L'orientation des vitrages

Réduire les apports solaires de chaleur en été et les favoriser l’hiver : deux objectifs contradictoires ?

L’éclairage naturel apporté par une fenêtre est toujours apprécié. Mais les apports de chaleur en été et les déperditions en hiver dus aux surfaces vitrées ne sont que rarement pris en compte lors de la conception d’un bâtiment. Pourtant il est intéressant de se demander à combien s’élèvent les apports d’énergie, selon l’orientation des vitrages.

L’étude de la course du soleil donne des résultats formels : le soleil apporte beaucoup de chaleur en hiver par une vitre au sud, et beaucoup moins en été par rapport aux autres orientations (Ouest, Est, Nord, Sud-ouest…). L’orientation sud est donc idéale pour les vitrages.

Courbes d’apports solaires par des fenêtres verticales

Le graphique suivant nous donne les valeurs d’énergie solaire reçue par un double-vitrage vertical, lors d’une journée à ciel clair, pour différentes orientations : sud, ouest et est, nord, sud-est et sud-ouest, nord-est et nord-ouest. Les valeurs se calculent simplement à partir de la connaissance de la course du soleil à notre latitude

Apports solaires par journée claire sur un double vitrage vertical (en kWh/m2.j)

Valeurs d’énergie solaire reçue par un double-vitrage vertical, lors d’une journée à ciel clair.

(d’après « Le guide de l’énergie solaire passive », Edward Mazria, 1980)

Une idée trop communément admise est qu’il faut éviter les fenêtres au sud pour réduire les apports solaire en été. Au contraire, d’avril à août, une surface verticale orientée plein sud recevra moins d’énergie qu’une surface orientée à l’est ou l’ouest. Comme on le voit sur le graphique, il pénètre 2,2kWh/j par 1m2 de double-vitrage au sud en juillet, mois le plus chaud de l’année, contre 3,2kWh au sud-est et 3,4kWh à l’ouest ou l’est.

Apports solaires par jour clair en juillet

Apports solaires par jour clair en juillet

(d’après « Le guide de l’énergie solaire passive », Edward Mazria, 1980)

Un zoom sur le mois de juillet montre que les apports solaires sont aussi faibles pour une fenêtre orientée au sud qu’au nord-ouest. Ils sont par contre beaucoup plus importants à l’est et à l’ouest.

Ces constatations s’expliquent par le fait que le soleil est beaucoup plus haut dans le ciel lorsqu’il est au sud, en été. L’énergie incidente pour une surface verticale est alors relativement faible, alors qu’elle est très importante pour une surface horizontale.

L’hiver, le soleil est bas et sa course limitée du sud-est au sud-ouest: les rayons presque horizontaux apportent plus d’énergie sur une surface verticale au sud.

Ces graphiques montrent en fait que pour des surfaces verticales, il est possible de favoriser par une bonne orientation les apports solaire l’hiver tout en les réduisant l’été, ces deux objectifs sont tout à fait compatibles.

Apports solaires sur surface inclinée

Le texte précédant s’appliquait aux surfaces verticales.
Mais en est-il de même pour d’autres inclinaisons?

Certains toits sont dotés de surface vitrée, on peut étudier les apports par de telles vitres pour une inclinaison courante de 45°.

Le graphique suivant nous montre les apports solaires sur une surface de 1m2 inclinées de 45°, à la latitude de Clermont-Ferrand selon diverses orientations ainsi que pour une surface verticale de 1m2 orientée au sud.

Apports solaires par jour clair pour des surfaces inclinées et une surface verticale

Apports solaires par jour clair en juillet

(Calcul réalisé avec CalSol, http://ines.solaire.free.fr/).

On constate que pour les mois d’été où il faut généralement éviter les apports solaires, ceux-ci sont importants quelque soit l’orientation de la pente du toit (y compris au nord).

La surface des vitrages est également importante, ces apports seront d’autant plus faibles que les surfaces vitrées seront petite.

En fait, l’inclinaison de 45° au sud convient parfaitement pour un chauffe-eau solaire en favorisant de bons apports solaires sur toute l’année.

Enfin, il faut noter que plus la surface est proche de l’horizontale, plus les apports solaires seront importants en été et faibles en hiver, quelque soit l’orientation.

Réglementations

Nos coordonnées

Espace INFO ENERGIE

Maison de l'Habitat
129, avenue de la République
63100 Clermont-Ferrand

04 73 42 30 75