Optimiser l'architecture pour limiter les besoins

La conception architecturale du bâtiment a un impact important sur le confort thermique. On veillera donc,

Pour assurer le confort d'hiver :

  • à limiter les déperditions thermiques au travers de l'enveloppe par conduction ou par infiltration

Pour assurer le confort d'été :

  • à limiter les surfaces de vitrage
  • à mettre en place des protections solaires adaptées
  • à assurer une bonne inertie thermique au bâtiment.

Isolation thermique de l'enveloppe et étanchéité à l'air de l'enveloppe

Si c'est principalement la consommation énergétique qui sera influencée par le niveau d'isolation thermique et d'étanchéité à l'air, le confort y est également lié, notamment s'il y a une disparité dans la qualité de l'enveloppe :

  • Une isolation thermique plus faible d'une paroi peut créer (selon le type et l'épaisseur d'isolant) une paroi froide qui risque d'être inconfortable
  • Un vitrage présente une température de surface plus basse que la température de surface des murs et selon sa taille peut présenter un certain inconfort.
  • Un défaut d'étanchéité à l'air d'une paroi ou un châssis peu étanche à l'air créera un courant d'air localisé qui risque d'être inconfortable.

Ces situations sont beaucoup plus fréquentes en rénovation qu'en construction neuve.

L'isolation thermique d'un bâtiment neuf ou en rénovation est abordée de façon détaillée dans le dossier | Diminuer les pertes thermiques par transmission.

La réalisation d'une bonne étanchéité à l'air en construction neuve ou en rénovation est abordée de façon détaillée dans le dossier | Améliorer l'étanchéité à l'air

Proportion de surface vitrée

Pour assurer le confort thermique et strictement celui-ci, il conviendrait de limiter autant que possible toute surface vitrée. En effet, elles sont source de :

  • déperditions thermiques défavorables au confort thermique en hiver ;
  • apports solaires d'été sources de risque de surchauffe.

Néanmoins, réduire les surfaces vitrées de façon exagérée aura un impact négatif sur,

  • L'éclairage naturel et donc le confort visuel ainsi que les consommations énergétiques en éclairage artificiel
  • La vue et le contact avec l'environnement extérieur
  • Les possibilités de rafraîchissement passif par la mise en place d'une ventilation naturelle
  • Les apports solaires gratuits en hiver qui permettent de réduire les besoins de chaud

La conception des surfaces vitrées résulte donc d'un compromis entre ces différents objectifs.

On retiendra néanmoins ce principe :

Éviter les allèges vitrées qui n'apportent pas d'éclairage naturel utile et sont source de déperditions et apports solaires préjudiciables au confort d'été.

Seules exceptions :

- dans les bâtiments où les apports internes sont faibles comme dans le logement et au sud, voire au sud-est et au sud-ouest, seules orientations pour lesquelles les apports gratuit peuvent compenser les déperditions

- pour des raisons de vue … ou d'intégration architecturale et urbanistique

Enfin, on veillera également à éviter une surface vitrée exagérément grande dans les locaux de coin.

Cette situation engendre en effet souvent des situations d'inconfort :

- les déperditions sont plus importantes et doivent être compensée par une plus grande puissance de chauffage

- de même les charges solaires sont plus importantes et doivent être compensées par une plus grande puissance de chauffage

  • Les solutions adoptées dans les locaux voisins peuvent être insuffisantes dans ces locaux spécifiques (par exemple chauffage sol, ou plafond froid) et des solutions doivent être trouvées pour apporter la puissance complémentaire.

Pour alimenter la réflexion relativement à ce point, nous vous recommandons la lecture des recommandations suivantes :

Protections solaires

Les protections solaires doivent limiter les charges solaires et donc le risque de surchauffe en été voire en mi saison, tout en permettant un bon éclairage naturel et si possible la pénétration du soleil dans les locaux en hiver. Elles seront donc adaptées à la fois,

  • À l'orientation de la façade
  • À la fonction et à l'utilisation du local qu'elles protègent : selon les apports internes du local/du bâtiment, les apports solaires de mi-saison et d'été sont plus ou moins les bienvenus.

Par exemple,

  • En façades Sud, S-E et S-O on privilégiera les protections solaires fixes qui permettent de valoriser les apports solaires gratuits d'hiver et apportent une protection solaire efficace en été, en demandant très peu d'entretien.

Ombrage d'une protection solaire fixe en hiver et en été © Bruxelles Environnement

  • En façades Est et Ouest, on envisagera la mise en place de stores mobiles extérieurs : screens plus ou moins opaques, lamelles,…

Pour une efficacité optimale de la gestion de la surchauffe, ils seront de préférence automatisés.

Stores mobiles extérieurs

Le dossier | Limiter les charges thermiques étudie en détail les protections solaires.

Enfin, une alternative aux protections solaires fixes ou mobiles est le choix d'un vitrage spécifique. Il présente l'avantage d'offrir une protection solaire efficace sans entretien complémentaire. Néanmoins, il aura un impact sur la qualité de l'éclairage naturel (plus ou moins important selon qu'on choisi un vitrage sélectif ou un vitrage solaire) et limitera les apports solaires gratuit en hiver.

Ce point est abordé plus en détail dans le dossier | Assurer le confort visuel au moyen de la lumière naturelle.

Inertie thermique du bâtiment

Evolution de la température intérieure et extérieure, avec et sans inertie thermique

figure30 © Architecture et Climat - LOCI – UCL

Les matériaux lourds de la construction tels que béton, brique, pierre, etc. ont une grande capacité à stocker de la chaleur. Le rayonnement solaire irradiant une paroi de brique ou de béton est, en partie, absorbé par celui-ci, transformé en chaleur et accumulé en son sein.

Cette paroi peut aussi prendre de la chaleur à de l'air plus chaud qu'elle. La chaleur sera restituée dès que la température de l'air environnant est plus basse que celle de la surface du matériau (par convection) ou/et dès que la température de surface d'objets avoisinants descend en-dessous de celle de la paroi en question (par rayonnement).

L'inertie thermique peut simplement être définie comme la capacité d'un matériau à stocker de la chaleur et à la restituer petit à petit. Cette caractéristique est très importante pour garantir un bon confort notamment en été, c'est-à-dire pour éviter les surchauffes.

Cette capacité permet de limiter les effets d'une variation "rapide" de la température extérieure sur le climat intérieur par un déphasage entre la température extérieure et la température de surface intérieure des murs et par amortissement de l'amplitude de cette variation. Un déphasage suffisant permettra par exemple que la chaleur extérieure "n'arrive" qu'en fin de journée dans l'habitat, période où il est plus facile de le rafraîchir grâce à une simple ouverture des fenêtres.

Source : Energie+

C'est cette capacité qui est indispensable pour que le free cooling soit efficace : les apports internes et solaires sont stockés pendant la journée et évacués par la ventilation intensive lorsque la température extérieure diminue.

En rénovation, on privilégiera donc une isolation thermique par l'extérieur ou par emplissage d'une coulisse, pour éviter les parois froides tout en conservant une inertie thermique.

Le dossier | assurer une grande inertie thermique développe cette problématique en détail.

Réalisation du refroidissement passif éventuel

Pour que le refroidissement passif soit efficace et assure le confort d'été, il convient de créer les ouvertures adéquates pour,

- assurer le transfert de l'air à travers les locaux à rafraichir par un positionnement adéquat des ouvertures en façade et des ouvertures de transfert à l'intérieur du bâtiment

Différents modes de transfert de l'air à l'intérieur d'un bâtiment Source : Alter-Clim © Bruxelles Environnement

- assurer des débits de ventilation suffisants par un dimensionnement adéquat des ouvertures (fenêtres, grilles, etc.).

Ces éléments sont abordés en détail dans le dossier | Appliquer une stratégie de refroidissement passif.