Règles de base
Fondamental : La conception solaire passive
La conception solaire passive n'a de sens que si le bâtiment offre une isolation performante en évitant soigneusement les ponts thermiques (balcons, liaisons, fondations...).
L'enveloppe doit être étanche pour éviter toute entrée parasite et la ventilation bien contrôlée.
Le bâtiment doit être orienté de manière à :
maximiser les apports solaires en hiver,
les minimiser en été.
Le sud, à l'inverse de l'est le matin, et de l'ouest, le soir, dispose du soleil toute la journée.
L'hiver, il est utile de laisser le soleil pénétrer le plus profondément dans le cœur du bâtiment afin de bénéficier des apports thermiques les plus importants ainsi que d'un éclairage naturel permettant d'éviter le recours à l'électricité.
L'été, pour éviter les surchauffes et le recours à la climatisation de confort, il faut prévoir des occultations (casquettes, balcons, auvents...) et une sur-ventilation nocturne.
Le bâtiment doit être construit avec des matériaux lourds pour utiliser l'inertie thermique, stocker la chaleur du rayonnement solaire et atténuer les fluctuations de température.
Définition : Les systèmes passifs
Les systèmes passifs les plus répandus sont :
les fenêtres,
la véranda vitrée,
la serre,
pour la production d'eau chaude sanitaire, le chauffe eau solaire à thermosiphon.
Le procédé consiste à faire entrer le rayonnement solaire par des ouvertures transparentes permettant de piéger à la fois la lumière utilisable immédiatement et la chaleur en partie stockée dans les zones lourdes et massives du bâtiments (dalles, murs intérieurs...).
Fondamental : L'implantation du bâtiment
Elle doit prendre en compte les paramètres vus précédemment mais aussi l'exposition aux vents dominants qu'il conviendra de minimiser en hiver pour éviter de refroidir le bâtiment (protection naturelle par relief ou plantation de haies vives persistantes) et de privilégier en été pour éviter les surchauffes (avec en plus la mise en place de la sur-ventilation nocturne permettant d'éviter le recours aux systèmes de rafraîchissement d'air).
L'implantation des fenêtres est donc stratégique puisque elles fonctionnent :
en capteur au sud,
mais en zones de déperditions au nord.
De manière schématique on privilégie les orientations suivantes :
Au nord, les pièces bénéficient d'un ensoleillement diffus et d'une lumière égale dans l'année avec des apports moindres. On y privilégie les pièces sombres et techniques (garage, chaufferie, débarras, escalier, garde manger, cave à vin...). Ces locaux servent d'espace tampon avec les parties habitables.
A l'est, l'exposition solaire est faible en hiver et importante en été mais les rayons sont bas et difficile à appréhender (en été, de fait, l'exposition solaire y est plus importante qu'au sud). On peut y implanter les chambres, cuisines, salles de bains...
A l'ouest, nous trouvons le phénomène inverse mais en soirée, ce qui augmente les contraintes en été puisqu'on ajoute un rayonnement solaire intense en fin de journée alors que les températures sont déjà élevées.(cuisine, chambre, salle de bains, salle de jeux, bibliothèque...)
Le sud est celui qui dispose des plus grands atouts : lumière facilement contrôlables avec ensoleillement et apport thermique maximal en hiver (soleil bas +/- 17°) au plus profond du bâtiment et minimal en été (soleil haut +/- 60°) avec une pénétration moindre dans les locaux.
C'est l'endroit de captage par excellence (véranda, séjour, salle à manger, jardin d'hiver...).
Conseil : Les fenêtres
Sur le plan thermique, même les fenêtres les mieux isolées présentent un coefficient de déperdition K[1] nettement supérieur à une paroi opaque isolée.
Au sud, si une baie verticale peut efficacement être protégées de l'ensoleillement d'été par des auvents, débords de toitures ou casquettes, ce n'est plus le cas pour les autres inclinaisons.
Dans ce cas, les protections d'occultations impliqueront une réduction importante des apports par lumière naturelle.
Les caractéristiques d'un vitrage sont liées au coefficient de déperditions thermiques surfaciques (K[1]), au facteur solaire[2] F[3] et à la transmission lumineuse (TL[4]). L'intérêt est de combiner un F[3] et un TL[4] important avec un [1]K[1] minimum.
Une fenêtre présente de nombreux composants (vitrage, châssis, protections extérieure, rideaux, propreté...) tel que le rendement réel de captage solaire et lumineux est d'environ 33%.
Il est judicieux de :
ne pas sous dimensionner les surfaces au nord ( sur-utilisation de l'éclairage artificiel)
sur dimensionner au sud (risque de surchauffe).
Il a été défini des ratios de dimensionnement de surfaces de fenêtre par rapport à la surface de plancher et l'orientation.
Exemple : Vitrages
Complément : Ratios de dimensionnement
Il a été défini des ratios de dimensionnement de surfaces de fenêtre par rapport à la surface de plancher et l'orientation. D'après A.Liebard et A. De Herde[6] on a :
égal à :
20 à 35% au sud,
15 à 25% pour l'est-ouest,
10 à 15% au nord.
