vraie vie, les charges internes relvent,pour une trs large part, de la responsabilitdes futurs utilisateurs du btiment. Elles sontcaractrises par les horaires, par les modes detravail ou dhabiter, par le march de llectro-mnager ou de la bureautique Le compor-tement des utilisateurs est donc un facteurdterminant et il sagira alors dattirer latten-tion de ceux-ci sur leur intrt matriserces charges. Cest la fonction des runions desensibilisation lors de la livraison, des livretsdusages durables et des cahiers des charges

preneurs en tertiaire.

Nanmoins, les concepteurs ne sont pas enti-rement dmunis de moyen daction.

Densit doccupation

La densit doccupation, prdtermine dsla programmation, est lun des paramtresdimensionnant des charges internes. En effet,si on value environ 200 W la puissancede charge interne lie un poste de travail(occupant + bureautique), celle-ci peut peser

du simple au triple (de 10 30 W/m) selon ladensit doccupation (de 7 20 m/personne)et donc induire des puissances de rafrachisse-

ment du simple au double et, parfois, interdireun rafrachissement naturel.

Normes

De la mme faon, les normes dquipementauxquelles se rfrent les programmes peuventpeser lourdement sur les charges internes. Cestnotamment le cas pour lclairage. Les niveauxdclairement requis slvent couramment

400 voire 500 lux sur le plan de travail alorsque 300 lux constituent un niveau correct pourlire et crire sans fatigue. Une uniformit de80 % sur lensemble du local est frquemmentdemande alors que la non uniformit nestprjudiciable qu lchelle du plan de travail

Scnarios doccupation et dutilisation desquipements

On ne peut utiliser de faon brute, ni les tauxdoccupation et dquipements du programme,ni les scnarios lis aux rglementations

diverses (thermique, incendie). Celles-ci sontsoit trop conventionnelles, soit conduiraient des surdimensionnements. Il faut donc travail-ler de faon plus raliste, sur la base des sc-narios du programme et prendre en compte :

> que les taux doccupation varient de faonprogressive sur la journe (arrive, djeuner,dpart, visiteurs), sur la semaine (absen-tisme, travail hors bureau) et sur lanne(vacances),

> que les taux dquipements varient gale-ment, et pas forcment de la mme faon

que les taux doccupation,> que les programmes sont, en gnral, tablis

pour un horizon moyen (quelques annes)et que les locaux que nous tudions ontune dure de vie bien plus longue. Lvolu-tion prvisible des quipements est donc prendre en compte de faon raisonnable.

Les occupants

Les apports internes des occupants sont la

fois sensibles (diffrence de temprature) etlatents (apports hydriques dans les locaux).Dans le cas de locaux forte densit doccupa-tion, les apports totaux des occupants peuvent


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devenir un facteur dominant dans le bilanthermique dune zone.

Les apports internes des occupants sontdfinis par leur mtabolisme thermique, quidpend grandement du niveau dactivit.

Diverses sources existent pour quantifier cesapports. Le tableau ci-dessous reprsente lesvaleurs dapports sensibles et hydriques paroccupant pour divers types dactivits tellesque dtermines par le Costic :

Apports sensibles et hydriques

Source : COSTIC

ActivitApportstotaux

(W/pers)

Apport sensible (W/pers) Apport hydrique (g/h/pers)temprature sche du local (C) temprature sche du local (C)

17 19 21 23 25 27 29 17 19 21 23 25 27 29

Assis au repos 114 93 86 79 73 67 59 45 31 37 46 58 66 80 96

Assis, travail lgerdebout

128 102 94 86 78 70 80 46 38 46 60 72 85 101 122

Assis, travail modr 145 109 100 90 82 72 81 46 51 61 80 95 110 127 147

Debout, travail lger 174 119 108 95 84 73 81 48 82 99 121 142 156 175 200

Travail modr 197 143 117 103 89 75 83 48 103 116 140 163 182 203 227

Travail actif 232 142 126 111 96 81 85 51 126 141 170 196 216 237 260

Travail intense 290 172 153 137 119 104 87 72 192 213 245 274 290 334 337

Travail pnible 406 208 189 172 153 136 119 100 290 319 357 386 404 428 460

La part du sensible dcrot donc fortementquand la temprature de lair augmente etquand lactivit devient plus intense. Il estcommun que les apports totaux dcrits dansce type de tableau reprsentent la ralit pourun adulte homme. Un facteur 0,85 est appliqupour les femmes et un facteur 0,75 pour lesenfants.

Les apports sont ensuite changs avec lenvi-ronnement extrieur sous 3 formes :

> change par rayonnement grande longueurdonde avec les parois,

> change par convection avec lair du local,

> chaleur latente par vaporisation.

De mme que pour le partage entre la partlatente et sensible, le partage entre la part

radiante et convective des apports sensiblesest dterminer. Elle est souvent arbitraire-ment fixe 50/50 mais les rsultats de larecherche tendent donner 60/40, voire plus,avec une majorit de radiation.

La bureautique

La bureautique reprsente une part significa-tive des apports internes dun projet, surtoutdans les locaux administratifs et tertiaires engnral. La bureautique comprend un certainnombre dquipements quil convient desparer pour comptabiliser correcte-ment les apports correspondant etdfinir des actions damlio-ration technologique.


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Il est important de noter en premier lieu queles apports internes de la bureautique sonttrs diffrents de la valeur de puissance nomi-nale lectrique des produits considrs, pourles ordinateurs de 25 50 %.

Le tableau ci-dessous communique les rsultatsdune tude de terrain mene par O. Sidler pourestimer empiriquement les apports internesde ce type dquipements. Les rsultats ontt mesurs sur plus de 300 ordinateurs, 300crans, 300 appareils de bureautique et 3 000luminaires dans 49 entreprises diffrentes :

Rsultat de relevs de terrain

Source : tude Enertech, Jan.2005, relev consommations

Consomma-tion annuelle

(kWh/an)

Puissancemoyenne en

pointe(W)

Puissance larrt(W)

Puissance enmarche

(W)

Fixe cran cathodique 21" 521 - 5,6 149

Fixe cran plat 17" 317 - 5,3 81

Fixe cran plat 15" 274 - 4,5 69

Portable 17" 155 - 3,3 59

Portable 15" 112 - 2,5 47

Imprimante laser 267 52

Imprimante jet dencre 39 7

Fax 147 25

Scanner 95 10

Traceur 50 14

Photocopieur/imprimante 681 153

Distributeur de boisson 3012 317

Machine caf 1046 177

Fontaine eau rfrigre/chaude 487 65

Fontaine eau rfrigre 90 8


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des usagers. Comme pour dautres postes deconsommation dans le btiment, la rgulationrecle un norme gisement dconomie.

Ainsi, mme pour un parc informatique nonentirement renouvel, il est possible de fairede grandes conomies dnergie par une meil-leure gestion de la veille. Faire des campagnesde sensibilisation dans les bureaux est certai-nement le moyen le plus direct dy arriver. Il estinformatif de se reporter la dmarche GreenOffice Singapourienne (http://www.ecooffice.com.sg) qui pose les bases dune dmarche desensibilisation et damlioration de lexploita-tion des bureaux ludiques, couvrant dailleursdautres aspects comme la gestion du papier,de leau, des cartouches

Enfin, une dernire approche consiste enlextraction locale des apports internes. Dansles cas particuliers o une source dapports in-ternes est localise, il est intressant dtudier

la possibilit dinstaller une extraction localeplutt que de gonfler le systme de clima-tisation pour combattre les apports internes.Concernant la bureautique, cela sappliquesurtout dans les salles de serveur ou encore dephotocopie forte densit.

Lclairage

Les charges lies lclairage artificiel sontsans doute les plus facilement matrisables parles concepteurs. En tertiaire, celles-ci peuvent

se situer dans une fourchette de 7 40 W/mselon la qualit de la conception. Laccs lclairage naturel est le principal moyen dematrise de ces charges la disposition desconcepteurs.

Les apports internes dus lclairage peuventtre trs importants pour certains types debtiment : supermarchs, salles de spec-tacle, complexes sportifs, etc. Mme pourles bureaux, lclairage peut reprsenterun part non ngligeable des apports si desprcautions ne sont pas prises. Les apports

dus lclairage sont uniquement sensibles.

Le tableau ci-dessous donne des valeurs cibles rechercher :

Puissance dclairage installe y compris ballast(W/m)

Type de local

Puissancedclairageinstalley compris

ballasts (W/m)Bureau individuel 8

Bureau paysager 7

Salle de runion, sallecommune

9-10

Circulation horizontale 7

Dpt, archives, sani-taires

5

Source : XPAIR, Jean-Pascal ROCHE

Les moyens pour rduire les puissances ins-talles pour lclairage sont dtaills dans leguide BIO-TECH clairage . Nous en rsu-mons ci-dessous les principaux lments.

Conception et dimensionnement de linstal-lation

Il sagit dabord de sassurer que la puissanceau plus juste est suffisante fonctionnelle-ment, en choisissant les bons niveaux dclai-rement, sans excs, avec une uniformit satis-faisante sur les zones clairer, en optimisant

le partage entre clairage de fond et clairagede tche. Il sagit ensuite de dimensionnerlinstallation sans se pnaliser, et notammentde prendre en compte la couleur des locauxintrieurs (un dimensionnement fait avecdes coefficients de rflexion plancher/murs/plafond standard donnera des puissances dif-frentes).

Choix des quipements dclairage

La puissance lectrique installe va dpendreavant tout du type dclairage (fluorescent,

LED). Le tableau ci-dessous illustre les


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variations defficacit lumineuse en fonctiondu type de source.

Efficacits standards de diverses sources

Nature de la source Efficacit lumineuse(lm/W)

Lampe halogne TBT 30-40

Lampe fluo compacte 45-75

LED 50-70

Tube fluorescent T8 60-80

Tube fluorescent T5 75-105

Source : XPAIR, Jean-Pascal ROCHE 1/06/2011

Une particularit des apports de lclairagerside dans le fait que la part de chaleur quiest rellement transmise la zone (fractionspatiale) ainsi que la part radiante/convec-tive dpend vraiment du type de montage,de la source de lumire et de la prsence ou

non dun petit dispositif de ventilation quircupre la source la chaleur convectivemise par lclairage. Le tableau ci-dessousreprsente des valeurs pour diffrentes instal-lation dclairage :

Part des apports de chaleur pour diffrentsmontages et luminaires

Source : Fisher et Chantrasrisalai (2006)

On voit ainsi quil existe un potentiel de ges-tion des apports internes dclairage sur letype de montage dans les locaux. Le potentielpeut atteindre des valeurs importantes (voirtableau ci-dessus). Le choix du luminaire estgalement trs important (forme, focalisationen tche ou diffusion, matriaux rflecteurs,verre diffuseur). Le gain en puissance ins-talle peut atteindre 30 %. Enfin, le choix

des auxiliaires dalimentation est important.Le modle lectronique de ballast est moinsnergivore que le modle ferromagntique. Leballast lectronique peut consommer moins dela moiti par rapport au ballast ferromagn-tique.

Choix de gestion dinstallation

Bien entendu, un point crucial est galementla rgulation. La rduction du temps et de lin-tensit de lusage de lclairage grce labon-dance de lclairage naturel est la consquence

normale dune conception optimise du bti.Le tableau ci-dessous illustre trs bien les b-nfices en termes de consommations et doncdapports internes lis diffrentes stratgiesde contrle.

Gain sur les apports selon le systme de gestion

Daprs un calcul sur le moteur RT 2005,selon XPAir, Jean-Pascal Roche1erjuin 2011

Fractionspatiale

fractionradiative

Luminaire fluores-cent encastr aveclentille

0,64

0,74

0,48

0,68

Luminaire fluores-cent encastr sanslentille

0,4 0,50,61 0,73

Luminaire fluo-rescent compactencastr downlight

0,12 0,24

0,95 1

Luminaire incan-descent encastrdownlight

0,7 0,8 0,95 1

Luminaire fluores-cent suspendu 1

0,5 0,57

Systme de gestion gain

Commande manuellepar interrupteur

0

Commande manuellepar interrupteur + horloge 9 %

Dtection de prsence +interrupteur de coupure

19 %

Gradation automatique de fluxpar cellule photolectrique

29 %

Dtection de prsence +Gradation automatique de flux

40 %


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Rglage des installations

Pour le bon fonctionnement de ces stratgiesil convient de bien vrifier les paramtres sui-vants de fonctionnement :

> la temporisation des dtecteurs de prsence,

> le positionnement rationnel des capteurs deprsence en vitant les zones de passagefrquents comme les circulations attenantes,

> les consignes dclairement pour les sys-tmes de gradation en fonction de lapporten lumire naturelle.

Limplication des futurs usagers est bienentendu ncessaire pour assurer le bon fonc-tionnement.

Les autres machines

En dehors des quipements mentionns plushaut, les projets de btiments peuvent amener

les quipes de maitrise duvre quantifier

la contribution thermique de nombreux autresquipements spcifiques dune activit. Ilsagit alors souvent dquipements trs sp-cifiques et pouvant apporter des apportsinternes significatifs comme les quipementsde laboratoires et de cuisines.

La stratgie la plus directe alors est de prati-quer la rduction la source de ces apportspar le choix dquipements aussi efficaces quepossibles et par le placement si possible duneextraction dair locale pourvu que lapportconsidr soit majoritairement convectif.

Encore plus que pour la bureautique, ces qui-pements ont des contributions thermiques trsdpendantes de leur temps de fonctionnement.Il ne faut absolument pas prendre leur puis-sance nominale, ni considrer une puissancemoyenne avec des temps de fonctionnementerrons. Cela peut fausser considrablementles calculs de confort et de consommation.

> En programmation, une juste dfinition de la densit doccupation est le premier pas vers

la matrise des charges internes.> En conception, la matrise poste par poste des charges internes peut viter une climatisation.

LesconseilsdelICEB


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4.4 - Les chargesexternes

Les sources : soleil, temprature et humidit

Solarisation

Contrairement ce qui se passe en saison froide, le soleil est, en t, plutt haut (de 65 70selon la date et la rgion).

Rayonnement global (W/m de paroi) pour 2 stations mto sur une journe ensoleille dt

Traitement TRIBU sur source Mtonorm 1996-2005

900

600

300

4 h 8 h 12 h 16 h 20 h

rayonnement global (W/m de paroi)

24 h

horizontal

est

ouest

sud

nord

Lille


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Aperditions et dperditions

Nuage des points horaires reprsentatifs et droites de tendance (source : TRIBU)

Laccs au soleil dt est le plus important sur lesfaades est et ouest qui reoivent un rayonnementsolaire, de 600 900 W/m, haut en mi-journe etbas dincidence proche de la perpendiculaire lafaade le matin ou le soir. Au sud le rayonnementest de lordre des 600 W/m. Enfin, une faadenord reoit toujours du soleil en t (de lordre de150 W/m), et mme du soleil direct. Le secteurensoleill est beaucoup plus large en t quen

hiver (de NE NO par sud au 21 juin et dE O les21 mars et 21 septembre).

Part du rayonnement direct dans le rayonne-ment global

Moyenne sur les mois de juin aot source mtonorm

Le rayonnement provenant directement du soleil

(direct) ne reprsente quune part de ce rayonne-ment global, le reste (diffus) ayant t diffus surlensemble de la voute cleste lors de la traversede latmosphre, de nuages ou dimpurets.

Dperditions et aperditions

Limage des changes thermiques entre int-rieur et extrieur (par transfert dair ou par

conduction travers les parois) est fortementmarque par les seules conditions dhiver, danslesquelles la temprature intrieure est tou-jours suprieure la temprature extrieure.On parle de dperdition.

En t, on peut se situer dans cette confi-guration de dperdition, ou au contrairedaperdition si la temprature extrieure estsuprieure la temprature intrieure. Encas de dperditions (mi-saison), lenviron-nement extrieur (ambiance et air) rafrachitlintrieur et, pour en profiter au maximum,il faudrait un btiment peu isol et fortementventil. En cas daperditions (journe chaudedt), lenvironnement extrieur est sourcede surchauffe et il est prfrable de sen pro-tger : forte isolation et renouvellement dairlimit aux dbits hyginiques. La position dela temprature dquilibre (entre 26 et 32Cpour des btiments courants) dpend desparamtres de conception : apports internes,

isolation, renouvellement dair et inertie. Lesaperditions peuvent atteindre une puissancede lordre de 5 10 W/mSdP, du mme ordrede grandeur que celle des apports solaires avecune protection solaire correcte, ou des apportsinternes en logement : elles sont donc nonngligeables.

station horizontal nord sud est ouest

Lille 33 % 28 % 26 % 36 % 33 %

Nice 54 % 42 % 38 % 49 % 54 %

t

empratureintrieure

temprature extrieure

Tint = Text

dperditions

aperditions

10C 30C20C

10C

20C

30C


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Pour un vitrage clair classique, les apports solairesqui traversent le vitrage slvent de 10 60 W/mSdP selon la rgion, la taille et lorientation dessurfaces vitres. Un tel niveau est, videmment,prohibitif. Do la ncessit de protections solaires,dispositifs extrieurs dont la seule fonction est dar-rter le rayonnement solaire. Celles-ci amliorentle facteur solaire du vitrage de leur propre facteursolaire S. Le tableau ci-dessous donne quelques

valeurs approches de facteurs solaires :Valeurs approches de quelques facteurs solaires S

Source : TRIBU

La vgtation arbore peut assurer une protec-tion solaire dautant plus intressante que, encas despce caduque, elle est prsente en tet absente en hiver. Nanmoins, il est prfrablede ne la considrer que comme appoint. Eneffet, son caractre alatoire (dure de pousseinitiale, temptes, maladies) fait quelle peut

tre absente sur de longues dures.Mais les parois vitres ne sont pas les seulesparois transmettre des apports solaires.Il en passe aussi par les parois opaques et,notamment, par la plus expose dentre elles,la toiture, mme si cette voie de transmissionna pas, en climat tempr, la mme importancequen climat tropical. Le facteur solaire dunetoiture peut varier entre 0,001 et 0,01 selonsa couleur et son isolation. Cela justifie, souscertains climats, des dispositifs qui permettentde rduire les apports par la toiture, comme les

sur-toitures qui bloquent lensoleillement directou les toitures vgtalises, qui limitent pluttles aperditions grce lvapotranspiration.

Un arbitrage ncessaire

Le choix dun vitrage et de sa protection estdonc une opration dlicate qui doit prendreen compte ce critre de confort dt, maisaussi bien dautres critres :

> la porosit lair extrieur pour laccs la ventilation naturelle, notamment dansles priodes o elle est indispensable (free

cooling en mi-saison et surventilation denuit lt),

> la matrise des dperditions en hiver, quiinduit une forte isolation de la paroi vitresouvent contradictoire avec la volont deprofiter des dperditions dans les locauxsurchauffs en mi-saison. La mme proc-cupation induit des volets tanches lairen position ferme, contradictoire avec leurutilisation en protection solaire poreuse lair en t,

> la rcupration des apports solaires en hiveret en logement, videmment contradictoireavec la ncessit de sen protger en t,

> la transparence la lumire naturelle dans laplupart des locaux, et notamment dans leslocaux de travail, bureaux et scolaires,

> lisolation acoustique dans les zones et lespriodes bruyantes,

> la protection contre lintrusion, la pluie,les oiseaux ou les insectes quand la fentre

doit rester ouverte derrire la protection enpriode dinoccupation. Ce choix se com-plique par le fait que les performances desvitrages dans tous ces domaines ne sont pastotalement indpendantes. Par exemple, unemeilleure isolation dun vitrage saccom-pagne souvent dune dgradation de satransparence au rayonnement solaire oulumineux, do limportance dune approchebioclimatique transversale (et non pas monocritre, cible par cible) pour faire de cescontraintes des atouts.

Sud Nord E/O

Vitrage clair 0,50 0,65

Casquette troite t 0,70 0,90 0,80

Casquette large t oubrise soleil fixe 0,35 0,75 0,70

Store intrieur 0,55

Screen classique ext-rieur 0,35

Screen performant oubrise-soleil mobileextrieur 0,20


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Choix multicritres des protections solaires

Evaluation sommaire des apports

avec :

> Psol est la puissance totale des apportssolaires dans le local (en W/m de sol) ;

> Esol est le rayonnement global (en W/m desurface verticale sud) incident. dfaut devaleurs plus prcises, on peut prendre :

Valeurs de Esol (W/m)

> Ivit est lindice de vitrage de la paroi (en m/m de sol), la surface de vitrage de chaqueparoi divise par la surface au sol du local ;

> Sbaie est le facteur solaire total des baiesde chaque paroi, vitrage associ sa pro-tection solaire en position ferme si elle estmobile ;

> Esudeq est le potentiel sud quivalent li lorientation de la paroi, le cfficientquil faudrait appliquer une paroi sud pourquelle ait la mme charge solaire que laparoi dorientation concerne :

Valeurs de esudeq

Psol =Esol (Ivit Sbaie esudeq)paroisvitres

Soleil Lumire Air

Tertiaire

tjour ferm ouvert filtre modulable

nuit ouvert

mi-saisonjour ferm ouvert ouvert

nuit

hiverjour filtre ouvert

nuit

Logement

tjour ferm filtre modulable filtre modulable

nuit ouvert

mi-saisonjour filtre modulable filtre modulable filtre modulable

nuit

hiverjour ouvert ouvert

nuit

Vitrage clair ouvert ouvert ferm

Vitrage contrle solaire filtre non modulable filtre non modulable ferm

Casquette filtre non modulable filtre non modulable ouvert

Brise-soleil fixe filtre non modulable filtre non modulable ouvertBrise-soleil mobile filtre modulable filtre modulable filtre modulable

Store screen filtre modulable filtre modulable ferm

au sud dune ligne La Rochelle - Ble 670

entre les deux lignes ci-dessus etci-dessous

640

louest dune ligne La Rochelle - Lille 570

Sud Est / Ouest SE / SO

1 1,20 1,10

NE ou NO N horizontal

0,70 0,20 1,35

Source : TRIBU


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4.5 - Les inerties

Linertie de dphasage

Pour traverser une paroi, le flux de chaleur met un temps plus ou moins long, en fonction de lanature des matriaux traverss. Cest ce que lon appelle le dphasage.

Dphasage selon les matriaux

Dphasage pour une paisseur de 20 cm de matriau. Source : TRIBU

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

maonnerie

lourde,

pierre,

bton

isolants, laine

minrale

classique,

laine

organique,

PSE, PURisolation

ouate de

cellulose,

laine de bois

maonnerie

lgre,

parpaing,

brique,

terre crue

bois,

panneaux

nombre dheures de dphasage

Cette capacit se mesure par la diffusivit dumatriau, lquivalent dune vitesse de pro-pagation (en surface) de londe de chaleurdans le matriau mesure en m/s. Lintrtdu dphasage, en t, dpend de lusage dubtiment. Ainsi, en tertiaire, on peut avoirintrt reporter le pic de milieu de journevers la priode dinoccupation. De ce point devue, en construction classique, les diffrencessont faibles dun matriau lautre ( lexcep-tion du bois massif) et le dphasage dpendessentiellement de lpaisseur de la paroi. Surcette question, la proccupation dt peut

tre contradictoire avec celle dhiver, comme enlogement o on a intrt dcaler ce mme picvers la nuit alors que ce nest pas le cas en t.

Linertie de stockage/dstockage

La capacit de stockage de chaleur par lematriau est caractrise par leffusivit dumatriau, sa capacit absorber (ou restituer)une puissance thermique. Plus leffusivitdun matriau est grande, plus celui-ci stockerapidement de grandes quantits de chaleuret moins sa temprature de surface augmenterapidement. Leffusivit est fortement corrle la densit du matriau : plus le matriau estdense ( lourd ), plus leffusivit est grande.


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Choix des matriaux sur les 2 inerties

Lchelle horizontale des effusivits est logarithmique. Source : TRIBU partir de donnes diverses

Cette proprit est utilise en journe dhiverpour stocker lnergie du rayonnement solaire(les apports) ayant travers les vitrages et la

restituer de nuit : les surfaces concernes sontprincipalement le plancher et les parois lat-rales et de fond. En t, il sagit daller cher-cher la fracheur la nuit, de la stocker et dela restituer en journe. Dans ce processus, lesmatriaux forte effusivit sont intressantscar ils permettent de stocker et dstockerrapidement de grandes quantits de chaleur.Seule la couche superficielle de la paroi (de 7 10 cm) est intresse par ce processus mais,par contre, toutes les parois intrieures (plan-chers, plafonds, murs cloisons, mobilier)

sont concernes et plus la surface dchangeest grande plus le rafrachissement nocturneest efficace.

Le ratio de paroi lourde est un indicateur quipermet de quantifier cette inertie de stockage/dstockage :

RPL se calcule sur un local :

> S paroi lourde est la surface des parois dulocal comportant, en contact avec lairdu local, au moins 7 cm de mat-riau lourd plein ou 10 cm dematriau lourd creux(bton, brique ).

RPL = SparoilourdeSenveloppe


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> S enveloppe est la surface de toutes lesparois, lourdes et lgres, opaques ou trans-parentes, du local.

Cette recherche dinertie pousse lisolationpar lextrieur et la recherche dautres

solutions que les faux plafonds pour raliserlacoustique ou linnervation des locaux. Lestockage/dstockage de la fracheur nocturnepeut se raliser pour des valeurs de RPL sup-rieures 0,5.

Corrlation entre RPL et la mthode simplifie du CSTB

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

trs lourde

lourde

moyenneune

paroilourde

trs

lgre

lgre

deux

sedruolsiorap

pas

de

paroilo

urde

trois

sed

ruolsiorap

RPL

BTSCudeifilpmisedohtmalnolesenneiditouqeitrenidsessalc

4 .6 - La ventilation

Cette question est traite de faon plus

dtaille dans le guide BIO-TECH ventilationnaturelle et mcanique . La ventilation deconfort dt se distingue dabord de larationhyginique par des dbits de renouvellementdair bien plus importants : 5, 10 vol/h voireplus contre 0,5 1 vol/h.

La conception dune stratgie de ventilationnaturelle est une des oprations de conceptionles plus dlicates quil soit, compte tenu de lacomplexit des phnomnes en jeu.

Deux phnomnes naturels sont lorigine des

mouvements dair :> le vent qui implique de manire globale les

surpressions et dpressions devant et der-rire un obstacle,

> leffet de tirage thermique provoqu par les

diffrences de tempratures par rapport une diffrence de hauteur entre deux points.

Les stratgies de ventilation naturelle

La ventilation naturelle seffectue grce auxmouvements dair travers un espace sanslinfluence dappareillage mcanique. Lescoulements dair naturels reposent sur leseffets du vent et la variation de la densit delair due aux diffrences de tempratures.

Source : TRIBU


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Nous pouvons identifier trois stratgies deventilation naturelle classique bases sur lesphnomnes cits prcdemment :

La ventilation naturelle traversante

La ventilation naturelle mono latrale

Les effets de chemines

Les quelques rgles de conception ci-dessouspermettront doptimiser la force motrice :

> les orifices dentre et de sortie doivent trepositionns de faon assurer le meilleurbalayage de lair possible dans le local,

&g

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