Le choix et le dimensionnement des protections solaires est un facteur essentiel de conception bioclimatique.
Les protections solaires fixes
Elles sont généralement présentes sous forme de structures plus ou moins intégrées au bâti.
- Les débords de toit
- Les casquettes
- Les pergolas
La protection solaire fixe présente l’avantage lorsqu’elle est bien dimensionnée et qu’elle dessert une menuiserie adéquatement orientée (SUD) d’empêcher une grande partie du rayonnement solaire d’atteindre le vitrage en été et à l’inverse de laisser une part importante de rayonnement solaire atteindre le vitrage en hiver.
Elle se présente sous la forme d’une avancée horizontale au dessus de la menuiserie à traiter.
Une première approche du dimensionnement peut se faire sur la base de la formule suivante :
L = H / F
L : Longueur de protection du vitrage au bord de la protection
H : Hauteur du bas de menuiserie à la sous-face de la protection
F : facteur casquette
Pour une latitude de 45°N F varie de 1.93 à 2.58
La valeur la plus élevée donne une occultation à son maximum le 21 juin à midi autrement dit, on privilégie l’apport d’hiver.
La valeur la plus faible permet un maintient de la protection complète jusqu’au 1 Aout, on privilégie alors la protection d’été.
Exemple de casquette solaire privilégiant la protection :
L’étude d’ensoleillement
L’étude de l’ensoleillement se fait par un profil d’ombrage et un diagramme solaire pour la latitude du projet.
En fond, le diagramme solaire montre la trajectoire du soleil pour chaque mois (ligne bleue) et chaque heure (ligne rose).
Le profil d’ombrage (en nuance de gris) montre l’impact de la casquette sur l’apport solaire (ou inversement la protection). La zone blanche correspond à un apport maximal. La zone la plus foncée correspond à un apport nul donc une protection de 100%.
Exemple de lecture 1 : le 22/06, à toute heure de la journée, la protection est maximale (apport 0%).
Exemple de lecture 2 : le 21/03 (ou 23/09), les apports évoluent de 100% à 6h30 à 50% à 11h45 puis à 0%à partir de 15h.
On peut faire varier la profondeur de casquette pour obtenir l’équilibre entre protection et apport.
Ci-dessous la variation de la transmission du rayonnement par mois en fonction de la profondeur de casquette.
Une casquette fixe présente le grand intérêt de fournir un « forfait » de protection efficace. Efficace car le taux de transmission diminue de moitié entre l’hiver et l’été.
Elle sera efficace indépendamment de l’usage ce qui garantit une protection minimale.
Protection mobile + protection fixe : un combo parfait
La protection solaire fixe n’est pas cependant pas suffisante car il existe un décalage entre le milieu de la saison de chauffage et le solstice d’hiver (moment ou le soleil est le plus bas). Ce décalage dépasse souvent un mois.
De même l’été, le moment le plus chaud n’est pas le 21 juin. On comprendra aisément qu’on ne cherchera pas la même protection le 21 aout et le 21 avril (qui partagent pourtant tout deux une course du soleil identique dans le ciel).
L’ajout d’une protection mobile permet de pallier ces insuffisances. Le couple de protection fixe et mobile est donc idéal pour obtenir un forfait de protection indépendamment de l’usage d’un côté et pour affiner la protection en fonction du besoin d’un autre côté.
La dimension de la casquette se fera ainsi en fonction des facteurs suivants :
Présence d’une protection mobile à usage fréquent
=
Casquette courte permettant un meilleur apport l’hiver (1 ou 1.1m)
Présence d’une protection mobile uniquement pour les moments les plus critiques
=
Casquette longue permettant une plus grande autonomie de protection (1.2 ou 1.3m)
Pas de protection mobile additionnelle
=
Casquette longue (1.3 ou 1.4m)
Protection mobile
Ils s’agit le plus souvent de volets ou de stores.
Ils peuvent être à manipulation manuelle ou électrique, à gestion manuelle ou gestion automatique (domotique).
Le principal avantage est la flexibilité et l’adaptabilité à la situation de ces protections. On peut ainsi prévoir d’actionner les protections en mi-saison si la météo indique des températures anormalement chaudes et pouvant mener à une surchauffe des locaux, on peut inversement ne pas les actionner en juin si le mois est particulièrement doux et qu’on souhaite bénéficier du plus de luminosité possible.
On touche du doigt ici un des inconvénient des protections solaires mobiles : elles font perdre de la luminosité aux locaux. Des choix de positionnement en retrait sur l’extérieur d’1m peut réduire grandement cet effet.
Le second inconvénient est la partie gestion : qui dit mobile, dit utilisateur ou programmation. L’utilisateur peut ne pas être efficace dans sa gestion et laisser ouvert une protection mobile un matin d’été laissant la chaleur lentement s’emmagasiner dans les locaux. Ou quitter les locaux en journée sans actionner les protections (c’est là que l’ajout de protections fixes permet de limiter les apports)
Il existe une grande variété de type de protection solaire mobile dont voici un classement succin en termes d’efficacité :
- Toute protection placée à l’intérieur du local devant la menuiserie (c’est même parfois contreproductif, on choisira une couleur clair pour limiter l’effet « panneau solaire ».)
- Un store extérieur opaque
- Un volet roulant ou volet battant extérieur : ils ajoutent une résistance thermique complémentaire à la menuiserie.
- Un brise-soleil orientable BSO : avec ses lames orientable il permet de régler l’apport lumineux tout en réduisant au maximum l’apport de chaleur.
- Un volet roulant à lame orientable VRO : Il fonctionne comme un volet roulant mais ses lames peuvent s’orienter lorsqu’il est fermé.