Ombrage et confort d’été

Une maison bien isolée conserve la chaleur, ce qui peut être gênant en juillet. Le soleil entre par les fenêtres, les occupants et les appareils apportent de la chaleur, et l’enveloppe du bâtiment la retient. La surchauffe dépend de la chaleur qui entre, de celle qui peut sortir et de celle que la structure peut absorber temporairement (son inertie thermique, c’est-à-dire la chaleur que les murs et les sols peuvent stocker). Cet article traite des deux premiers points. L’inertie thermique a son propre article.

Ombrage extérieur

L’assistant propose trois choix : stores vénitiens extérieurs (souvent appelés Raffstore ou brise-soleil), volets roulants ou aucun ombrage extérieur. Les stores vénitiens inclinent leurs lames pour bloquer le soleil direct tout en laissant entrer la lumière. Les volets roulants se ferment complètement : ils bloquent presque tout le soleil et plongent la pièce dans l’obscurité. Simulez la même maison avec chaque option pour voir ce qu’apporte une fermeture complète pendant les journées les plus chaudes. Les stores et rideaux intérieurs ne sont pas modélisés. Ils ne bloquent le soleil qu’après son passage à travers le vitrage, donc la majeure partie de la chaleur est déjà à l’intérieur.

Dans le modèle, les deux solutions sont représentées par un écran plat à l’extérieur, à quelques centimètres de chaque fenêtre. Une fois déployé, l’écran arrête le rayonnement solaire avant qu’il atteigne le vitrage : la majeure partie pour les stores vénitiens, presque tout pour les volets roulants. La quantité de soleil transmise par un produit réel dépend du produit et, pour un store, de l’angle de ses lames. Le modèle utilise une valeur représentative pour chaque type. L’assistant active l’ombrage extérieur par défaut ; vous pouvez le désactiver.

Déploiement des stores

Le store vénitien d’une fenêtre descend lorsque deux conditions sont réunies. Le rayonnement reçu par cette fenêtre, direct et diffus, dépasse 300 W/m² (watts par mètre carré de vitrage ; en plein soleil par temps dégagé, il est d’environ 1,000 W/m²) et l’air extérieur dépasse 10 °C. Il n’y a pas de calendrier. Les stores peuvent bouger toute l’année et ces deux conditions déterminent leur position.

Par une journée ensoleillée de janvier, l’air reste sous 10 °C : les stores restent levés et le soleil chauffe la maison. Par une journée ensoleillée de mai, ils descendent. La limite de 10 °C est un choix du modèle, pas une valeur de fabricant. Elle compte : avec des stores qui se ferment en fonction du soleil uniquement, toute l’année, le besoin de chauffage de la maison de référence a augmenté de plus d’un tiers, car chaque heure ensoleillée d’hiver perdait son apport solaire gratuit. C’est aussi pourquoi une petite maison très vitrée peut se refroidir par une journée froide et ensoleillée de mars. Les stores restent levés volontairement, car les fermer demanderait plus de chauffage que cela n’économiserait de refroidissement.

Chaque fenêtre décide séparément : les fenêtres est se ferment le matin, celles du sud vers midi et celles de l’ouest l’après-midi. La commande observe le rayonnement reçu par le vitrage et l’air extérieur à chaque pas de temps, pas la température intérieure, le vent, la pluie ou la présence des occupants.

Les volets roulants suivent le même seuil solaire, mais attendent une journée chaude : ils ne se ferment que si l’air extérieur dépasse 20 °C. En dessous, la lumière du jour reste dans la pièce et les volets restent levés. Comme la limite de 10 °C, celle de 20 °C est un choix du modèle et non une valeur de fabricant. Nous l’avons choisie en simulant une petite maison très vitrée avec refroidissement au sol et des seuils de 18, 20, 22 et 24 °C. À 20 °C, la maison est restée presque aussi fraîche qu’à 18 °C, avec environ un quart d’heures en moins dans l’obscurité. À partir de 22 °C, le nombre d’heures avec une température intérieure supérieure à 26 °C a doublé. Le chauffage n’a pas changé à ces réglages, car les volets ne se ferment jamais pendant la saison de chauffage.

Le seuil solaire et les limites de température extérieure sont définis par le modèle, pas proposés comme données d’entrée. Les vrais capteurs solaires fonctionnent de façon comparable : ils se ferment selon la luminosité, et certains ajoutent un seuil de température extérieure ou un réglage hivernal qui garde les stores ouverts.

Ce qui évacue la chaleur en été

La chaleur quitte la maison par l’enveloppe (murs, toit, sol et fenêtres), par la ventilation et, si vous en avez un, par le système de refroidissement.

La ventilation naturelle fonctionne sans ventilateur : l’air entre par les fuites du bâtiment et par les fenêtres que vous ouvrez. Le modèle utilise un débit de fond de 0.3 renouvellement d’air par heure (le volume d’air de la maison est remplacé 0.3 fois par heure), soit environ une demi-heure par jour avec les fenêtres grandes ouvertes. Il ne fonctionne que si la maison est plus chaude que l’extérieur, si la température intérieure se situe entre 18 et 32 °C et si la température extérieure se situe entre 0 et 32 °C. Le débit n’augmente pas quand la maison chauffe, à une exception près.

Une maison sans refroidissement bénéficie d’une aération nocturne. De 23:00 à 06:00, si une pièce dépasse 23 °C et que l’air extérieur dépasse 12 °C tout en étant plus frais que la pièce, les fenêtres sont considérées ouvertes et le renouvellement d’air passe à 2 par heure. C’est la valeur retenue par la norme allemande DIN 4108-2 pour la ventilation nocturne par les fenêtres. Une maison avec refroidissement au sol ou climatisation split n’en bénéficie pas, car son refroidissement maintient déjà la consigne. Il n’y a pas d’aération de jour ni de ventilation traversante plus forte entre les étages.

Si vous choisissez la ventilation mécanique avec récupération de chaleur, le débit naturel passe à 0.1 renouvellement d’air par heure et la centrale de ventilation prend le relais. Cette centrale comprend deux ventilateurs et un échangeur de chaleur qui transmet la chaleur de l’air vicié évacué à l’air frais entrant. Elle fonctionne toute l’année avec un débit et un rendement de récupération constants, sauf pour le bypass d’été : le volet qu’une vraie centrale ouvre pour que l’air extérieur frais arrive sans traverser l’échangeur. Le modèle en prévoit un par étage chauffé. Il contourne l’échangeur lorsque trois conditions sont réunies : la pièce est chaude, l’air extérieur dépasse 12 °C et il est plus frais que la pièce. L’état « chaud » s’active au-dessus de votre température de chauffage de jour plus 2 K et se désactive sous cette température plus 1 K. Avec une consigne de chauffage diurne de 21 °C, le bypass s’ouvre au-dessus de 23 °C et se ferme sous 22 °C. Les ventilateurs continuent au même débit, mais l’échangeur ne récupère plus la chaleur : l’air frais de nuit entre sans être réchauffé. Ces valeurs se situent dans les plages que les fabricants indiquent pour leurs régulateurs. Les réglages varient selon les appareils réels et l’assistant ne vous demande pas ces valeurs.

Le refroidissement actif est un choix d’équipement séparé : refroidissement au sol, climatisation split, les deux ou aucun. Le refroidissement au sol réutilise le circuit du chauffage au sol et nécessite donc ce dernier. Une maison avec radiateurs peut avoir une climatisation split ou aucun refroidissement. Une protection contre le point de rosée empêche le refroidissement au sol de faire descendre la température du sol sous le point de rosée, température à laquelle l’humidité de l’air se condense sur une surface froide.

Lire les résultats

Les résultats montrent l’évolution annuelle de la température de l’air de chaque zone thermique (un étage traité comme un seul volume d’air), ainsi que les valeurs maximale, moyenne et minimale et l’énergie de refroidissement si un système existe. Pour voir l’effet de l’ombrage, simulez deux fois la même maison avec la même année météo, une fois avec ombrage et une fois sans. Le graphique horaire montre combien de temps la température reste au-dessus du niveau qui vous intéresse. Sans système de refroidissement, l’énergie de refroidissement vaut zéro quelle que soit la température : consultez la température plutôt que cette valeur d’énergie.

L’année météo compte. Un été chaud réel montre une surchauffe que l’année typique (une moyenne assemblée à partir de nombreuses années d’observations) atténue. Simulez les deux.

Limites du modèle

Les températures sont des moyennes pour un étage entier. Elles ne disent pas si une chambre sous le toit est confortable.
L’ouverture des fenêtres suit une règle fixe : 0.3 renouvellement d’air par heure, plus l’aération nocturne à 2 par heure dans une maison sans refroidissement. Elle ne suit pas vos habitudes. Si vous gardez les fenêtres fermées la nuit, votre maison sera plus chaude que le résultat. L’aération atteint aussi le rez-de-chaussée, où certaines personnes gardent les fenêtres fermées pour des raisons de sécurité.
L’ombrage est tout ou rien, avec une part fixe de soleil transmise pour chaque type et le même dispositif à chaque fenêtre. Il est impossible de mettre des volets seulement au sud et à l’ouest. L’angle des lames, la lumière du jour et l’éblouissement ne sont pas modélisés. Il n’y a ni sécurité vent (la remontée des stores réels en cas de vent fort) ni commande manuelle.
Débords de toit, balcons, arbres et bâtiments voisins ne font pas d’ombre à la maison. Seuls les stores en font.
L’humidité et la condensation ne font pas partie du résultat de confort.