La performance des parois.confort d’été / confort d’hiver

Introduction p.3.

Les parois opaques p.4.

Les parois vitrées p.11.

Lexique p.17.

Les parois d’un bâtiment sont les principaux moyens de gérer les flux thermiques. Elles vont capter l’énergie calorifique du soleil, la stocker et la distribuer. En été elles protègent des rayons du soleil et stockent les calories excédentaires pour les évacuer la nuit.

En hiver elles conservent et gèrent la chaleur fournie par le chauffage et les autres apports internes.

Il faut :- Choisir des complexes constructifs permettant une adaptation aux besoins des différentes saisons.- Porter attention à toutes les faiblesses potentielles de l’enveloppe comme les ponts thermiques et les défauts d’étanchéité à l’air.- Estimer les phénomènes de condensation.- Porter une attention spécifique aux matériaux de finition.

Stratégie d’été Stratégie d’hiver

INTRODUCTION

LES PAROIS OPAQUESPerformances isolantes d’une paroi :

Une grande partie des calories captées du rayonnement solaire ou produites par les systèmes de chauffage s’échappe des bâtiments en traversant les parois en saison froide.

Les matériaux dits isolants permettent de réduire cette fuite de calories.

Le coefficient de transmission thermique surfacique U permet de qualifier la résistance thermique d’une paroi.

Plus U est faible plus la paroi est isolante.

Exemples :

Mur en béton cellulaire 30cm d’épaisseur U= 0,42 W/m².K

Mur en briques auto-isolantes 37cm U= 0,36 W/m².K Ossature bois + briques de chanvre 30cm U= 0,34 W/m².K

Ossature bois avec 37cm de laine cellulose + pare-pluie en feutre de bois U= 0,10 W/m².K

Les ponts thermiques : Ce sont les parties de l’enveloppe d’un bâtiment où sa résistance thermique est affaiblie.

On les retrouve généralement à la jonction des différentes parois.

Ils sont mesurés par la grandeur ψ.

Plus ψ est grands, plus les déperditions sont grandes.

Cependant, la présence de ponts thermiques dépend principalement du système constructif choisi :

- Il y a peu de ponts thermiques avec les systèmes d’isolation répartie.

- Quasiment aucun avec les bâtiments à ossature bois et les systèmes d’isolation par l’extérieur.

Les défauts d’étanchéité à l’air des enveloppes : En neuf, l’étanchéité à l’air d’un bâtiment sera proportionnelle à la qualité du travail sur le chantier.

Isolation intérieureψ = 0,97 W/m.K

Isolation répartieψ = 0,19 W/m.K

Isolation extérieureψ = 0,11 W/m.K

Mur à ossature boisψ = 0,06 W/m.K

Inertie Thermique :

Stratégie d’hiver / stratégie d’été :

L’inertie d’un bâtiment ou d’une paroi représente son aptitude à stocker la chaleur.

Plus l’inertie est forte plus la paroi est capable de stocker de la chaleur ou de restituer de la fraicheur.

Quelle que soit la saison, la forte inertie est une source de confort car elle permet d’atténuer les fluctuations de température dans les locaux.

En été c’est un moyen efficace pour maintenir des températures relativement fraiches si elle est associée à des protections solaires efficaces.

En hiver elle permet de profiter pleinement des apports solaires des belles journées. L’énergie sera stockée et restituée durant les périodes sans soleil.

Quelle inertie ?

Elle dépend de la masse des parois en contact avec l’intérieur.

Très faible : aucune des parois n’est lourde.Faible : une paroi maximum est considérée comme lourde.Moyenne : l’ensemble des parois ou les planchers bas et hauts sont estimés lourds.Forte : toutes les parois sont considérées lourdes.

Ventilation des parois :

Le tirage thermique d’une lame d’air correctement dimensionnée est suffisant pour éviter des surchauffes, même dans les murs à faible inertie comme les murs à ossature bois.

Où placer l’inertie ?

Chaque paroi a une vocation différente vis-à-vis de l’inertie.

Façade Sud : captage solaire + déphasageToiture et façade Ouest : protection solaire + déphasageSol intérieur recevant le rayonnement solaire : stockageParoi intérieure ventilée la nuit : stockageEspace entre le volume habité et la terre : stockage + déphasage

Plus généralement pour l’ensemble des parois en contact avec l’espace de vie : stockage.

Façade compacte Façade ventilée

Hygrothermique des parois :

L’air intérieur, plus chaud, cherche à traverser les matériaux constituants la paroi.

Plus il se rapproche de l’extérieur plus il refroidit, jusqu’au « point de rosée » où l’air se condense et imbibe d’eau les matériaux.

Il faut donc concevoir les parois de façon à ce que la vapeur d’eau puisse sortir plus facilement qu’elle ne rentre grâce à des matériaux poreux et des films pare-vent et pare-vapeur.

Isolation conventionnelle Isolation perspirante

Les différents types de parois :

Les murs :

- Murs maçonnés à isolation répartie : il existe des blocs à base de terre cuite, de roche volcanique, d’argile expansée ou de béton cellulaire qui ne nécessite pas la pose d’une isolation rapportée.

- Murs maçonnés minces + isolation extérieure.

- Murs ossature bois + remplissage isolant.

- Murs bois massif.

Les toitures :

- Toitures-terrasses : confort amélioré en été grâce à la forte inertie.

- Combles en espace tampon, ou « toiture froide » : performances thermiques améliorées pour le confort d’été.

- Toitures sur combles aménagés, ou « toiture chaude » : dépend de l’inertie et de la bonne capacité thermique des isolants.

Les sols :

- Création d’un volume d’inertie isolé du sol.

Faible : isolation sous la chape Moyenne : isolation sous l’ensemble dalle + chape Forte : isolation sous une quantité +/- importante de matériaux lourds. La forte inertie permet de réceptionner les calories arrivant par les baies vitrées.

- Espace chauffé sans contact avec le sol Construction sur pilotis ou sur vide sanitaire par exemple: on ne profite pas de l’inertie du sol.

- Compromis entre inertie et isolation. Il faut composer avec la très forte inertie du sol tout en limitant les déperditions thermiques en hiver. On utilise alors une isolation performante mais en périphérie du bâtiment.

Solution pour une dalle conciliant l’isolation et l’inertie du sous-sol.

LES PAROIS VITREESChoix de l’orientation des baies vitrées :

Il faut tenir compte du bilan thermique des baies vitrées.

Il dépend de :

- la performance thermique du vitrage

- l’orientation des façades sur lesquelles elles se trouvent

- du climat : la durée et l’intensité de l’ensoleillement

- l’angle du vitrage avec le rayonnement solaire

- la performance des occultations

La logique générale sera :

- agrandir la proportion des vitrages sud et limiter les ouvertures sur la façade nord.

- choisir comme vitrage de base les doubles-vitrages à isolation renforcée

- installer des volets et/ou voilages

Dimensionnement des baies vitrées :

Optimisation des baies pour la thermique d’hiver :

De nos jours, la majorité des apports thermiques des bâtiments peut provenir du soleil.

Cependant ces apports ne pourront être utilisés que si les parois captant ce rayonnement ont une réelle capacité de stockage thermique.

Dans le cas contraire il y a un réel risque de surchauffe, même en hiver.

Ainsi il faut trouver le juste équilibre entre surface vitrées et surfaces opaques.

Les huisseries :

Une part non négligeable des déperditions thermiques des baies provient des huisseries. Cela se produit par conduction à travers les matériaux composant les dormants et ouvrants, et par infiltration d’air entre ceux-ci.

A Montpellier, si les baies au sur représentent 15 à 30% de la surface de plancher, elles peuvent couvrir :

- 35 à 55% des besoins de chauffage d’un bâtiment de type standard. - 55 à 70% des besoins de chauffage d’un bâtiment de type « basse énergie ». - 60 à 80% des besoins de chauffage d’un bâtiment de type « très basse énergie ».

Les types de baies :

La réduction des apports solaires par les menuiseries est comprise entre 15 et 40%. Il est donc beaucoup plus efficace d’avoir les fenêtres les plus grandes possibles.

Pour améliorer le captage :

- augmenter la largeur des baies - rapprocher les baies du nu extérieur du mur

production dechaleur(kWh/m²)

coefficient de jour

50 104 122 149

45% 63% 69% 78%

Ombres portées et ponts thermiques limités.

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Pour favoriser le stockage :

- les parois réceptrices seront réalisées avec des matériaux à forte capacité thermique et si possible de couleur sombre (éviter les moquettes, le jute, le liège, le parquet autre que collé…)

- si les parois réceptrices sont légères et isolantes on les préfèrera claires et lisses afin de réfléchir le rayonnement vers les parois à plus forte inertie.

Optimisation des baies pour le confort d’été :

La fonction de capteur thermique des baies ne doit pas pénaliser le confort d’été. Il faut éviter les surchauffes et contrôler le facteur solaire grâce à diverses protections.

Le cas des rideaux :

les rideaux faits d’un tissu épais sont très efficaces pour la thermique d’hiver. La sensation de paroi froide ressentie à proximité des vitrages non ensoleillés peut être instantanément supprimée en fermant un rideau.

De plus les rideaux sont également des correcteurs acoustiques.

L’association volet + rideau permettra donc de répondre efficacement à toutes les situations, les volets étant beaucoup plus efficaces pour le confort d’été que les installations intérieures.

Optimisation des baies pour le confort d’été :

La fonction de capteur thermique des baies ne doit pas pénaliser le confort d’été. Il faut éviter les surchauffes et contrôler le facteur solaire grâce à diverses protections.

Les pare-soleil extérieurs fixes :

Ces masques sont conçus en fonction de la course du soleil pour être efficaces en été et ne pas contrarier l’arrivée du rayonnement solaire en hiver.

- les masques horizontaux : avancées de toiture, balcons, porches, auvents… (1)

- les masques verticaux : redents, plans verticaux placés à côté de la surface réceptrice… (2)

- la combinaison des deux : pour la loggia par exemple. (3)

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Les protections solaires mobiles :

Il en existe une très grande variété : volets, persiennes à ouverture traditionnelle, roulantes, coulissantes, suspendues…

Les protections et masques végétaux :

L’utilisation de la végétation environnante permet de moduler les apports solaires en fonction des saisons.Qu’elle soit attenante au bâtiment comme les treilles ou pergolas végétalisées ou plus lointaine comme les arbres de haute tige à feuillage caduc, l’intérêt est que leur évolution accompagne les besoins du bâtiment.Leur ombre portée est rafraîchissante en été et l’absence de feuilles en hiver permet au rayonnement solaire d’atteindre la façade.

Le choix des essences et des orientations pour les arbres est donc très important, la dimension, la date de chute des feuilles, l’ombre portée… pouvant énormément varier d’une essence à l’autre.

Le traitement des sols environnants :

Le traitement des sols à proximité du bâtiment revêt aussi son importance afin d’éviter le rayonnement réfléchi. La végétalisation permet de réduire l’albédo pendant la journée, de limiter le réchauffement grâce à l’évapotranspiration de l’herbe et de faciliter le rafraîchissement nocturne.

LEXIQUEAlbédo: fraction réfléchie par un corps du rayonnement, ou coefficient de réfléxion.

Coefficient de jour (ou coeff. de clair): rapport entre la surface totale d’une baie et sa partie transparente ou translucide.

Conduction: transfert de chaleur provoqué par une différence de température entre deux éléments ou zones.

Déphasage: capacité d’un matériau à ralentir les transferts de chaleur.

Facteur solaire: il définit la proportion de rayonnement solaire traversant la paroi par rapport au rayonnement qui l’atteint.

Isolation perspirante: isolation perméable à la vapeur d’eau mais étanche à l’air.

Point de rosée: point de saturation en vapeur d’eau, la vapeur se condense.

U: coefficient de transmission thermique. Il permet de qualifier la resistance thermique d’une paroi.

λ (lamda): conductivité thermique d’un matériau. Elle s’exprime en W/m².K.