ASSURER UNE BONNE PROTECTION SOLAIRE

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ASSURER UNE BONNE PROTECTION SOLAIRE
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GUIDE PRATIQUE POUR LA CONSTRUCTION ET LA RENOVATION DURABLES DE PETITS BATIMENTS
- RECOMMANDATION PRATIQUE ENE13 -
ASSURER UNE BONNE PROTECTION SOLAIRE
Limiter la pénétration du soleil en été tout en profitant de sa chaleur en hiver
PRINCIPES
DEMARCHE
Si la pénétration du soleil dans le bâtiment permet de limiter la consommation de chauffage, il
risque en été ou dès la mi-saison de provoquer une surchauffe et un inconfort important. La
protection solaire est donc un élément important d’une « stratégie du froid ». Il est donc
nécessaire de pouvoir, au fil des saisons, modifier l’exposition des ouvertures au rayonnement
solaire.
De nombreux types de protections solaires existent : permanentes (vitrages spéciaux, films
autocollants), fixes (auvents, avancées architecturales), mobiles (stores extérieurs, volets). Le
choix d’une protection solaire doit se faire en fonction de l’orientation de la fenêtre. Si possible,
elle maintiendra la possibilité de bénéficier d’une lumière naturelle suffisante.
Le principal indicateur de l’efficacité d’une protection solaire est le facteur solaire. Il représente
la fraction de l’énergie incidente qui passe effectivement à travers la protection solaire et le
vitrage. Un autre indicateur, proposé par la réglementation française RT2000 est le critère
ROSE (Ratio d’Ouverture Solaire Equivalent). Il s’agit du produit :
Critère ROSE = ouverture x FS x masque
Où :
o
o
o
l’ouverture est la fraction vitrée de la façade,
FS (facteur solaire) est la fraction d’énergie solaire incidente pénétrant dans le local à
travers la vitre et l’ombrage. Pour un vitrage seul, il s’agit de la valeur généralement
appelée « g » (entre 0.6 et 0.7 pour un double vitrage clair, et entre 0.4 et 0.25 pour un
vitrage sélectif). Pour un écran extérieur (screen) seul, la valeur g est souvent entre 0.2
et 0.6 en fonction du tissage. La combinaison d’un double vitrage et d’un store très
opaque mène donc à une valeur FS=0.65*0.2=0.13.
le masque est un coefficient décrivant l’ombre projetée sur la fenêtre. Une évaluation
précise de ce coefficient nécessite un calcul géométrique relativement complexe. Par
défaut, pour un auvent, la RT2000 propose la valeur 0,75.
D’autres valeurs pour le masque, ainsi que le détail du calcul de ROSE peuvent être trouvés
dans l’article 18 de l’arrêté du 22 décembre 2003, journal officiel de la république française, 7
février 2004, page 2628 à 2630.
En Région de Bruxelles-Capitale, il n’existe pas d’indicateur spécifique pour caractériser les
protections solaires, mais celles-ci sont intégrées dans le calcul d’un indicateur du risque de
surchauffe dans les logements, qui entre dans l’évaluation du niveau de performance
énergétique global E (voir fiche ENE03 – Développer une stratégie du froid)
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RECOMMANDATION PRATIQUE ENE13
OBJECTIFS
Minimum :
o Ombrer les surfaces vitrées risquant de provoquer une surchauffe, soit toute surface
vitrée située à l’est, au sud ou à l’ouest dépassant 20 % de la surface au sol d’un local,
au moyen d’un dispositif adapté à la hauteur du soleil pour l’orientation considérée.
o Respect des exigences PEB en matière de limitation des surchauffes et des
consommations de climatisations (voir section « dans la pratique »)
Conseillé : Opter pour une protection solaire suffisamment efficace :
o
o
facteur solaire < 0.45 si les fenêtres sont ouvrantes (possibilité de ventilation
intensive), et < 0.25 dans le cas contraire. Le facteur solaire est une donnée fournie
notamment par les fournisseurs de stores et de vitrages, représentant la fraction du
rayonnement solaire traversant la protection solaire.
ou Rose < 0.3 au Sud, < 0.45 à l’Est, < 0.55 à l’Ouest.
Ceci doit se faire sans pénaliser la possibilité de bénéficier d’un éclairement naturel important.
On cherchera donc dans tous les cas à maintenir la valeur de transmission lumineuse du
vitrage au minimum à plus de 50% (un double vitrage clair présente une transmission
lumineuse entre 0.6 et 0.7).
Photo 1 et 2 protections solaires externes mobiles,
photo 3 : protections solaires externes fixes, Brunner, Vienne 2003.
ELEMENTS DE CHOIX
ASPECTS TECHNIQUES
> Exposition solaire
Selon la date, l’heure et l’orientation, l’exposition solaire est différente. Le diagramme cidessous montre la position du soleil à tout moment :
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> Ombre portée par l’environnement
En ville, l’environnement bâti projette souvent une ombre. La meilleure façon de la visualiser
est de dessiner, pour chaque fenêtre, un diagramme solaire sur lequel on reporte la hauteur
des immeubles voisins. Par exemple, pour une ouverture ouest :
Ce diagramme permet de visualiser l’origine du rayonnement solaire et donc le type et la
position des protections. Il permet, par exemple, de prendre en compte l’ombre portée par les
arbres en été.
> Types de protection solaire
On distingue :
o
Les protections mobiles : stores extérieurs, claustras, panneaux coulissants, etc. Elles
sont utilisées en fonction des besoins, et permettent une protection efficace en été tout
en bénéficiant des apports solaires en hiver.
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RECOMMANDATION PRATIQUE ENE13
Cabinet d’avocat Röthis – Autriche (arch. Reinhard, Drexel et Hohenhems).
o
Les protections solaires placées à l’intérieur du bâtiment (rideaux, tentures, etc.) sont
peu efficaces : elles laissent en effet pénétrer le soleil dans la pièce avant de
transformer le rayonnement en chaleur. Par contre, elles permettent d’éviter le
rayonnement direct sur une personne. Si elles n’influencent pas la température, elles
n’en ont pas moins un impact sur le confort ressenti.
o
Les protections permanentes. Deux types de protections permanentes sont
considérer:
o
o
auvents, avancées architecturales, etc. : elles offrent une protection différente
selon la position du soleil. Leur dimensionnement doit donc être correctement
réalisé pour être efficaces. Par exemple, pour qu’un auvent protège
complètement une fenêtre orientée au Sud lorsqu’au solstice d’été le soleil est
au zénith, il faut que sa profondeur soit au moins égale à la moitié de la
hauteur de la fenêtre.
vitrages solaires ou films autocollants sur les vitrages. Ils limitent les gains
solaires aussi bien en hiver qu’en été, et réduisent les niveaux de lumière
naturelle à l’intérieur. Le tableau ci-dessous synthétise les tenants et
aboutissants du compromis à trouver entre transmission lumineuse du vitrage
et facteur solaire.
Economie d’énergie
Confort visuel et thermique
... plus le vitrage laisse
passer de la lumière,
c'est à dire plus son
facteur de
transmission
lumineuse est grand,
moins grande est la
consommation d’éclairage
électrique. La consommation
de chauffage n’est a priori pas
modifiée.
plus l’éclairage est naturel et le
contact avec l’extérieur
agréable. Mais par contre, plus
grands sont les risques
d’éblouissement si aucun
dispositif de protection solaire
n’est prévu.
... plus le vitrage est
isolant, c'est à dire
plus son coefficient de
déperdition est bas,
plus les déperditions
thermiques seront réduites à
travers sa surface en hiver.
plus la surface intérieure du
verre est chaude et plus les
risques de condensation de
surface sont réduits.
... mieux le vitrage
contrôle le
rayonnement solaire
plus le vitrage est chaud sur sa
face intérieure et donc moins la
température de l'air intérieur doit
être élevée pour assurer le
confort en hiver.
plus les frais liés à un éventuel
conditionnement d'air en été
sont réduits.
plus le confort thermique dans
le local est grand en hiver.
plus les risques de surchauffe
dus à l’effet de serre dans le
local sont diminués.
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entrant, c'est à dire
plus son facteur
solaire est petit.
Compromis
Economie d’énergie
Confort visuel et thermique
Mais, par contre,
moins la lumière naturelle
pénètre dans le local.
moins les apports d'énergie
gratuite en hiver sont
importants.
Idéalement, on choisira un vitrage très isolant, avec une bonne
transmission lumineuse, et un ombrage extérieur dissociée du
vitrage, plutôt qu’un vitrage filtrant le rayonnement solaire à
l’origine des surchauffes mais limitant également la possibilité
d’un éclairage naturel.
Certains vitrages, dits sélectifs, permettent un compromis en
filtrant le soleil tout en conservant une transmission lumineuse
proche de celle des vitrages « normaux ».
On peut encore mentionner les protections solaires végétales intégrées aux façades ou aux
toitures (voir fiches spécifiques).
ASPECTS ECONOMIQUES
> Coût de différents types de protection solaire
o
Protections permanentes :
o le surcoût dû au choix d’un vitrage solaire est d’environ 80€/m².
o Un brise soleil avec cadre en alu et ailettes plates en alu coûte 60 à 120 €/m²
de façade.
o Des films réfléchissants à apposer sur les vitrages ont un coût de l’ordre de
60€/m²
o
L’ajout de stores motorisés extérieurs sur l’ensemble des ouvertures d’une façade
coûte de 88 à 115 €/m² équipé
Les protections permanentes (vitrages sélectifs ou films) sont légèrement moins chères que les
protections mobiles ou les auvents, mais entraînent des surconsommations énergétiques
(chauffage et éclairage) dues à la réduction de gains solaires en hiver. De plus, ces films et
vitrages sélectifs réduisent (fortement ou légèrement selon les produits) la transmission
lumineuse et donc la quantité de lumière dans le local. Certains films provoquent également
une coloration du vitrage qui altère la perception de l’ambiance extérieure. Ces solutions ne
sont donc pas à privilégier.
> Durée de vie et entretien des différents types d’ombrage
Les protections permanentes ou fixes ne demandent pas d’entretien particulier et ont une
longue durée de vie.
Les protections mobiles par contre sont parfois plus fragiles. Certains modèles peuvent être
endommagés par grand vent. Pour les protéger, elles peuvent être automatisées avec une
détection automatique du vent, mais ce genre d’application domotique est peu courant dans
les logements. Les protections mobiles en toile peuvent également être plus sensibles au
vandalisme (déchirures, fragilité des mécanismes d’enroulement, etc.), et seront déconseillées
au rez-de-chaussée.
Il existe cependant des protections solaires mobiles robustes, par exemples les volets
métalliques enroulables ou sur charnière.
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ASPECTS SOCIAUX ET CULTURELS
> Mode de contrôle de la protection solaire
Lorsqu’une installation domotique est prévue dans le bâtiment, on aura intérêt à y intégrer les
protections solaires mobiles. Ceci permettra, via un anémomètre placé en toiture, de relever
automatiquement les stores par grand vent. Leur abaissement peut également être programmé
en fonction de la saison et de l’heure.
Néanmoins, pour des locaux occupés en permanence, une régulation manuelle sera efficace si
l’occupant est conscient de la nécessité de se protéger du soleil dès qu’il apparaît. Il ne faut en
effet pas attendre d’avoir trop chaud pour abaisser le store. Dans les locaux inoccupés en
journée, par exemple des logements en semaine, il suffira, en été, de veiller à fermer les volets
ou à abaisser les stores le matin avant de partir, pour éviter une montée en température des
locaux pendant la journée.
> Liaison à l’espace public
La fenêtre est un élément important de l’interface entre le bâtiment et l’espace public, et ne doit
pas uniquement se composer en fonction du bâtiment. Elle joue par exemple un rôle de
contrôle social et dans le sentiment de sécurité sur l’espace public. Il est important d’en tenir
compte lors de la conception des protections solaires. La fiche TER02 « Favoriser les
déplacement piéton » vous en dira plus sur cet aspect.
ARBITRAGE
Selon l’orientation et la forme de la fenêtre, le type de protection solaire choisi sera différent :
Gains solaires
en hiver et en
mi-saison
Sud
Confort d’été
Pérennité
Protection
permanente
type vitrage
solaire
☺
☺
☺ Mais
surcoût de
chauffage.
Protection fixe
type auvent
☺ Si la
fenêtre n’est
pas trop
haute.
☺
☺
Sauf si
intégré à
l’architecture.
Protection fixe
type avancée
verticale
☺
☺
Sauf si
intégré à
l’architecture.
☺
Protection
mobile
extérieure
☺
☺
Bonne si
automatisée,
faible sinon.
Exclu au rezde-chaussée.
Protection
mobile
intérieure
☺
☺
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RECOMMANDATION PRATIQUE ENE13
Coût
Est et Ouest
Confort d’été
Protection
permanente
type vitrage
solaire
☺
Gains solaires en
hiver et en misaison
Pérennité
☺
Coût
☺ Mais
surcoût de
chauffage.
Sauf si
intégré à
l’architectur
e.
Sauf si
intégré à
l’architectur
e.
Protection
fixe type
auvent
☺
☺
Protection
fixe type
avancée
verticale
☺
☺
☺
Protection
mobile
extérieure
☺
☺
Bonne si
automatisée,
faible sinon.
Exclu au rez-dechaussée.
Protection
mobile
intérieure
☺
☺
En résumé :
o placer des protections solaires telles que des avancées latérales et stores extérieurs
côté Est et Ouest : à l’Est et à l’Ouest, le soleil est rasant en été lorsque les apports
solaires risquent de générer de la surchauffe. De ce fait, seuls les stores extérieurs et
dans une certaine mesure les avancées latérales permettent de l'éviter. Pour ces
orientations, l’efficacité des auvents horizontaux est très limitée en été.
o placer des protections solaires telles que auvents fixes ou avancées architecturales
(balcon, toitures, etc.) côté Sud : Au sud, le soleil est haut en été lorsque les apports
solaires risquent de générer de la surchauffe et bas en hiver lorsque les apports
solaires sont plutôt bénéfiques. Les auvents ou les avancées architecturales sont donc
efficaces pour éviter les apports de chaleur en été tout en laissant pénétrer le
rayonnement solaire direct, bénéfique en hiver.
DANS LA PRATIQUE
Des mesures doivent être prises aux différentes phases de développement et de réalisation de
projet :
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ESQUISSE
> Surface des ouvertures
Pour assurer un éclairement naturel suffisant, le Règlement Régional d’Urbanisme
impose une surface vitrée minimale correspondant à 20% de la surface au sol du local.
Au Sud, il est utile en hiver de disposer d’une surface plus importante, mais une
protection solaire sera indispensable (théoriquement, une protection solaire efficace
est nécessaire dès 15% d’ouverture vitrée au Sud) A l’est et à l’ouest, une surface plus
importante est énergétiquement défavorable, tant en hiver qu’en été.
> Orientation des ouvertures
o
Choisir l’orientation adéquate pour chaque local: les locaux dans lesquels les charges
internes seront importantes (salles de réunion, locaux avec des équipements de
bureautique, etc.) seront orientés de façon à être peu ensoleillés.
o
Une attention toute particulière doit être apportée principalement pour les surfaces
vitrées orientées Sud et Ouest et dans une moindre mesure pour celles orientées Est.
En effet, sur toute une journée, des fenêtres de grande taille auront un impact
important sur la surchauffe si elles sont orientées :
o au sud : les apports solaires sont plus importants en hiver car le soleil est bas
sur l'horizon. Cependant les apports solaires d'été seront doublement ressentis
car ils s'ajoutent à une température de l'air plus importante ;
o à l'ouest : les apports sont maximaux en fin d'après-midi. Ce cas est le plus
critique car les apports importants dus à la faible hauteur du soleil se cumulent
à la chaleur emmagasinée durant toute la journée ;
o à l'est : les apports solaires sont maximaux en matinée.
AVANT-PROJET
> Dimensionner les protections solaires fixes
Les protections solaires fixes ont un impact architectural important. On les dessinera donc dès
les premières esquisses. Le principe de facteur solaire est difficile à appliquer lors du
dimensionnement des auvents, vu que leur protection est variable au fil du temps. Une
méthode de dimensionnement des protections solaires fixes est donnée dans le Cd-rom
Energie+. Elle se base sur le diagramme solaire présenté plus haut. En prédimensionnement,
on peut se baser sur le tableau ci-dessous :
Hauteur du soleil
(voir diagramme
solaire en début
de fiche)
Rapport entre la profondeur de l’auvent et la hauteur de la
fenêtre
20 %
40 %
60 %
80 %
100 %
0°
Nul
Nul
Nul
Nul
Nul
10°
Nul
0.1
0.1
0.1
0.2
20°
0.1
0.1
0.2
0.3
0.4
30°
0.1
0.2
0.3
0.5
0.6
40°
0.2
0.3
0.5
0.7
0.8
50°
0.2
0.5
0.7
Total
Total
60°
0.3
0.7
Total
Total
Total
70°
0.5
Total
Total
Total
Total
Fraction de la fenêtre protégée par l’auvent.
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On cherchera à obtenir une protection totale de la fenêtre pour une hauteur de soleil
correspondant au zénith au mois de mai (55° au Sud, ce qui correspond à un rapport de 70%
entre la profondeur de l’auvent et la hauteur de la fenêtre). On obtiendra ainsi une protection
efficace tout l’été. Notons que ce type de protection solaire est particulièrement efficace au
Sud, mais à l’Est et à l’Ouest, le soleil plus bas demande des profondeurs d’auvent beaucoup
trop importantes pour être mise en œuvre efficacement.
PROJET D’EXECUTION, DOSSIER POUR LE PERMIS D’URBANISME
> Choix d’une protection solaire mobile
Une protection solaire mobile (type store) sera choisie de façon à obtenir le facteur solaire
suivant :
Zone calme :
ventilation intensive
possible, ce qui limite le
besoin d’une protection
solaire
Zone bruyante :
ventilation intensive
impossible et besoin
d’une plus grande
protection solaire
Vitrages verticaux
< 0,45
< 0,25
Vitrages inclinés ou
horizontaux
< 0,25
< 0,15
Cette valeur est le produit du facteur solaire de la protection solaire et du vitrage. Souvent, les
vendeurs de stores en toiles ou de films autocollants donnent directement le facteur solaire de
leur produit combiné à un double vitrage clair.
Si l’on opte pour un vitrage filtrant le soleil, on cherchera à atteindre les mêmes valeurs.
Notons que, comme exposé plus haut, cette solution n’est pas à recommander. En effet, au
plus le facteur solaire est petit, au moins les apports solaires (favorables en hiver, défavorables
en été) entrent dans le local. Cependant, un faible facteur g présente l’inconvénient que
"l’ombrage" du vitrage est constant quelle que soit l’heure ou la saison. Le local ne profite donc
que peu des apports solaires en hiver, lorsqu’ils pourraient être bénéfiques. Une protection
solaire efficace et mobile est donc plus intéressante qu’un bon facteur g
> Respect des exigences « PEB »
Pour les habitations individuelles (bâtiment neuf ou assimilé neuf), un indice de surchauffe doit
être calculé pour l’unité PEB la plus exposée à la surchauffe. Le calcul peut être facilement
effectué avec "EPB-software Bruxelles" qui est disponible sur le site web de l’IBGE :
www.ibgebim.be > Professionnels > Energie > Performance énergétique des bâtiments (PEB)
> Qu’est-ce que la PEB ? > Documents utiles.
L’indicateur de surchauffe, calculé par le logiciel EPB-software Bruxelles, prend en compte :
▪ les apports de chaleur par le soleil ;
▪ les apports de chaleur par l’occupation ;
▪ les pertes de chaleur par transmission (à travers les murs, fenêtres, etc.) ;
▪ les pertes de chaleur par ventilation (dues à la ventilation hygiénique et dues aux
pertes incontrôlées par in/ et exfiltration) ;
▪ la capacité thermique (l’inertie).
Vous devez rentrer dans PEB-software des paramètres comme le volume, la demande de
chaleur, les caractéristiques des parois, l’épaisseur de l’isolation, les valeurs g et U du vitrage,
etc., pour obtenir l’indice de surchauffe.
L’indice de surchauffe peut avoir un impact important sur le niveau E de l’unité PEB. En effet,
en cas d’habitation individuelle, à partir d’un indice de surchauffe de 8.000 Kh le niveau E
prend en compte des consommations électriques liées au refroidissement actif même si vous
n’avez, ni prévu, ni installé de climatisation. Ces consommations vont pénaliser le niveau E
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atteint par l’unité PEB. Ce niveau E sera mentionné dans le certificat de performance
énergétique. De ce fait, il est fortement recommandé de rester en dessous du seuil de
8.000 Kh.
Si un logement ne respecte pas la valeur limite pour l’indicateur de surchauffe, une amende1
peut être infligée. Cette amende est proportionnelle à l’écart entre le niveau d’exigence requis
(17.500 Kh) et le niveau réellement atteint à l’issue du chantier.
Pour les locaux de bureaux et services ou enseignement (bâtiment neuf ou assimilé neuf), il
n’existe pas d’indice de surchauffe par contre : les besoins de refroidissement dépendant du
risque de surchauffe ont un impact négatif sur le niveau E de votre unité PEB.
Le niveau E pour ces affectations prend en compte les besoins nets pour le refroidissement
pour calculer l’énergie nécessaire au refroidissement de cette dernière. Ces besoins,
représentatifs du risque de surchauffe, dépendent des gains internes, des gains solaires, des
pertes par ventilation et des pertes par transmission. En cas de présence effective
d’installations de refroidissement, le niveau E est encore plus pénalisé car un facteur de 1,5 est
appliqué sur les besoins de refroidissement.
En résumé, si les besoins de refroidissement augmentent, le niveau E de l’unité PEB
augmente. Mais si un système de refroidissement actif est installé, l’augmentation du niveau E
sera encore plus importante. Ce niveau E défavorable sera également repris dans le certificat
énergétique de votre unité PEB délivré après la réalisation des travaux.
> Prévision de transformations
Lorsque la nécessité de disposer de protections solaires n’est pas évidente et qu’un
investissement préventif ne peut être consenti, on dessinera les fenêtres de façon à ce que
l’ajout ultérieur d’une protection extérieure mobile soit aisément réalisé. Concrètement, on
placera un caisson vide d’environ 10 x 10 cm à l’endroit où la future protection solaire prendra
place.
SUIVI ET SURVEILLANCE DES TRAVAUX
La jonction d’un châssis avec une maçonnerie est toujours un point dont le détail doit être
soigné pour éviter les ponts thermiques et acoustiques (voir fiche ENE09 « Limiter les ponts
thermiques » et CSS05 « Assurer le confort acoustique »). La présence d’un caisson de store
enroulable peut compliquer le détail. L’architecte sera donc attentif à la continuité de l’isolation
lors du contrôle des travaux.
ENTRETIEN
Pour assurer leur pérennité, les protections extérieures mobiles doivent être choisies de façon
à supporter des vents exceptionnels. A ce titre, on limitera des protections type store enroulant
extérieur aux bâtiments équipés d’une automatisation et d’une station météo.
Dans les autres cas, on privilégiera comme protection solaire mobile extérieur des éléments
plus robustes, comme des éléments coulissants, des volets pivotants ou des volets métalliques
déroulants.
Détermination de l’amende: En cas de dépassement de la valeur maximale, le calcul de l’amende administrative se
fait dans un premier temps en multipliant le dépassement de l’indicateur de surchauffe par le volume du secteur
énergétique. Chaque dépassement de 1.000 Khm3 correspond alors à une consommation d’énergie primaire de
2 MJ/an. Les amendes sont basées là-dessus. Dans un deuxième temps, les (éventuelles) amendes de chaque
secteur énergétique sont additionnées pour obtenir l’amende totale pour l’unité d’habitation.
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INFORMATIONS COMPLEMENTAIRES
AUTRES ELEMENTS A GARDER A L’ESPRIT
Voici une liste de fiches liées au contrôle du confort d’été :
o
o
o
o
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o
ENE03 - Développer une stratégie du froid
ENE06 - Optimiser la conception des fenêtres
ENE07 - Permettre une ventilation intensive
ENE08 - Assurer une grande inertie thermique
TER06 - Réaliser une toiture verte
TER07 - Réaliser une façade verte
BIBLIOGRAPHIE
Sources d’information sur les protections solaires :
o
o
o
Energie+: http://energie.wallonie.be/energieplus/entree.htm
SEBTP, Guide de la protection solaire, SEBTP, 2001.
JM Hauglustaine, F.Simon, La fenêtre et l’énergie – Guide pratique pour architecte,
Ministère de la Région Wallonne, Namur, 2001. Commande gratuite sur le site :
www.energie.wallonie.be
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