Avantages et inconvénients du gain solaire

Le gain solaire est l’augmentation de la température dans un espace, un objet ou une structure due au rayonnement solaire incident. Dans les bâtiments, cette augmentation de température est le résultat d’un rayonnement à ondes courtes, absorbé par l’intérieur d’un bâtiment, directement à travers une ouverture telle qu’une fenêtre ou indirectement par la structure, voire les deux. 

Un bâtiment peut conserver ce gain solaire en ayant une masse thermique élevée ou peut l’éviter en utilisant des matériaux réfléchissants et une isolation. Les deux options trouvent leur utilité en fonction des besoins de chauffage du bâtiment et du fait que le bâtiment nécessite ou non du chauffage. 

MAXIMISER LE GAIN SOLAIRE DANS LES BÂTIMENTS

Le gain solaire chauffe passivement en utilisant la lumière du soleil, il peut donc être un moyen très bon marché de chauffer un bâtiment. Cependant, comme il dépend directement de la quantité de lumière solaire disponible, il ne peut pas être utilisé comme source de chaleur principale. 

Si un bâtiment doit bénéficier de la chaleur du soleil, les matériaux de construction qui transmettent ce rayonnement doivent être privilégiés et la conception du bâtiment doit être telle que la structure sera exposée au rayonnement solaire autant que possible. Dans les paragraphes suivants sont décrits quelques-uns des moyens d’augmenter l’apport solaire lors de la conception d’un bâtiment ou lors d’une rénovation. 

Emplacement des fenêtres 

Les fenêtres doivent être positionnées et dimensionnées de manière à fournir autant de gain solaire que possible lorsque le chauffage est nécessaire. Pour ce faire, les vitrages doivent être conçus pour ne pas bloquer les apports de chaleur solaire et profiter au maximum du côté le plus ensoleillé du bâtiment. 

Il convient de noter qu’à certaines heures de la journée et à différentes périodes de l’année, même dans les climats plus frais, un apport solaire trop important peut entraîner une surchauffe. Pour cette raison, dans certains pays, les réglementations en matière de construction imposent des restrictions sur la quantité de vitrage pouvant être utilisée. 

Orientation du bâtiment 

L’orientation d’un bâtiment peut avoir un impact significatif sur le gain solaire. Orienter un bâtiment de manière à ce que la majorité de la lumière du soleil frappe le côté de la plus grande surface structurelle du bâtiment, permettra une plus grande absorption solaire. 

Ouvertures, type, taille et position 

Comme les ouvertures sont généralement la plus grande forme directe de gain solaire, en particulier à travers les fenêtres, la taille, la position, l’orientation et les matériaux ont un effet significatif sur le gain solaire. Dans toute conception de bâtiment, une considération architecturale minutieuse doit être prise pour équilibrer ces éléments de construction avec les exigences de gain solaire souhaitées. 

Matériaux et isolation

Des matériaux spécifiques dans la structure du bâtiment, qui absorbent autant de lumière solaire pour produire autant de gain solaire que possible, peuvent également être utilisés. La structure du bâtiment, en utilisant des matériaux solides denses, peut agir comme une masse thermique stockant les gains solaires pendant la journée, puis libérant la chaleur pendant les périodes les plus fraîches de la journée. 

RÉDUCTION DU GAIN SOLAIRE

Dans les climats plus chauds, le gain solaire peut être bénéfique en hiver, cependant, avec des heures d’ensoleillement plus longues et un ensoleillement plus intense pendant les mois d’été, cela peut créer des problèmes de surchauffe et un besoin de systèmes de ventilation et de refroidissement. C’est là que la réduction du gain solaire devient importante – ci-dessous sont énumérés quelques-uns des moyens d’y parvenir. 

Comment réduire le gain solaire : 

• Limiter la taille et la surface des ouvertures telles que les portes et les fenêtres 
• Ombrager ou orienter les portes et les fenêtres contre la lumière directe du soleil 
• Utiliser des matériaux réfléchissants sur le verre et le tissu 
• Isoler les murs et les combles pour éviter les gains solaires indirects dans le bâtiment 
• Ventiler les combles 

Il est possible d’utiliser des verres réfléchissants spéciaux et des éléments architecturaux tels que des ombrages sous forme de porches, ou des écrans pour limiter les apports solaires. Dans les climats plus chauds ou les mois d’été, l’utilisation d’auvents, de volets ou même de rideaux peut être utilisée à certaines périodes de l’année et de la journée pour limiter l’apport solaire. 

Devant les fenêtres, des ouvertures de fenêtre bien conçues ou l’utilisation d’écrans d’ombrage peuvent être utilisés pour limiter l’ensoleillement élevé pendant l’été tout en permettant un gain solaire à partir d’un ensoleillement hivernal à faible angle. 

Isolation 

Si un bâtiment est bien isolé, les gains de chaleur obtenus par les fenêtres et les ouvertures seront contenus, cependant, les murs fortement isolés réduisent également les gains solaires indirects à travers le tissu de la structure du bâtiment. 

CONCEPTION SOLAIRE PASSIVE

La conception solaire passive est un aspect de la conception de bâtiments passifs axé sur les facteurs, les matériaux et les techniques de construction qui maximisent ou minimisent l’énergie thermique du rayonnement solaire. 

Le solaire passif se concentre sur la conception de bâtiments où l’énergie thermique du soleil est maximisée ou minimisée. En été, des arbres à feuilles caduques devant les fenêtres sont utilisés pour bloquer la lumière du soleil. En hiver, les feuilles sont tombées et les arbres laissent passer le rayonnement solaire. 

La masse thermique du bâtiment peut être utilisée pour équilibrer les besoins de chauffage et de refroidissement tout au long de la journée en stockant les gains solaires accumulés pendant la journée, puis en les libérant lentement pendant les périodes plus fraîches, comme la nuit. 

Un exemple d’une telle masse thermique est un mur construit du côté hivernal d’un bâtiment avec une couche externe en verre et une couche interne à haute capacité thermique séparées par une couche d’air. 

L’utilisation de la masse thermique pour stocker les gains solaires accumulés pendant la journée et leur libération pendant les périodes plus fraîches en créant un mur, équilibre les besoins de chauffage et de refroidissement d’un bâtiment. 

Pour augmenter le gain de chaleur, le vitrage peut être utilisé là où la composition et le revêtement du verre sont conçus pour augmenter «l’effet de serre», tandis que sa taille, sa position et son ombrage peuvent être utilisés pour optimiser le gain solaire. Le gain solaire peut également être transféré à un bâtiment par des systèmes de gain solaire indirect ou isolé, tels que des panneaux solaires. 

IMPACT DU GAIN SOLAIRE SUR LE CHAUFFAGE AU SOL

Le gain solaire peut modifier rapidement les besoins en chauffage d’une zone, créant le besoin d’ouvrir les fenêtres pour abaisser la température ambiante ou d’allumer le chauffage les jours moins ensoleillés pour augmenter la température ambiante. Cela signifie que, dans une pièce ou un bâtiment fortement affecté par la chaleur du soleil, le système de chauffage doit être réactif en chauffant et en refroidissant rapidement. Une réponse rapide au gain de chaleur via l’énergie solaire est un élément clé d’un système de chauffage économe en énergie. Le contrôle de la température par zone, où chaque pièce est contrôlée par son propre régulateur de température, est très important car les besoins de chauffage varient d’une pièce à l’autre. 

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