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Planification d'une maison à absorption solaire directe

La maison à absorption solaire directe fait appel à une méthode de construction basée sur l'efficacité énergétique. Outre l'utilisation directe des rayonnements du soleil grâce à des éléments de construction transparents, une bonne masse d'accumulation thermique est aussi nécessaire.

Dans le bâtiment locatif Spreitenbach de 5 architectes, Wettingen, on voit un escalier aménagé en hauteur devant la façade sud avec un angle de renversement d’environ 30° et un espace extérieur renfoncé dans l’angle sud-ouest ou sud-est. Cet alignement garantit une parfaite absorption directe du soleil et des pièces lumineuses au sud.
Dans le bâtiment locatif Spreitenbach de 5 architectes, Wettingen, on voit un escalier aménagé en hauteur devant la façade sud avec un angle de renversement d'environ 30° et un espace extérieur renfoncé dans l'angle sud-ouest ou sud-est. Cet alignement garantit une parfaite absorption directe du soleil et des pièces lumineuses au sud.

L'architecture solaire est une méthode de construction globale à faible consommation d'énergie, laquelle inclut l'utilisation directe du rayonnement solaire, grâce à des éléments de construction transparents. Une bonne masse d'accumulation thermique est la condition pour emmagasiner la chaleur dans le sol, les murs et plafonds et en profiter au cours des heures pauvres en soleil. 

Autrefois la question se posait de savoir si une maison à absorption solaire directe devait davantage être optimisée en termes de minimisation de la perte de chaleur ou de maximisation du gain de chaleur solaire. L'unanimité règne désormais : les deux approches sont requises dans le cadre d'un tel concept de bâtiment durable. 

Identifier le rendement solaire

La maison à absorption solaire directe a recours uniquement à la technique impérativement nécessaire. La chaleur est gagnée en priorité par les fenêtres orientées au sud. Avant la construction, il est donc nécessaire de réaliser sur place une analyse de la situation de rendement solaire. Ce dernier peut notamment être restreint par les bâtiments voisins ou des arbres. En hiver aussi, les branches d'un feuillu peuvent causer jusqu'à 50 % d'ombrage. 

Orientation

En décembre et janvier, le rayonnement solaire se situe entre 30° sud-est et 30° sud-ouest. Avec le vitrage solaire correspondant, en fonction de la situation, durant la période la plus froide de l’hiver un rendement net entre 50° sud-est et 50° sud-ouest est possible. Les rendements les plus importants sont réalisés de 15° sud-est à 15° sud-ouest. 

Forme extérieure

Les surfaces vitrées orientées au sud devraient être peu ombragées et placées le plus en avant possible. Embrasures et linteaux doivent être réalisés en conséquence. Si des embrasures profondes sont déterminantes pour le concept architectonique, il est possible de les aménager en considérant l'ensoleillement. 

En effet, le jour le plus court, le soleil se situe seulement à 20° horizontalement par rapport au zénith, par contre l'angle de l'embrasure devrait être conçu à plus de 30°, car sinon les rendements entre fin février et mars ainsi qu'en octobre et jusqu'à début novembre s'en verraient trop fortement réduits. 

Ombrage et protection contre l'éblouissement 

Pour la période estivale et l'entre-saison, les fenêtres entre le sud-est et le sud-ouest sont dotées d'une protection solaire extérieure et pour l'hiver d'une protection contre l'éblouissement intérieure.

  • Protection solaire sud-est / sud-ouest : une toile déroulante de 1,5 m de long, un parapet inclinable ou un avant-toit temporaire sont généralement bien appropriés pour une hauteur d'étage ordinaire. 

  • Protection solaire est et ouest : seules les installations de protection solaire verticales sont adaptées pour protéger des bas rayons du soleil le matin et le soir.

  • Protection contre l'éblouissement sud-est / sud-ouest en hiver : déterminante pour le concept du bâtiment, car à cette période aucune protection solaire extérieure ne peut être utilisée. Sert non seulement de protection contre l'éblouissement, mais aussi de déviation de la lumière et d'obscurcissement. 

Refroidissement naturel

Une aération transversale pour le refroidissement nocturne est optimale, lorsque deux surfaces de façade opposées, si possible orientées dans la direction principale du vent, peuvent être ouvertes. Une aération angulaire nécessite un agencement correspondant. L'aération verticale, ou par la cage d'escaliers, est aussi très efficace. 

Le bâtiment administratif de l’entreprise Josias Gasser Baumaterialien AG à Coire est un immeuble à accumulation directe économique (450 CHF/m3), basé sur un concept de maison pratiquement passive. Il nécessite encore juste 4,5 KWh/m2 de chaleur supplémentaire.
Le bâtiment administratif de l'entreprise Josias Gasser Baumaterialien AG à Coire est un immeuble à accumulation directe économique (450 CHF/m3), basé sur un concept de maison pratiquement passive. Il nécessite encore juste 4,5 KWh/m2 de chaleur supplémentaire.

Pas de chauffage ou simplement un chauffage d'appoint

Un chauffage supplémentaire n'est nécessaire que les quelques jours de mauvais temps pendant la période la plus froide de l'hiver et ne devrait être mis en marche que lorsque la température de masse de la maison atteint le seuil de tolérance personnel (par ex. 21 °C). La recharge de la masse d'accumulation est assurée par le soleil et pas à l'aide d'un chauffage supplémentaire. C'est pourquoi il doit être conçu aussi petit que possible. Une erreur fréquente est le réglage trop faible de la valeur minimale de la température de masse. 

Rayonnement du soleil et performance d'absorption

La maison est un accumulateur de chaleur et toutes ses surfaces diffusent de la chaleur. Une capacité suffisante d'absorption de la chaleur doit être reconnue pour toutes les surfaces intérieures (accumulateur secondaire). Ainsi il est possible notamment d'éviter un surchauffage de l'air intérieur et les pièces restent dans la zone de confort en termes de température, même sans protection solaire ou aération. 

Les surfaces directement exposées aux rayons du soleil (accumulateur primaire) présentent une envergure d'absorption généralement nettement supérieure. Près de 50 % du rayonnement est transformé en chaleur par le revêtement. 

  • Mobilier, fenêtres : les fenêtres au sud doivent être aménagées jusqu'au sol, car les surfaces derrière le vitrage restent généralement libres et peuvent être utilisées comme accumulateur primaire. 

  • Murs dotés d'un accumulateur primaire supplémentaire : les surfaces les plus efficientes sont les murs, surtout les murs de séparation, qui conduisent directement jusqu'à la fenêtre. 

Masse d'accumulation intérieure et sécurité pour les jours de mauvais temps

  • Les murs intérieurs et plafonds constituent les accumulateurs les plus économiques, puisque la profondeur de pénétration est imputable des deux côtés.

  • Sols : les sols en pierre dans les pièces orientées au sud sont très efficients comme accumulateurs primaires et secondaires, mais ne peuvent pas être utilisés comme accumulateur unique. Il convient d’éviter le recouvrir les sols de meubles ou tapis. 

  • Les murs servent en premier lieu d'accumulateurs secondaires, ils atteignent en principe une surface d'absorption trop faible et peuvent être recouverts par des meubles ou des tableaux. 

  • Les plafonds sont en général des accumulateurs secondaires très efficients et peuvent être utilisés comme accumulateurs primaires avec un système de détournement de lumière. 

Une maison à absorption solaire directe en dix étapes :

  1. Calculer la ligne horizontale et dresser un diagramme solaire

  2. Concept architectonique convaincant

  3. Établir une concordance entre la conception des étages et l'utilisation solaire

  4. Optimiser la taille des fenêtres et définir la qualité de vitrage

  5. Planifier l'ombrage extérieur et la protection contre l'éblouissement intérieure

  6. Définir ou vérifier les surfaces et constructions intérieures

  7. Harmoniser la masse d'accumulation intérieure par rapport à la taille des fenêtres et la qualité de vitrage

  8. Calculer la moyenne mensuelle des besoins en chaleur de chauffage selon la norme SIA 380/1

  9. Planifier le chauffage d'appoint et la répartition de la chaleur pour les phases de mauvais temps

  10. Vérifier le choix des matériaux et les détails de construction selon les critères de la biologie du bâtiment

Font partie du concept architectonique des maisons à absorption solaire directe :

  • Projet

  • Urbanisme

  • Volumétrie

  • Idée de projet (situation, contexte, orientation, localisation, typologie régionale, flexibilité, possibilités d'adaptation)

  • Ouvrage porteur durable, construction, matérialisation

  • Forme de bâtiment compacte, esthétique, qualité de l'espace extérieur

  • Concept énergétique global

  • Flexibilité en termes de planification

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Informations additionnelles

« Solararchitektur – Häuser mit solarem Direktgewinn » par Andrea Rüedi, Peter Schürch et Jörg Watter; éditions Faktor, 2016 Imprimer l'article