Comment évaluer le risque de surchauffe dans les classes

Les outils simples d’analyse des bâtiments (type PEB) sont des outils de modélisation statique des phénomènes physiques. La surchauffe est un phénomène dynamique qu’il est difficile d’évaluer ce type d’outil.

En rénovation, l’analyse de la situation existante par des mesures objectives ou par un questionnement des occupants est un bon indicateur des problèmes de surchauffe.

Dans le cas où c’est impossible, ou pour évaluer l’impact des travaux projetés, seules des simulations dynamiques par un bureau compétent pourront permettre d’évaluer précisément le risque. 

Si on considère un exemple, avec la façade comme seule surface de déperdition thermique :

dessin classe

hypothèses

Umur
Ufenêtre
pourcentage fenêtre
Umoyen façade
surface de façade
T° intérieure
T° extérieure
surface au sol de la classe
volume de la classe
nbre d'occupants
chaleur sensible émise par occupant
débit de ventilation par occupant
chaleur volumique de l'air
débit de ventilation total
taux d'infiltration à 50Pa (n50)
débit d'infiltration horaire moyen
puissance d'éclairage
nbre de lux exigés
puissance 300 lux

 

2 W/m²K
1,5 W/m²K
50%
1,75 W/m²K
35 m²
20 °C
10 °C
70 m²
245 m³
25
50 W
22 m³/h
0,34 Wh/m²K
550 m³/h
1 1/h
12,25 m³/h
2 W/m² 100 lux
300 lux
420 W

 

Pertes et gains thermiques
déperditions thermiques à travers la façade

- 612,5 W

déperditions par ventilation et infiltration

- 1 911,65 W

gains solaires (100-300 W/m² --> 200 W/m²)

3 500 W

gain internes d'occupation

1 250 W

gains éclairage

420 W

gains ordinateur - projecteur

300 W

Bilan thermique instantané = 2 945,85 W

 

Dans l’exemple ci-dessus, correspondant à une classe et un instant précis, le bilan thermique est positif, ce qui signifie qu’il y a plus de gains que de pertes de chaleur, et que donc, la température intérieure va augmenter, alors qu’il fait 10 °C dehors.

Le risque de surchauffe est donc bien réel dans les classes.

 

Pour évaluer le risque de surchauffe:

  • analyser la situation existante, questionner les occupants
  • avoir recours a des simulations dynamiques (bureaux spécialisés)
  • En l'absence de simulation dynamiques, dans le doute, appliquer les principes de lutte contre les surchauffes, ou en prévoir la possibilité en cas de besoin

 

Pour évaluer l'importance des différents facteurs qui influencent les problèmes de surchauffe, des simulations dynamiques ont été réalisées sur un modèle reprenant 4 classes et un couloir.

Les deux graphes ci-dessous expriment la surchauffe, par le nombre d’heure de dépassement annuel d’une température seuil (25°C et 22°C), pendant les heures d’occupation des bâtiments.

 

Effet de différents paramètres sur la surchauffe des classes pendant les heures d'occupation.

Evaluation de la surchauffe avec une température seuil fixée à 25 °CLes simulations ont été réalisées sur 16 cas, avec des variations des paramètres influençant la surchauffe. Chaque point des graphes correspond à la moyenne des résultats de simulations avec un seul paramètre fixé.

 

Evaluation de la surchauffe avec une température seuil fixée à 22 °C Les simulations ont été réalisées sur 16 cas, avec des variations des paramètres influençant la surchauffe. Chaque point des graphes correspond à la moyenne des résultats de simulations avec un seul paramètre fixé.Ces graphes montrent que:

  • le premier critère qui influence la surchauffe dans les écoles est le seuil de température à partir duquel on considère effectivement qu’il y a un problème. On observe une sensibilité beaucoup plus importante en fixant le seuil à 22 °C qu'en le fixant à 25 °C.

Par ailleurs, les graphes montrent que :

  • la surface de vitrage (de 20 % à 50 % de la façade) influence fortement les surchauffes
  • l’amélioration de la performance de l’enveloppe (mur, toiture, fenêtres) augmente le risque de surchauffe.

Ces simulations sont liées au modèle utilisé et ne peuvent donc pas être extrapolées sans précaution à votre cas.

 

En très simplifié, le risque est d’autant plus fort si :

  • La classe est fortement vitrée (50 % de la façade ou plus) et il n’y a pas de protection solaire (store extérieur, auvent)
  • La classe est orientée à l’Est ou à l’Ouest
  • Les vitrages ont un facteur solaire élevé (g > 50 %)
  • La classe accueille un grand nombre d’élèves
  • Le volume de la classe est faible
  • Il n’y a pas de possibilité de ventilation intensive efficace (fenêtres sur différentes façades, à différentes hauteurs…)
  • La classe contient des équipements qui génèrent de la chaleur (lampes peu efficaces, ordinateurs…)
  • Le bâtiment a une faible inertie (construction légère)
  • Le bâtiment est fortement isolé.

Modèle sur lequel la simulation des différentes variantes a été réalisée, à l’aide du logiciel Energy+

Modèle sur lequel la simulation des différentes variantes a été réalisée, à l’aide du logiciel Energy+.

 

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