Chapitre 8 - Analyse de projets de chauffage solaire passif
Comme le facteur d’ombrage est un paramètre variant dans le temps qui change avec la position du soleil et l’heure de la journée, l’impact de l’ombre doit être considéré comme une approximation. Cependant, ces limitations sont acceptables à l’étape de la conception initiale afin de garantir un outil facile à utiliser pour préparer des études de préfaisabilité, surtout en considérant le fait que les données horaires détaillées pour un bâtiment ne sont de toute façon habituellement pas disponibles.
2.1 Correction des propriétés thermiques des fenêtres
Une caractéristique unique au modèle RETScreen pour projets de chauffage solaire passif, est la possibilité de sélectionner des fenêtres spécifiques offertes sur le marché par différents fabricants. Le logiciel comprend la base de données de produits en ligne RETScreen qui contient plus de 1 000 fenêtres dont les caractéristiques de certification sont connues.
Comme première étape dans le processus de modélisation du chauffage solaire passif, le logiciel ajuste les propriétés thermiques de la fenêtre à la taille de la fenêtre réelle (par opposition à la taille de la fenêtre testée ou certifiée) en utilisant la méthode décrite par
Baker et Henry (1997).
Les dimensions des échantillons utilisés pour établir, selon les normes canadiennes, les valeurs
U
des fenêtres et les cœfficients d’apport de rayonnement solaire (CARS 1 ) sont données dans le Tableau 1 pour quelques types de fenêtres. Le CARS est un nombre sans dimension représentant le rapport entre l’énergie solaire qui pénètre effectivement dans le bâtiment (et s’y transformera en chaleur) et l’énergie solaire incidente dans le plan et sur la surface totale des fenêtres. Dans le modèle, les fenêtres d’une même orientation sont toutes considérées avoir le même CARS. S’il y a plus d’un type de fenêtre par côté du bâtiment, une moyenne des CARS des différents types de fenêtres, pondérée en fonction de leurs surfaces respectives, peut être entrée.
Il existe plusieurs sources d’information pour obtenir le CARS de différents types de fenêtres. Par exemple, des valeurs génériques sont listées dans le tableau 11 du chapitre 29 du ASHRAE Handbook Fundamentals (1997).
Type de fenêtre
Fixe
À battants
Coulissante
Porte-patio
Largeur
(mm)
1 220
600
1 550
1 830
Tableau 1 :
Dimensions normalisées de fenêtres certifi ées.
Hauteur
(mm)
1 220
1 220
920
2 085
1 Le CARS est parfois mentionné dans la littérature canadienne comme CGCS (coeffi cient de gain de chaleur solaire) et en anglais comme SHGC (Solar Heat Gain Coeffi cient).
8.14
2. Modèle RETScreen pour projets de chauffage solaire passif
Pour calculer la valeur
U
et le cœfficient d’apport de rayonnement solaire CARS d’une fenêtre ayant une autre taille que celle de l’échantillon de certification, RETScreen utilise les paramètres connus suivants qui sont issus de la base de données de produits en ligne RETScreen :
U
U
W
H t cv
CARS t
CARS cv
= valeur
U
totale de la fenêtre selon l’essai de certifi cation
[W/(m²-ºC)]
= valeur
U
pour la vitre en son centre selon l’essai de certifi cation
[W/(m²-ºC)]
= cœffi cient d’apport de rayonnement solaire total pour la fenêtre selon l’essai de certifi cation [-]
[-] = cœffi cient d’apport de rayonnement solaire pour la vitre en son centre selon l’essai de certifi cation
= largeur de l’échantillon certifi é (incluant vitre et cadre)
= hauteur de l’échantillon certifi é (incluant vitre et cadre)
[m]
[m]
Le calcul suppose que les dimensions du cadre (largeur du pourtour de la vitre) sont fixes, que le cœfficient d’apport de rayonnement solaire du cadre est nul et que la valeur
U
du vitrage sur les bords peut être calculée, de manière approximative, à partir de la valeur
U du centre de la vitre et de la valeur
U
totale de la fenêtre.
Pour une fenêtre rectangulaire, la fraction de cadre
F c
, définie comme la portion de la surface totale de la fenêtre recouverte par le cadre, est donnée par l’équation géométrique suivante :
(1) où
H c
est la hauteur moyenne du cadre (hauteur du pourtour de la vitre). En considérant que le cadre ne contribue pas au gain solaire, la fraction de cadre peut aussi être considérée
égale à :
F c
CARS t
CARS cv
(2)
En introduisant dans l’équation (1) la valeur de
F
moyenne du cadre
H c
peut être calculée par :
c
obtenue par l’équation (2), la hauteur
H c
=
( )
−
(
+
4
)
2
−
4
( )
(3)
8.15
Chapitre 8 - Analyse de projets de chauffage solaire passif
La valeur
U
estimée du cadre et des autres éléments du pourtour de la fenêtre
U
*
c
est déterminée en résolvant l’équation (4) :
(4) où
A t
,
A v
et
A c
sont respectivement les surfaces totale, de vitrage et du cadre, calculées pour la fenêtre de largeur
W
et de hauteur en utilisant les formules suivantes :
H
et pour la hauteur moyenne de cadre
H c
A t
=
(
WH
)
(5)
(6)
A c
A A v
(7)
L’équation (4) permet d’obtenir :
U
*
c
=
−
v
A c
(8)
La valeur
U
caractéristique de la taille de la fenêtre considérée et le cœfficient d’apport de rayonnement solaire, peuvent être déterminés par :
U t
*
=
U A
*
v
+
U A
*
c
A t
*
(9)
8.16
2. Modèle RETScreen pour projets de chauffage solaire passif
(10) où
U t
*
est la valeur
U
approximative de la taille de la fenêtre considérée,
CARS
son cœfficient d’apport de rayonnement solaire estimé et
A t
*
,
A
*
v
et
A
*
c t
*
est
sont les surfaces caractéristiques de la fenêtre considérée (c.-à-d. en utilisant les dimensions réelles de la fenêtre) et calculées à partir des équations (5) à (7).
Des calculs similaires sont réalisés pour une fenêtre coulissante dans le sens horizontal ou vertical, en utilisant différentes équations pour décrire la géométrie de la fenêtre.
Dans le modèle RETScreen pour projets de chauffage solaire passif, les fenêtres peuvent faire face à quatre orientations ayant un angle azimutal de 90° entre elles (le bâtiment peut cependant être orienté selon n’importe quel angle azimutal). Pour chaque orientation, les valeurs issues des équations (9) et (10) sont additionnées pour donner la valeur
U
globale et le cœfficient d’apport de rayonnement solaire global pour toutes les fenêtres d’une même orientation :
(11)
(12) où
U n
et
CARS n
sont la valeur
U
globale et le cœfficient d’apport de rayonnement solaire global pour toutes les fenêtres d’une même orientation
n
,
U
*
et
CARS
*
sont la valeur
U
totale et le cœfficient d’apport de rayonnement solaire global pour la
j
ème
fenêtre d’orientation
n
,
A j
est la surface de la fenêtres qui ont l’orientation
n
.
j
ème
fenêtre d’orientation
n
et
k
est le nombre de
8.17
