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SYSTÈMES SOLAIRES PASSIFS DE CLIMATISATION. PARTIE 1: QUE SONT-ILS ET COMMENT FONCTIONNENT-ILS ?

08-01-2019

Les systèmes solaires passifs profitent des éléments constitutifs du bâtiment comme les fenêtres, les murs ou les sols pour obtenir de l'énergie solaire passive et l'utiliser pour chauffer le bâtiment. L'objectif général de ces stratégies architecturales est de profiter des conditions climatiques et du soleil pour minimiser l'utilisation des systèmes actifs de climatisation et réduire ainsi la consommation d'énergie.

On peut penser que la construction passive est un concept moderne et à la mode, mais en réalité l'architecture bioclimatique de l'ère pré-industrielle (avant l'invention de l'électricité) était déjà orientée vers la régulation climatique des bâtiments à travers cette forme d'architecture. L'architecture vernaculaire était conçue en fonction du climat. De cette manière, dans les climats froids elle cherchait à capter le soleil et éviter les pertes des chaleur et, au contraire, dans les climats chauds, elle cherchait à maintenir l'intérieur frais et à augmenter la ventilation.

Au cours du siècle dernier et au début de l'actuel, la conception bioclimatique a été ignorée par la société et beaucoup d'architectes car le climat intérieur était régulé grâce à l'utilisation de systèmes mécaniques. Le risque d'épuisement des ressources naturelles provoqué par l'augmentation de la consommation mondiale d'énergie a conduit à un regain d'intérêt pour la conception solaire passive. Être plus efficace en matière d'énergie est essentiel si nous voulons garantir la survie de la planète et le bien-être des générations futures.

Alors, qu'est-ce que la conception solaire passive et comment en tirer profit au maximum ? Un bâtiment solaire passif est celui dans lequel les éléments de construction comme les murs, les sols, les toitures et les fenêtres, sont conçus et orientés de telle façon qu'ils permettent un apport d'énergie solaire maximal en hiver et qu'ils évitent la surchauffe en été.

Les éléments basiques de l'architecture solaire passive qui sont élaborés pour atteindre cet objectif sont :

  • L'ouverture solaire :ce sont les ouvertures dans l'enveloppe du bâtiment qui permettent l'accès de la lumière et de l'énergie solaire (apport solaire).
  • La masse thermique : est une propriété des matériaux d'un bâtiment qui définit sa capacité pour stocker la chaleur. L'utilisation de la masse thermique évite la surchauffe et minimise les variations de température en créant ce qu'on appelle inertie thermique.
  • Espace chauffé : est une zone habitable de la maison solaire passive où l'on recherche des conditions de confort thermique.

L'équation basique de bilan thermique pour un bâtiment est la suivante :

APPORTS SOLAIRES + APPORTS INTERNES + ÉNERGIE DE CHAUFFAGE AUXILIAIRE = PERTES DE CHALEUR PAR ENVELOPPE + PERTES PAR INFILTRATION ET VENTILATION

Les facteurs de conception les plus importants pour tirer profit des apports solaires sont la géométrie et l'orientation du bâtiment ainsi que les caractéristiques des matériaux utilisés.

L'apport solaire est l'énergie de radiation solaire incidente qui peut être absorbée et stockée ou réfléchie. La quantité d'énergie absorbée ou réfléchie dépend directement des propriétés du matériau. Par exemple, la quantité d'énergie absorbée peut varier selon la couleur du matériau : s'il est noir, il absorbera environ 90% de l'énergie de rayonnement incident.

Les apports incidents sont les apports de chaleur provenant des corps humains et des appareils électroniques du bâtiment. Par exemple, une personne adulte émet en moyenne 100 watts, ce chiffre étant variable selon l'activité qu'elle réalise. Tous les équipements électriques libèrent également de la chaleur durant leur fonctionnement.

Enfin, le chauffage auxiliaire est la chaleur produite par les dispositifs mécaniques des systèmes actifs. Dans les climats froids, par exemple, il est nécessaire de les utiliser pour atteindre la température de confort autour des 18-22ºC. Cependant, l'objectif des bâtiments passifs est de minimiser l'usage des systèmes actifs afin de réduire la consommation d'énergie.

La perte de chaleur survient au contact du bâtiment avec l'extérieur. Ses causes possibles sont la transmission thermique à travers les éléments de l'enveloppe ou des pénétrations d'air depuis l'extérieur. Ces dernières peuvent êtres dues à l'infiltration ou à la ventilation.

Parmi les systèmes solaires passifs de contrôle environnemental il existe trois catégories basiques de solutions : systèmes directs, semi-directs et indirects. Vous trouverez la description de ces systèmes et de leurs principes de fonctionnement dans la Partie 2 : types de systèmes et principes de fonctionnement.



Bibliographie :
Achard P., Gicquel R., European passive solar handbook, Brussels,  Commision of European Communities, 1986.
Lebens R.M., Passive Solar Heating Design, London, Applied Science Publisher Ltd, 1981, ISBN: 0-85334-870-7.

Source des images : Passive Solar Design

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