L'énergie solaire pour les bâtiments - SCHL

RÉSUMÉ
L’énergie solaire pour
les bâtiments
Introduction à la conception de bâtiments solaires
Par Keith Robertson et Andreas Athienitis
L’énergie solaire pour les bâtiments livre de l’information essentielle sur la
conception de bâtiments solaires, dont le chauffage passif à l’énergie solaire,
le chauffage de l’air de ventilation, le chauffage de l’eau domestique et
l’ombrage. L’article propose des moyens d’intégrer la conception solaire
aux collectifs d’habitation et fournit des calculs et des exemples montrant
comment les décisions conceptuelles prises tôt permettent d’accroître
l’énergie solaire utile.
Cette « Introduction à la conception de bâtiments solaires » fait état des
notions élémentaires de conception de bâtiments solaires, en plus des
différents systèmes actifs, passifs et hybrides ainsi que des aspects solaires
des éléments conceptuels. Ceux-ci comprennent la conception des fenêtres,
la réfrigération et les dispositifs de régulation, de même que le chauffage
de l’eau.
En prenant connaissance de l’article au complet, le lecteur saisira :
1. Les avantages de l’énergie solaire dans la conception d’un bâtiment.
2. La différence entre les techniques solaires passives, actives et hybrides.
3. Les possibilités qu’elles offrent pour la conception de collectifs
d’habitation.
PRINCIPES DE LA
CONCEPTION SOLAIRE
Avantages de l’énergie solaire
L’énergie solaire peut rehausser
grandement un bâtiment, qu’il
s’agisse d’une construction neuve
ou de travaux de rattrapage.
Voici les avantages qu’offre
l’énergie solaire par rapport
à l’énergie traditionnelle :
■ gratuite après la récupération du
coût d’immobilisation initial. Le
délai de récupération peut être
plutôt court;
■ offerte partout et inépuisable;
■ source pure, réduisant la demande
à l’égard des combustibles
fossiles et de l’hydroélectricité
et leurs inconvénients pour
l’environnement;
■ peut s’intégrer au bâtiment de
manière à réduire les besoins
de distribution d’énergie.

L’énergie solaire pour les bâtiments
La quantité d’énergie qui atteint les
couches supérieures de l’atmosphère de
la terre équivaut à 1 350 W/m 2 , soit la
constante solaire. L’atmosphère réfléchit,
disperse et absorbe une partie de l’énergie.
Au Canada, l’intensité solaire de pointe
varie de 900 W/m 2 à 1 050 W/m 2 , selon les
conditions du ciel. L’intensité solaire de
pointe est atteinte au midi solaire, lorsque
le soleil se trouve franc sud.
L’énergie du soleil atteint la terre sous forme
de rayonnement direct, réfléchi ou diffus.
Le rayonnement direct est le plus élevé sur
une surface perpendiculaire aux rayons
solaires (angle d’incidence égal à 0 degré)
et procure le plus de chaleur utile.
Le rayonnement diffus traduit l’émission
d’énergie solaire dispersée dans l’atmosphère
par les nuages, la poussière ou la pollution
et qui devient non directionnelle. Par une
journée nuageuse, la totalité de l’énergie est
soumise au rayonnement diffus, alors que
par une journée ensoleillée, moins de
20 % l’est.
La quantité d’énergie solaire qui parvient à
la surface de la terre dépend également de
la couverture nuageuse, de la pollution de
l’air, de la région géographique et de la
période de l’année. La figure 1 montre
l’énergie solaire que reçoivent cinq villes
canadiennes à différentes périodes de l’année.
La quantité d’énergie solaire atteignant
un capteur incliné donne des résultats
considérablement différents. En effet, la
figure 2 montre la quantité d’énergie
solaire que reçoit un capteur horizontal,
telle une fenêtre dans le cas d’un concept
solaire passif. À noter que même
Yellowknife en reçoit une quantité
appréciable au cours d’une partie de la
saison de chauffage.
2 Société canadienne d’hypothèques et de logement
Techniques solaires passives,
actives ou hybrides
Le bâtiment solaire fait appel à trois
principes : le captage, le stockage et la
distribution de l’énergie du soleil.
Le bâtiment solaire passif tire le maximum des
gains solaires pour réduire la consommation
d’énergie aux fins de chauffage et possiblement
de climatisation. Il compte sur les mouvements
d’énergie naturels qui s’effectuent à travers
les matériaux, en l’occurrence par
rayonnement, conduction, absorption
ou convection naturelle.
Le bâtiment solaire passif met l’accent
sur les mouvements d’énergie passifs en
chauffage et en climatisation. Il s’agit le
plus souvent de gains de chauffage solaire
admis directement dans une pièce
habitable, le système de gains directs, où les
fenêtres tiennent lieu de capteurs et les
matériaux intérieurs de moyens de stockage.
Le principe peut également s’appliquer aux
capteurs solaires où l’air ou l’eau sont
acheminés par convection naturelle
jusqu’au thermosiphon pour stockage sans
l’intervention de pompes ou de ventilateurs.
kWh/m 2 /j
7,00
6,00
5,00
4,00
3,00
2,00
1,00
0,00
Le système à l’énergie solaire actif exploite
du matériel mécanique pour capter, stocker
et distribuer la chaleur du soleil. Le système
actif se compose de capteurs solaires, d’un
moyen de stockage et d’un système de
distribution. Le système actif à l’énergie
solaire sert couramment pour :
■ le chauffage de l’eau;
■ le conditionnement des locaux;
■ la production d’électricité;
■ le traitement de la chaleur;
■ l’énergie mécanique solaire.
Énergie solaire captée par une surface verticale
Les systèmes d’alimentation hybrides
combinent au moins deux systèmes
d’énergie ou combustibles qui, une fois
intégrés, surmontent les contraintes de l’autre,
comme les panneaux photovoltaïques qui
suppléent à l’énergie fournie par le réseau
ou une génératrice diesel.
Les systèmes hybrides sont les plus répandus,
sauf le système de gains directs, qui est passif.
Janv. Fév. Mars Avril Mai Juin Juil. Août Sept. Oct. Nov. Déc.
Halifax
Montreal
Toronto
Winnipeg
Edmonton
Yellowknife
Vancouver
Source : RETScreen 1
Figure 1 – Quantité de kWh/m 2 /jour captée par une surface verticale dans
certaines villes canadiennes
1 RETScreen est un logiciel gratuit qui permet d’évaluer les options d’énergie renouvelable par rapport à un bâtiment de référence. Le lecteur intéressé
trouvera les modules logiciels à l’adresse suivante http://www.retscreen.net/ang/menu.php

Glossaire
Facteur d'absorption : rapport du flux
d'énergie rayonnante absorbée par une
surface au flux d'énergie reçue.
Système à l'énergie solaire actif :
installation mécanique de chauffage ou de
climatisation stockant et distribuant la
chaleur du soleil dans le bâtiment au
moyen de moteurs, de pompes ou de
valves.
Cote énergétique (CE) : système de
cotation permettant de comparer l’efficacité
thermique des fenêtres dans des conditions
hivernales moyennes.
Capteur solaire à tube sous vide : capteur
solaire employant des tubes individuels
scellés sous vide autour d’une plaque
absorbante métallique.
Capteur plan : type le plus courant de
capteur solaire, vitré ou non.
Système d’alimentation hybride :
combinaison d’un système solaire passif
et d’un système solaire actif ou utilisation
de plus d’une sorte de combustible pour
le même dispositif.
Pellicule à faible émissivité : revêtement mis
en œuvre sur le verre d’une fenêtre pour
réduire les pertes de chaleur de l’intérieur sans
toutefois réduire les gains solaires de l’extérieur.
Système à l'énergie solaire passif :
installation de chauffage ou de
climatisation fonctionnant par gravité,
mouvement de chaleur ou évaporation
pour recueillir et transférer l’énergie solaire.
Chaleur latente : aussi appelée chaleur de
transformation, c'est l'énergie calorifique
absorbée ou libérée par une substance lors
d'un changement d'état, p. ex. la glace qui
se change en eau et l'eau qui se transforme
en vapeur.
kWh/m 2 /j
7,00
6,00
5,00
4,00
3,00
2,00
1,00
0,00
Système de panneaux photovoltaïques
(PV) : système convertissant l’énergie
solaire en électricité. Peut s’utiliser de façon
autonome ou avec une autre source
d’énergie. (Peut se raccorder au principal
réseau d’alimentation).
Résistance thermique ( R - mesure anglaise;
RSI – mesure métrique) : mesure établissant
la résistance au mouvement de la chaleur
traversant un matériau ou un assemblage
(valeur inverse de la valeur U).
Solarium : balcon fermé tenant lieu de
capteur solaire.
Constante solaire (1 350 W/m 2 ) :
quantité moyenne d’énergie solaire
atteignant les couches supérieures de
l’atmosphère de la terre.
Chauffe-eau domestique solaire : appareil
d’appoint au chauffe-eau domestique
traditionnel. L’appareil le plus répandu
comporte des capteurs plans vitrés dans un
système contenant du glycol circulant dans
un circuit de chauffage fermé.
Coefficient d’apport par rayonnement
solaire (CARS) : égal à la quantité
L’énergie solaire pour les bâtiments
Énergie solaire captée par une surface horizontale
Janv. Fév. Mars Avril Mai Juin Juil. Août Sept. Oct. Nov. Déc.
d’énergie solaire traversant une fenêtre
divisée par la quantité totale d’énergie
solaire disponible à sa surface extérieure.
Sud solaire : direction à 180 degrés du
nord géographique (et non du nord
magnétique).
Solarwall ® : système exclusif employant
des panneaux de métal perforés pour
préchauffer l’air de ventilation.
Verre adaptatif : vitrage dont les propriétés
optiques ou de transmission de la lumière
solaire peuvent varier sous l’effet de la
lumière (photochrome), de la chaleur
(thermochrome) ou d’un courant électrique
(électrochrome).
Capteur solaire à thermosiphon : système
raccordé à une boucle de circulation
naturelle de l’eau chaude.
Valeur U : mesure (W/m 2 /°C) du
mouvement de chaleur à travers un
matériau ou un assemblage.
Intercalaire isolant : coupure thermique
ou matériau à faible conductivité séparant
les couches de vitrage d’une fenêtre.
Société canadienne d’hypothèques et de logement
Halifax
Montréal
Toronto
Winnipeg
Edmonton
Yellowknife
Vancouver
Source : RETScreen
Figure 2 – Quantité d’énergie en kWh/m 2 /j captée par une surface horizontale
orientée au sud, pour cinq villes canadiennes.
3

L’énergie solaire pour les bâtiments
Façade
solaire
Conception de bâtiment
La conception attentive d’un bâtiment
solaire permet :
Gains
directs
■ de maximaliser la transmission de l’énergie
solaire et son absorption en hiver pour
ainsi diminuer, voire réduire à zéro, la
consommation d’énergie de chauffage
tout en préventant la surchauffe;
■ d’utiliser les gains solaires reçus pour les
besoins de chauffage instantané et de
stocker le reste sous forme de masse
thermique intrinsèque ou de dispositifs
de stockage expressément conçus à
cette fin;
■ de réduire les déperditions de chaleur grâce
à de l’isolant et à des fenêtres autorisant
des gains élevés de chaleur solaire;
■ de faire usage de dispositifs d’ombrage
ou de planter des arbres à feuilles
caduques de façon stratégique pour
exclure les gains solaires en été qui
autrement ajouteraient à la charge
de climatisation;
■ de recourir à la ventilation naturelle
pour transmettre la chaleur des zones
Mur capteuraccumulateur
Figure 3 – Deux importantes options de masse thermique dans un bâtiment
solaire passif : gains directs et mur Trombe ou mur capteur-accumulateur
4 Société canadienne d’hypothèques et de logement
chaudes aux zones froides en hiver et
assurer le refroidissement naturel en
été, de faire usage d’une installation
géothermique pour assurer le chauffage
ou la climatisation en transférant
l’énergie du sol à température plus ou
moins constante, et d’avoir recours au
rafraîchissement par évaporation;
■ d’intégrer à l’enveloppe du bâtiment
des dispositifs tels que fenêtres qui
comportent des panneaux photovoltaïques
comme dispositifs d’ombrage, ou une
couverture avec des bardeaux
photovoltaïques; leur double fonction,
c’est-à-dire produire de l’électricité et
exclure les gains thermiques, accroît le
rapport coût-efficacité;
■ d’exploiter le rayonnement solaire pour
l’éclairage naturel 2 , ce qui requiert une
distribution efficace dans les pièces ou
sur les plans de travail, tout en évitant
l’effet d’éblouissement;
■ d’intégrer des systèmes solaires passifs à
des systèmes actifs de chauffage et de
climatisation/systèmes de climatisation
tant sur le plan de la conception que
sur celui de l’exploitation.
En quoi consiste
l’intégration
conceptuelle?
2 Voir le Guide sur l’éclairage naturel des bâtiments à l’adresse http://www.cmhc.ca/en/inpr/bude/himu/coedar_001.cfm
3 Voir le Guide sur le processus de conception intégré au http://www.cmhc.ca/fr/prin/coco/toenha/peinar/peinar_002.cfm
Réussir à bien concevoir un bâtiment
solaire repose avant tout sur le principe
primordial de l’intégration. En effet, ce
concept ne vise pas uniquement à s’allier la
collaboration d’experts du domaine de la
conception au départ, mais aussi celle des
responsables du fonctionnement des
systèmes. Cette occasion de synergie est
habituellement négligée parce que les
architectes et les ingénieurs n’examinent
généralement pas suffisamment de près
les concepts pour vraiment intégrer les
systèmes, sans compter qu’ils débattent
rarement de nouveaux concepts en
compagnie des gestionnaires immobiliers,
sauf lorsqu’il est question de vérifier la
défaillance d’un bâtiment.
L’architecte peut concevoir l’enveloppe du
bâtiment selon les principes de conception
solaire alors que l’ingénieur conçoit le
système de chauffage, de ventilation et de
conditionnement d’air (CVCA) selon des
températures de calcul extrêmes, faisant fi
des avantages que procurent les gains solaires
et le refroidissement naturel. Résultat : une
installation surdimensionnée qui n’exploite
pas le système énergétique intégré à
l’enveloppe du bâtiment où les éléments
sont bien appariés. Un meilleur esprit de
collaboration anime les architectes et les
ingénieurs, mais les relations de travail
classiques qui existent entre les architectes,
les ingénieurs, les gestionnaires immobiliers
et les autres experts ne favorisent pas une
démarche conceptuelle intégrée 3 .

Il vaut mieux envisager le bâtiment et le
système CVCA comme un seul système
énergétique et les concevoir ensemble, en
tenant compte des synergies possibles
misant notamment sur la production
d’électricité, le stockage thermique et
les mesures de régulation.
Les systèmes de chauffage solaire passifs se
rangent en deux grandes catégories : à gains
directs et à gains indirects (voir figure 3).
Le système passif à gains indirects séparé
des locaux chauffés est un système isolé.
Compte tenu de la zone climatique et de la
fonction du bâtiment, certains systèmes de
chauffage/climatisation sont davantage
compatibles avec des systèmes passifs. Par
exemple, la masse thermique du plancher
permet de stocker des gains solaires passifs et
ainsi servir de système de chauffage par le sol.
Voilà un défi à bien planifier pour offrir aux
occupants un confort thermique acceptable.
Les principaux aspects de la conception
solaire passive reposent sur des paramètres
tributaires, interreliés :
■ l'implantation et l'orientation du
bâtiment;
■ l'aire de vitrage, le type et l'orientation
des fenêtres;
■ la masse thermique et les
caractéristiques de l'enveloppe;
■ l'isolation thermique;
■ les dispositifs d'ombrage : le type,
l'endroit et la superficie;
■ le stockage thermique effectif (isolé du
milieu extérieur) ainsi que la quantité
et le type;
■ sensible : tel que le béton dans
l'enveloppe du bâtiment avec
isolant extérieur, ou
L’énergie solaire pour les bâtiments
■ latent : matériaux à changement de
phase.
L’intégration conceptuelle poursuit l’objectif
ultime de réduire les coûts d’énergie tout en
préservant le confort intérieur. Une
importante masse thermique dans un
bâtiment risque de retarder sa réponse par
rapport aux sources de chaleur, tels les gains
solaires, phénomène qualifié d’inertie
thermique. Cette inertie thermique évite
l’inconfort pourvu qu’on en tienne compte
au moment de choisir la masse thermique,
d’adopter les mesures de régulation tout
indiquées et de déterminer la capacité du
système de chauffage/de refroidissement.
Source : Site Web de la SCHL à l’adresse http://www.cmhc-schl.gc.ca/en/imquaf/himu/buin_018.cfm
Figure 4 – Seize des 42 logements de cet immeuble d’appartements situé à Amstelveen, aux Pays-Bas, tirent parti de
l’énergie solaire emmagasinée dans l’atrium pour assurer le chauffage préalable de l’air. Les panneaux solaires pour le
chauffage de l’eau permettent d’assurer la moitié des besoins de production d’eau chaude domestique.
Société canadienne d’hypothèques et de logement
5

L’énergie solaire pour les bâtiments
Méthode de conception
Les premières étapes en matière de
conception solaire consistent à :
1. Établir les objectifs de performance des
sources d’énergie et de son utilisation.
2. Diminuer les charges de chauffage et de
refroidissement grâce à l’orientation, à
l’effet de masse, à l’enveloppe et à
l’aménagement paysager.
3. Maximaliser l’énergie solaire et les
autres énergies renouvelables en
fonction de la charge du bâtiment, puis
à concevoir un système efficace CVCA
intégré autant que possible aux
caractéristiques de performance
de l’enveloppe du bâtiment.
4. Employer, dans l’évaluation des
options, des outils de simulation
énergétique simples et des simulations
détaillées au début des étapes
conceptuelles et plus tard pour évaluer les
différentes possibilités.
En règle générale, les écarts allant
jusqu’à ± 30º du sud géographique
réduisent les gains solaires jusqu’à
environ 12 % et sont donc acceptables
en conception de bâtiments solaires,
puisqu’ils offrent beaucoup de liberté
quant au choix de la forme.
Orientation du bâtiment
L’orientation est primordiale, puisqu’elle
fait réaliser des économies au départ. Par
ailleurs, le nord géographique diffère du
nord magnétique. L’écart entre le nord
magnétique et le nord géographique, la
déclinaison magnétique, varie entre les
côtes est et ouest. En Nouvelle-Écosse,
la boussole pointe à l’ouest du nord
géographique et en Colombie-Britannique
à l’est du nord géographique.
6 Société canadienne d’hypothèques et de logement
La différence maximale (en pourcentage)
entre l’orientation au sud et l’orientation
30ºE (ou O) se produit lorsque le soleil est
à son plus bas niveau et que c’est la journée
la plus courte (21 déc.). Si l’on envisage
de disposer sur le toit ou en façade des
panneaux photovoltaïques produisant de
l’électricité devant être vendue au réseau
aux tarifs de jour, peut-être que les tarifs
dicteront de modifier l’orientation
optimale si leur valeur de pointe n’est
pas obtenue à midi.
Pour en savoir plus au sujet de l’écart
magnétique et obtenir un exemple de calcul,
veuillez consulter le site Web à l’adresse
http://www.geolab.nrcan.gc.ca/geomag/
magdec_e.shtml
En règle générale, les bâtiments ayant un
axe longitudinal est-ouest offrent davantage
de possibilités de chauffage solaire. Quant
aux collectifs d’habitation avec corridors
bordés de logements de part et d’autre, la
moitié des logements sont orientés au sud
et la moitié au nord. Une solution partielle
consiste à aménager un atrium central
orienté au sud ou un capteur solaire qui
assure le chauffage préalable de l’air avant
de l’acheminer vers les logements orientés
au nord.
Les bâtiments ayant un axe est-ouest
risquent davantage de subir les effets de
la surchauffe l’été et de peu profiter de
l’énergie solaire en hiver. À la figure 5, on
peut voir le Foyer hongrois de Montréal
dont des fenêtres, disposées en dents de
scie, sont orientées au sud plutôt qu’à l’est
et à l’ouest.
Bâtiment
Le logiciel EE4 4 de RNCan a servi à
modéliser la consommation d’énergie d’un
collectif d’habitation situé à Halifax; il a
indiqué que l’orientation, la performance
et la taille des fenêtres se traduisent par une
faible réduction de la consommation
d’énergie. Les réductions de consommation
d’énergie attribuables à l’orientation ont
pour avantage d’être gratuites et de se
poursuivre tout au cours de la durée utile
du bâtiment. Il faut aussi noter que ces
résultats de simulations de consommation
d’énergie sont spécifiques à un
emplacement particulier. L’immeuble
possédait les caractéristiques suivantes :
■ collectif d’habitation à ossature de bois,
de quatre étages, corridors bordés de
logements de part et d’autre;
■ rapport fenêtres-mur : 19 % sur les
façades principales;
■ fenêtre de vinyle, à double vitrage avec
pellicule à faible émissivité;
■ isolation thermique élevée.
Résultats des simulations
■ Accroître le coefficient d’apport par
rayonnement solaire (CARS) du vitrage
a permis de réduire le coût annuel total
du chauffage de 3 ou 4 %.
■ Orienter le bâtiment dans l’axe
longitudinal est-ouest plutôt que
nord-sud a contribué à réduire le coût
annuel du chauffage d’environ 1 %.
■ Accroître l’aire de vitrage des
appartements orientés au sud a
permis de réduire le coût annuel
du chauffage de moins de 1 %.
■ Augmenter la masse intérieure a permis
de réduire le coût annuel du chauffage
d’environ 2 %.
4 EE4 est un logiciel de RNCan mis au point dans le cadre du Programme d’encouragement pour les bâtiments commerciaux pour
vérifier la conformité aux exigences du programme.

Figure 5 – Foyer hongrois à Montréal. Fenêtres en angle, orientées au sud,
dans un bâtiment ayant un axe nord-sud. Les fenêtres bénéficient de dispositifs
d’ombrage en été.
Les différences des hypothèses et des données
emmagasinées rendent certes les comparaisons
difficiles, mais l’étude d’un bâtiment de
Toronto a donné d’autres résultats. Le module
d’énergie solaire passive RETScreen a été utilisé
pour le bâtiment de Toronto. Le modèle
RETScreen d’un logement de 110 m 2 (1 184 pi 2 )
orienté au sud, situé à Toronto, disposant
d’une aire de vitrage de 7,2 m 2 (75 pi 2 )
(semblables aux logements d’Halifax) ont
donné les résultats suivants. (L’augmentation
de la charge de climatisation n’a pas été
calculée, puisqu’on a présumé qu’il s’agissait
d’un bâtiment non conditionné).
■ Faire passer le coefficient d’apport par
rayonnement solaire (CARS) du vitrage
de 0,45 à 0,65 a permis d’économiser
entre 1 100 et 1 200 kWh d’énergie
par année.
■ Doubler l’aire de vitrage et accroître
le CARS a entraîné une légère perte
énergétique annuelle dans un bâtiment
(à ossature de bois) de faible masse et
une légère économie dans un bâtiment
(à structure de béton) de masse élevée.
■ Augmenter la valeur isolante (R) du
verre et conserver un CARS élevé ont
permis de réaliser des économies
annuelles de 900 kWh.
■ Les meilleurs résultats ont été obtenus en
accroissant la valeur R, en augmentant
la masse, en accroissant l’aire de vitrage
et en conservant un CARS élevé.
Ces résultats sont attendus de la mise en
application des principes fondamentaux de
la conception de bâtiments solaires. Atténuer
L’énergie solaire pour les bâtiments
les déperditions de chaleur des fenêtres
(par du vitrage à faible émissivité) tout en
admettant des gains solaires élevés a pour
effet de réduire la consommation d’énergie
de chauffage pourvu que le bâtiment soit
bien isolé et qu’il dispose d’une masse
thermique suffisante pour stocker les gains
solaires et prévenir la surchauffe. De toute
évidence, la performance thermique des
fenêtres ne peut pas être dissociée des gains
solaires qui ont un rapport avec la forme,
l’orientation et la transmission d’énergie
solaire. L’optimalisation requiert une
modélisation énergétique rigoureuse et une
analyse spécifique du bâtiment. L’article
Sélection et mise en service des fenêtres, livre
davantage de renseignements sur la
conception des fenêtres et la sélection
du vitrage. 5
L’outil analytique choisi dépend du niveau
de détail requis. Pour les mouvements
énergétiques de base, l’analyse fondée sur les
coefficients d’apport par rayonnement solaire
et la conductance thermique donne une
estimation de la transmission nette d’énergie
à travers l’enveloppe du bâtiment.
Pour déterminer les fluctuations de la
température ambiante et la masse thermique
consécutive, des outils de simulation
davantage perfectionnés s’imposent. Par
contre, même pour calculer les fluctuations
de température et l’efficacité de la masse
thermique, il existe des modèles simplifiés,
fondés sur les calculs d’apport thermique 6 .
L’admission d’énergie thermique est
essentiellement une valeur U qui se calcule
généralement pour un cycle quotidien.
(Elle correspond à peu près à l’amplitude
du mouvement de chaleur cyclique dans
la masse divisée par l’amplitude ou la
fluctuation de sa température superficielle.)
5
Voir le http://www.cmhc.ca/fr/prin/coco/toenha/peinar/upload/Article_Design_FR_Aug31.pdf
6
Athienitis A.K. et Santamouris M., 2002. Thermal analysis and design of passive solar buildings, James and James, London (Royaume-Uni).
Société canadienne d’hypothèques et de logement
7

L’énergie solaire pour les bâtiments
Une excellente stratégie en matière de
conception consiste à orienter les fenêtres
pour qu’elles laissent entrer ou bloquent
l’énergie solaire. En règle générale, les
fenêtres orientées au sud admettent les
gains solaires alors que les fenêtres orientées
à l’est ou à l’ouest bloquent les gains du
soleil levant ou couchant. Les stratégies
conceptuelles axées sur l’orientation des
fenêtres seront approfondies plus loin.
Une autre démarche consiste à régir les
gains solaires au moyen de stores motorisés,
d’ailleurs largement utilisés dans les aéroports,
les atriums et certains bâtiments commerciaux
en Europe. À l’instar d’autres technologies
de régulation, tels les enduits électrochromes,
les stores motorisés pourraient bientôt devenir
efficients. Si le contrôle de la technologie
solaire active est pris en considération au
moment de déterminer la capacité du
système de refroidissement, des économies
appréciables pourraient découler de la
baisse de consommation d’énergie et de
capacité du matériel.
Obstructions au rayonnement
solaire
Les obstructions peuvent exercer un effet
appréciable sur le potentiel solaire. Pour
les bâtiments de faible ou de moyenne
hauteur, les obstructions s’entendent
généralement d’autres bâtiments, de la
configuration du sol ou d’arbres. Quant
aux immeubles de grande hauteur, les
obstructions proviennent surtout d’autres
bâtiments imposants.
Les obstructions peuvent être caractérisées
au moyen du graphique des trajectoires
solaires de la figure 8. Les obstructions à
l’est et à l’ouest réduisent l’exposition au
soleil l’été, mais pas en hiver, alors que
le soleil se lève au sud-est et se couche
au sud-ouest.
Techniques solaires passives
misant sur les gains directs
À proprement parler, la conception solaire
passive tire parti directement de l’énergie
solaire, sans l’intervention d’appareils
mécaniques. Dans sa forme la plus simple,
le soleil qui s’infiltre par la fenêtre
réchauffe la pièce. La masse thermique à
l’intérieur du bâtiment absorbe une partie
de la chaleur et la libère le soir venu.
La masse thermique interne réduit les
fluctuations de température à l’intérieur d’une
pièce. Dans un système solaire passif bien
conçu, la masse thermique absorbe l’énergie
solaire pendant la journée, prévenant ainsi la
surchauffe du bâtiment, puis libère l’énergie le
soir. La masse thermique a le plus d’efficacité
lorsqu’elle peut capter directement l’énergie
solaire. Pour le chauffage solaire passif, la
masse thermique idéale se caractérise par une
Température de l’air
8 Société canadienne d’hypothèques et de logement
Période de la journée
capacité calorifique élevée, une conductance
modérée, une densité modérée et une
émissivité élevée. Le coût supplémentaire
est négligeable si le matériau remplit aussi
une fonction structurale ou décorative. Le
béton et la maçonnerie constituent
d’excellents matériaux de masse thermique.
(L’enduit au plâtre, les plaques de plâtre et
les carreaux ont également une utilité sur
ce plan, mais des calculs s’imposent pour
déterminer s’ils ont une masse suffisante,
comme cela a été fait dans le cadre de
l’étude d’Halifax.)
Une maison individuelle solaire passive
peut abaisser de 30 à 50 % son énergie de
fonctionnement grâce au dimensionnement
des fenêtres et au stockage de la masse
thermique. Une étude récente consacrée aux
collectifs d’habitation en Suède révèle que
la quantité d’énergie de fonctionnement
consommée dans un bâtiment massif n’est
que légèrement inférieure à celle d’un
bâtiment semblable, mais à ossature légère 7 .
L’analyse du coût global indique que le
supplément d’énergie requise pour réaliser
le bâtiment massif dépasse les avantages en
matière de fonctionnement.
Température extérieure
Bâtiment à ossature légère en bois
d’œuvre
Bâtiment massif pourvu d’isolant
extérieur
Bâtiment massif enfoui et
partiellement couvert de terre
Figure 6 – Effet de la masse interne sur les fluctuations de la température intérieure
7 Stahl, Fredrik, The effect of thermal mass on the energy during the life cycle of a building, présenté lors du 6 e Symposium nordique sur la science du bâtiment 2.

La masse est reconnue pour être en mesure
de réduire la charge de climatisation de pointe
lorsque les températures nocturnes sont
plus fraîches que celles du jour. Les masses
extérieures et intérieures se rafraîchissent le
soir et atténuent la demande de climatisation
de pointe tout en retardant également la
période de gains solaires de pointe au cours
de la journée. Par contre, l’efficacité de la
masse thermique est proportionnelle à la
variation admissible de la température
ambiante pendant une journée.
Fenêtres
L’orientation, l’agencement et la performance
des fenêtres revêtent de l’importance dans
la conception d’un bâtiment solaire passif.
L’objectif consiste à prévoir l’aire de vitrage
tout indiquée au bon endroit. Sans fenêtre,
le mur ordinaire isolé fait obstacle au
rayonnement solaire, transmettant ainsi
peu d’énergie à l’intérieur.
Dimensionnement des fenêtres
Il existe deux façons de déterminer l’aire de
vitrage orientée au sud. Elle peut se calculer
en pourcentage de l’aire totale du mur
extérieur, méthode peu utile puisqu’elle n’a
aucune incidence sur ce qui se passe audelà
du mur, ou en pourcentage de l’aire de
plancher chauffée, qui tient compte du
volume du bâtiment.
Le bâtiment type bénéficiant de la technique
passive de chauffage solaire peut être pourvu
d’une aire de vitrage orientée au sud équivalant
à 10 à 15 % de l’aire de plancher chauffée. La
masse à l’intérieur doit également augmenter
en fonction de l’aire de vitrage donnant au
sud. Le site Web Advanced Buildings
Technologies and Practices, à l’adresse
http://www.advancedbuildings.org, propose
un ratio fenêtres-mur extérieur (RFM) de
25 à 35 %, comme pour un collectif
d’habitation typique.
Le RFM peut augmenter en agissant
comme il se doit sur les gains solaires (par
exemple, en prévoyant des stores motorisés)
et transmettre le surplus d’énergie aux
zones donnant au nord. L’aménagement
d’un vaste atrium doté d’une capacité
suffisante de stockage thermique pourrait
amener le rapport vers les 50 %. Le recours
à une double façade pourvue de stores
entre les deux parois, ou de dispositifs
d’ombrage extérieurs permet de réduire la
charge de climatisation l’été. (Figure 4 –
Villa urbaine, Amstelveen). 8
Vitrage
La section fait état de quelques-uns des
paramètres de la plus haute importance en
conception de fenêtres et de vitrage.
Coefficient d’apport par rayonnement
solaire (CARS)
Le coefficient d’apport par rayonnement
solaire (CARS) est une mesure utile de
la capacité d’une fenêtre à laisser passer
l’énergie solaire. Le CARS est la quantité
de gains solaires qu’autorise une fenêtre,
divisée par la quantité d’énergie solaire
disponible sur sa paroi extérieure; il s’agit
d’un chiffre se situant entre 0 (mur massif)
et 1 (fenêtre ouverte).
Le CARS peut se mesurer pour la fenêtre, y
compris son dormant, ou l’aire de vitrage.
Plus le CARS est élevé, plus la fenêtre
capte l’énergie solaire avec efficacité. Si la
surchauffe cause un motif d’inquiétude,
l’emploi de fenêtres à faible coefficient
d’apport par rayonnement solaire permettra
L’énergie solaire pour les bâtiments
d’exclure l’énergie solaire pour ainsi réduire
la charge de climatisation.
Un seul carreau de verre transparent faisant
face au soleil laisse passer la majeure partie
des rayons solaires visibles, une partie des
rayons infrarouges et très peu de rayons
ultraviolets, mais accusera aussi les plus
importantes déperditions de chaleur de
l’intérieur vers l’extérieur. Voici comment
modifier les fenêtres pour en accroître
la performance :
■ L’ajout d’une deuxième ou d’une troisième
couche de verre fait diminuer grandement
la valeur U (et augmenter la valeur R)
tout en conservant un important CARS.
Les couches supplémentaires de verre
peuvent recevoir un enduit à faible
émissivité. L’enduit à faible émissivité
admet toujours des gains solaires
(rayons de courtes longueurs d’ondes)
et contribue à conserver la chaleur en
réduisant les pertes par rayonnement
infrarouge. Cette caractéristique est très
avantageuse du point de vue du
chauffage solaire passif.
■ Il existe également des enduits
réfléchissants qui bloquent l’énergie
solaire indésirable (et réduisent le CARS)
et ont pour effet d’abaisser les besoins
de climatisation. On trouve de nombreux
verres sélectifs qui bloquent certaines
longueurs d’onde et qui risquent de
modifier le CARS et le niveau de
transmission de lumière visible.
■ Les vitrages sous vide, dont la lame
d’air est remplie d’un gaz inerte tel
l’argon ou le krypton, ou encore d’un
isolant transparent, permettent de réduire
les pertes de chaleur par conduction ou
par convection. Comme les lames de
gaz offrent un bon rendement à peu de
frais, leur emploi est recommandé dans
les fenêtres comportant un enduit à
faible émissivité.
8 Voir l'étude de cas tirée de la série « L'innovation dans les immeubles » intitulée Atrium, protection solaire et ventilation destinés au confort des résidents –
Amstelveen : http://www.cmhc.ca/fr/prin/coco/toenha/inim/loader.cfm?url=/commonspot/security/getfile.cfm&PageID=60602
Société canadienne d’hypothèques et de logement
9

L’énergie solaire pour les bâtiments
Figure 7 – Fenêtre à double vitrage à faible émissivité
L’emploi de fenêtres haute performance
permet d’éloigner les bouches de chaleur
des murs et ainsi de réduire les longueurs
de conduits ou de tuyaux.
Le verre adaptatif traduit une récente
technologie. En effet, il peut modifier ses
caractéristiques optiques ou solaires en
fonction de la lumière (photochrome), de
la chaleur (thermochrome) ou du courant
électrique (électrochrome). Les premières
simulations informatiques montrent que le
vitrage électrochrome offre les meilleures
promesses pour améliorer le confort. Il
s’agit toutefois de prototypes. Selon toute
probabilité, ils contribueront à réduire la
charge de climatisation, à atténuer l’effet
d’éblouissement et à accentuer le confort
10 Société canadienne d’hypothèques et de logement
Valeur U : 0,26
CARS : 0,53
autorisant l’admission de
53 % de l’énergie solaire
TLV : 0,75
autorisant l’admission de
75 % de lumière visible
visuel s’il n’est pas nécessaire de compter sur
un degré élevé de transmission des rayons
solaires. Le verre adaptatif peut cependant
avoir de piètres caractéristiques optiques, ce
qui en fait du même coup un choix moins
convenable pour le secteur résidentiel.
Transmission de la lumière visible
La transmission de la lumière visible (TLV)
est une mesure du spectre visible traversant
une fenêtre. En général, les techniques
d’éclairage naturel prévoient des fenêtres
à degré élevé de TLV. Il est également
souhaitable d’opter pour un CARS faible
lorsque les gains thermiques posent un
motif de préoccupation. Pour bénéficier de
l’éclairage naturel, il est recommandé de ne
pas faire usage de verre réfléchissant.
Le tableau 1 indique les valeurs types de
transmission de la lumière et du CARS
pour les verres les plus répandus.
Dormants
Le dormant constitue souvent le maillon
thermique le plus faible de la fenêtre. Bien
que le dormant (châssis et meneaux) n’occupe
que de 10 à 25 % de l’aire du vitrage des
bâtiments commerciaux, il peut expliquer
jusqu’à la moitié des déperditions de chaleur
de la fenêtre et se prêter grandement à la
formation de condensation 9 .
La performance thermique de la fenêtre
peut être améliorée par l’insertion d’une
coupure thermique à faible conductivité
dans le dormant métallique ou par l’emploi
d’un dormant constitué d’éléments à faible
conductivité en bois, en vinyle ou en fibre
de verre. En effet, les dormants de fenêtres
à faible conductivité contribuent à réduire
la consommation d’énergie dans tous les
types de bâtiments. Pour les collectifs
d’habitation, le concepteur doit prendre
note que les codes canadiens de prévention
des incendies précisent que l’aire des fenêtres
constituées d’éléments combustibles doit
représenter moins de 40 % de l’aire murale
du bâtiment et que les fenêtres doivent être
séparées par des matériaux incombustibles 10 .
Intercalaires
L’intercalaire sépare les panneaux vitrés
d’une fenêtre hermétique dans le but de
prévenir l’infiltration et l’exfiltration d’air
et d’humidité. L’intercalaire isolant, fait
d’un matériau à faible conductivité plutôt
que d’aluminium, réduit de façon importante
les déperditions de chaleur par la fenêtre.
En réduisant les risques de condensation
à la surface du verre, il permet d’accentuer
l’éclairage naturel. Le coût peu élevé et la
bonne performance de l’intercalaire isolant
rendent son utilisation souhaitable pour
9 Site Web : Advanced Buildings: Technologies and Practices http://www.advancedbuildings.org/_frames/fr_t_building_low_conduct_window.htm
10 Site Web : Advanced Buildings: Technologies and Practices http://www.advancedbuildings.org/_frames/fr_t_building_warm_edge_windows.htm

toutes les fenêtres, voire obligatoire lorsqu’il
est fait usage d’enduit à faible émissivité et
de lame remplie de gaz inerte 11 .
Orientation des fenêtres
Quel que soit le jour de l’année, c’est à midi
qu’est générée la plus importante quantité
d’énergie solaire. Par contre, la plus importante
quantité d’énergie qui traverse une fenêtre
est lorsque le soleil est perpendiculaire à la
fenêtre et à entre 30 et 35 degrés au-dessus
de l’horizon. Les fenêtres orientées au sud,
à l’est ou à l’ouest reçoivent sensiblement la
même quantité annuelle maximale de
rayonnement solaire. L’heure et la date où
l’énergie reçue est au maximum dépendent
de la latitude et de l’orientation du mur. La
terre effectue une rotation de 15° à l’heure;
lorsque la fenêtre est orientée à 30° sud-est,
les gains thermiques maximaux seront obtenus
deux heures avant le midi solaire. Les façades
est et ouest reçoivent le rayonnement maximal
annuel en été, alors que la façade sud reçoit
son maximum annuel vers la fin de l’automne
et de l’hiver.
La figure 8 montre un graphique des
trajectoires solaires à une latitude de 44° N.
Le parcours du soleil diffère selon la
latitude du bâtiment. L’axe horizontal
indique l’orientation du soleil et l’axe
vertical l’angle du soleil par rapport à
l’horizon. Les courbes montrent l’arc que
décrit le soleil le 21 e jour de chaque mois.
Pour leur part, les pointillés indiquent la
période du jour. L’intersection de l’heure
et du mois donne une indication précise
de la position du soleil dans le ciel.
Le graphique montre également les
obstructions dans le but d’indiquer à quel
moment le bâtiment sera ombragé. Des
graphiques décrivant la trajectoire du soleil,
quelle que soit la latitude, peuvent être
produits grâce à un programme offert en
ligne par l’Université de l’Oregon à l’adresse
http://solardat.uoregon.edu/SunChart
Program.html
La figure 9 donne l’intensité de l’énergie
solaire qui frappe une surface verticale faisant
face au soleil. La quantité maximale d’énergie
entrant par une fenêtre se produit lorsque
le soleil se trouve à entre 30 et 35 ° au-dessus
de l’horizon et directement devant la fenêtre.
Superposer la figure 9, Intensité de l’énergie
solaire, sur le tableau des trajectoires du
soleil montre l’effet de l’orientation de la
fenêtre sur les gains solaires.
L’énergie solaire pour les bâtiments
Tableau 1— Transmission de la lumière visible / coefficient d’apport par rayonnement solaire (en pourcentage)
Vitrage (verre de 6 mm) Transparent Gris-bleu Gris Réfléchissant
Simple 89–81 75–62 43–56 20–29
Double 78–70 67–50 40–44 18–21
Double, enduit dur à faible émissivité, argon 73–65 62–45 37–39 17–20
Double, enduit mou à faible émissivité, argon 70–37 59–29 35–24 16–15
Triple, enduit dur à faible émissivité, argon 64–56 55–38 32–36 15–17
Triple, enduit mou à faible émissivité, argon 55–31 52–29 30–26 14–13
Source : ASHRAE Fundamentals 1997,Tableau 11, page 29
La figure 10 traduit l’alignement du
tableau d’intensité solaire au sud sur le
graphique des trajectoires du soleil. Ainsi,
les gains solaires maximaux s’obtiennent à
midi en octobre et en février.
Pour indiquer les gains solaires d’une
fenêtre orientée à l’ouest, il suffit d’aligner
le tableau de l’intensité solaire sur l’ouest
du tableau des trajectoires solaires, selon la
figure 11. Cela montre clairement comment
l’orientation de la fenêtre influe sur les
gains solaires maximaux selon le temps de
la journée et la période de l’année.
Les fenêtres orientées au nord fournissent un
éclairage indirect constant assorti d’un gain
thermique minime, mais peuvent également
occasionner des déperditions de chaleur et
de l’inconfort pendant la saison froide. Les
fenêtres orientées au sud bénéficient d’un
fort ensoleillement direct et indirect variable
au cours de la journée. Limiter les gains
calorifiques peut poser problème pendant
la saison de climatisation. Il est facile
d’ombrager ces fenêtres en les surmontant
de dispositifs horizontaux correspondants.
11 Site Web : Advanced Buildings: Technologies and Practices http://www.advancedbuildings.org/_frames/fr_t_building_warm_edge_windows.htm
Société canadienne d’hypothèques et de logement
11

L’énergie solaire pour les bâtiments
Les fenêtres orientées à l’est et à l’ouest
entraînent davantage d’éblouissement et de
gains thermiques, en plus d’être plus difficiles
à ombrager, car le soleil est plus près de
l’horizon. Dans le nord du Canada, le soleil
est bas dans le ciel durant l’hiver, alors que
l’ensoleillement est important pour les besoins
de chauffage. C’est pourquoi les fenêtres à
claire-voie orientées au sud procurent un
avantage par rapport aux lanterneaux. Par
contre, le soleil occasionne également de
l’éblouissement. Peut-être faudra-t-il prévoir
de grands porte-à-faux au-dessus des fenêtres
orientées au sud pour remédier à la situation.
En outre, lorsque le soleil est bas, les
bâtiments et les arbres font de l’ombrage,
ce qui peut être avantageux selon la saison.
Instrument de calcul du rayonnement solaire
Surface verticale Btuh/ pi 2
90˚
90 ° est Azimuts angles 90 ° ouest
0˚ sud
Figure 8 – Trajectoires du soleil
Aligner la flèche sur la direction des surfaces verticales
Figure 9 – Intensité de l’énergie solaire
12 Société canadienne d’hypothèques et de logement
Il est important de noter que les surfaces
orientées au sud reçoivent plus d’énergie
l’hiver et moins l’été que les surfaces orientées
à l’est ou à l’ouest. Une mesure destinée à
limiter les risques de surchauffe consiste à
maximiser l’aire des fenêtres orientées au sud
et à minimiser celle des fenêtres donnant à
l’est et à l’ouest. Pour les régions généralement
nuageuses, où la surchauffe risque moins
de poser problème, l’aire intérieure profite
de grandes fenêtres (y compris la façade
donnant au nord) qui admettent davantage
de lumière dans le bâtiment. On peut en
arriver à un compromis entre l’admission
Adapté du guide de
l’énergie solaire passive
par Edward Mazria
44 ° LN
Angles de l’altitude
d’éclairage naturel et l’augmentation des
déperditions de chaleur. Dans les régions
généralement ensoleillées, l’éblouissement
et les gains thermiques posent davantage de
problèmes. Soumises à un ensoleillement
direct, de petites fenêtres peuvent fournir
un éclairage suffisant. La lumière directe
peut également être reflétée et/ou diffusée
par des dispositifs d’ombrage surmontant
les fenêtres.
44 ° LN
90 ° est Azimuts angles 90 ° ouest
0˚ sud
Figure 10 – Énergie parvenant à une fenêtre orientée au
sud à 44° de latitude Nord
44 ° LN
90 ° est Azimuts angles 90 ° ouest
0˚ sud
Figure 11 – Énergie atteignant une fenêtre orientée à
l’ouest à 44° de latitude Nord

Performance et orientation des
fenêtres
L’orientation, la taille, l’agencement et la
performance des fenêtres revêtent de
l’importance en conception de bâtiments
solaires passifs. Le choix tout indiqué du
vitrage et du dormant peut accentuer
l’éclairage naturel et la performance
énergétique. Voici des règles générales à
suivre pour l’orientation des fenêtres :
■ déterminer la taille, la hauteur et la
sorte de vitrage des fenêtres séparément
pour chaque façade;
■ maximiser l’exposition au sud;
■ optimiser l’exposition au nord;
■ minimiser l’exposition à l’ouest lorsque
le soleil est au plus bas, car elle risque
d’occasionner de l’éblouissement et de
la surchauffe. Les fenêtres peuvent être
orientées différemment du plan du
mur, notamment selon un agencement
en dent de scie.
L’augmentation de la taille des fenêtres
accroît le risque d’éblouissement et de
surchauffe en été et de déperditions de
chaleur en hiver. Aux endroits bénéficiant
de l’ensoleillement direct, l’ombrage doit
réduire la transmission jusqu’à concurrence
de 10 % pour prévenir l’éblouissement.
L’éblouissement survient lorsque l’intensité
de la lumière admise dépasse l’intensité
générale du milieu intérieur. Les fenêtres
individuelles créent de forts contrastes par
rapport à l’intérieur entre les fenêtres et les
murs. Les fenêtres en bande horizontale
offrent une meilleure distribution de la
lumière diurne et, souvent, une meilleure
vue. L’article débattra plus tard d’autres lignes
directrices en matière de design intérieur.
Ombrage
Les dispositifs d’ombrage peuvent être
extérieurs, intérieurs, fixes, motorisés ou situés
entre le vitrage extérieur et la paroi intérieure
d’un système à double façade. La figure 12
montre des exemples de dispositifs d’ombrage.
Un dispositif d’ombrage tout indiqué
permet de réduire la quantité d’éclairage
artificiel, car l’oeil a la capacité de s’adapter
facilement à une large gamme d’éclairage.
Les dispositifs d’ombrage extérieurs réussissent
avec le plus d’efficacité à diminuer les gains
solaires. Les dispositifs d’ombrage intérieurs
laissent entrer la majorité de l’énergie solaire
dans le bâtiment, mais également davantage
de chaleur, élément d’accompagnement
parfois non souhaitable. Un dispositif
d’ombrage intérieur de couleur pâle réfléchit
de nouveau une partie de l’énergie par la
fenêtre. Par contre, au moins 20 à 30 % du
rayonnement solaire incident parviendra
à l’intérieur sous forme d’énergie solaire
transmise, ou sera absorbée ou réémise
sous forme de chaleur lorsque des stores
intérieurs seront utilisés. Les stores extérieurs
L’énergie solaire pour les bâtiments
s’empoussièrent et peuvent se révéler difficiles
à entretenir et à nettoyer. Une solution
consiste à opter pour le système à double
façade en disposant des stores réfléchissants
entre les deux vitrages et peut-être à assurer
un mouvement d’air dans la cavité.
Les fenêtres orientées au sud sont les plus
faciles à ombrager. En effet, les dispositifs
d’ombrage horizontaux qui bloquent le
soleil en été, mais le laissent entrer en hiver
s’avèrent les plus efficaces. Les dispositifs
d’ombrage verticaux ont le plus d’efficacité
pour les fenêtres donnant à l’est et à l’ouest,
mais sont souvent plus difficiles à incorporer
à un bâtiment sans limiter le champ de
vision. Dans les bâtiments de faible
hauteur, des arbres à feuilles caduques
judicieusement disposés à l’est et à l’ouest
réduiront la surchauffe en été tout en
laissant passer l’énergie solaire souhaitable
en hiver. Certains spécialistes mettent à
l’essai des vignes suspendues à des lattes de
métal afin de réduire l’excès de chaleur. Les
dispositifs d’ombrage intérieurs s’emploient
avec efficacité pour réduire l’éblouissement,
selon la volonté des occupants.
Cote énergétique (CÉ)
Les cotes énergétiques (CÉ) ont été élaborées
par l’Association canadienne de
normalisation et le secteur de la fabrication
des fenêtres. Il permet de comparer des
fenêtres en fonction de leur efficacité
Surplomb Surplomb à persiennes Saillie éclairante Lames verticales
Figure 12 – Types courants de dispositifs d’ombrage extérieurs
Société canadienne d’hypothèques et de logement
13

L’énergie solaire pour les bâtiments
pendant la saison de chauffage, dans des
conditions hivernales moyennes. La cote
énergétique (CÉ) désigne la valeur du gain
ou de la perte énergétique, exprimée en
watts par mètre carré (W/m 2 ). La valeur
RSI est une mesure d’efficacité énergétique
trompeuse parce qu’elle ne tient bien
souvent compte que de la déperdition de
chaleur que subit le centre du verre. Par
contre, la CÉ prend en considération tous
les mouvements d’énergie par la fenêtre, la
valeur R totale du verre, la valeur R du
dormant, l’infiltration d’air et les gains
solaires moyens. Les gains solaires
traduisent la moyenne des quatre
orientations.
Étant donné qu’elle s’en remet aux gains
solaires moyens, la CÉ ne peut pas
s’employer pour comparer la véritable
performance d’une fenêtre selon son
orientation et ses dimensions précises.
D’autres calculs servent à déterminer la cote
énergétique spécifique (CÉS). Elle permet
d’établir la CÉ spécifique d’une fenêtre,
Figure 13 – Double façade du bâtiment résidentiel
Klosterenga, à Oslo, en Norvège
14 Société canadienne d’hypothèques et de logement
suivant la zone climatique d’une région
géographique précise, le ratio fenêtres-aire
de plancher et l’orientation des fenêtres du
bâtiment.
La CÉ et la CÉS font toutes deux partie
intégrante de la norme CSA-A440.2,
Rendement énergétique des fenêtres et autres
systèmes de fenestration.
Réfrigération solaire
La technique de réfrigération solaire passive a
toujours été associée à des zones climatiques
plus chaudes que celles du Canada. En effet,
au Canada, la méthode la plus efficace
pour exclure les gains solaires passe par la
conception de la fenestration, le choix du
vitrage et les dispositifs d’ombrage. Une
autre mesure répandue consiste à exploiter
la masse du bâtiment qui se rafraîchit la
nuit pour atténuer les risques de surchauffe
causés par l’absorption d’énergie solaire
pendant la journée.
Contrer l’effet de tirage, soit le mouvement
ascendant de l’air chaud, est possible,
pourvu que le bâtiment soit conçu pour
capter l’énergie solaire et l’évacuer au
niveau du toit. Cet air chaud peut être
acheminé à l’extérieur, attirant de l’air frais
puisé au niveau du sol et dans le bâtiment.
Un atrium peut se comporter à l’instar
d’une cheminée solaire, les fenêtres
motorisées étant employées pour contrer
l’effet de tirage et ainsi favoriser la
ventilation naturelle. Exploiter la masse
thermique de l’atrium permet de prolonger
l’effet de tirage jusque tard dans la nuit
pour admettre de l’air frais dans le
bâtiment. En Europe, l’air frais de la nuit
circule (à l’aide de ventilateur) à travers le
plancher à âme creuse pour emmagasiner la
fraîcheur. Le jour, l’air ambiant recircule
par le plancher frais pour assurer tout à fait
gratuitement le rafraîchissement.
La réfrigération par absorption exige le
recours à des capteurs solaires à haute
température raccordés à un refroidisseur
Figure 14 – Façade solaire vitrée du bâtiment Klosterenga

par absorption fonctionnant à environ
100 °C (212 °F). Le dispositif fait appel
à un capteur solaire pour évaporer le
réfrigérant sous pression du mélange
absorbant-réfrigérant. Les refroidisseurs par
absorption requièrent peu d’électricité pour
pomper le réfrigérant comparativement au
compresseur d’un climatiseur ou d’un
réfrigérateur. Ce système n’est toutefois pas
encore assez efficace pour les bâtiments
classiques; il requiert, par ailleurs, un
important investissement initial.
La réfrigération par dessiccation se fait par
un agent chimique de déshydratation qui
entre en contact avec l’air à refroidir. L’air
devient tellement sec qu’on peut lui
injecter de l’humidité sans nuire au
confort. Les gouttelettes d’humidité
s’évaporent et rafraîchissent l’air. L’agent de
déshydratation est régénéré par l’air chauffé
par les collecteurs solaires ou un serpentin
raccordé aux capteurs en milieu liquide 12 .
Le procédé de réfrigération du cycle de
Rankine fait appel à un cycle de compression
de la vapeur semblable à celui d’un climatiseur
ordinaire. Les capteurs solaires chauffent le
liquide ayant un point de vaporisation très
bas, qui fait ensuite fonctionner une
installation thermique motrice conforme
au cycle de Rankine. Il s’agit d’une
technique expérimentale qui ne s’emploie
pas souvent parce qu’elle requiert une
installation d’envergure pour apporter
un refroidissement significatif 13 .
Surchauffe
La surchauffe provient généralement davantage
des fenêtres non ombragées orientées vers
l’ouest et, dans une moindre mesure, des
fenêtres donnant à l’est. La fin de l’été marque
souvent la période la plus déterminante de
l’année. Les mesures de conception consistent
à réduire l’aire de vitrage à l’est et à l’ouest,
à arrêter son choix sur un vitrage ayant un
faible coefficient d’apport par rayonnement
solaire pour exclure la chaleur et procurer de
l’ombrage. La masse thermique à l’intérieur
du bâtiment peut, dans certaines zones
climatiques, avoir pour effet de réduire la
charge de climatisation de pointe.
Solariums
Les solariums vitrés aménagés l’un au-dessus
de l’autre peuvent se comporter tels des
capteurs passifs. Ils irradient à nouveau de
façon passive la chaleur ou acheminent
activement l’air de ventilation au reste du
logement ou à l’extérieur.
Une méthode efficace consiste à encastrer
le solarium dans l’enveloppe du bâtiment.
Cette façon de procéder simplifie l’exécution
de l’enveloppe du bâtiment et évite de
devoir soutenir séparément le solarium
ou de l’aménager en porte-à-faux. Les
ponts thermiques à travers l’enveloppe se
trouvent du même coup réduits, sauf qu’il
faudra peut-être prévoir des dispositifs
d’ombrage supplémentaires si la pièce doit
être occupée de façon régulière ou si des
fluctuations de température ne sont pas
souhaitables. Bien sûr, le solarium perd
de son efficacité à titre de capteur solaire
puisque son orientation s’éloigne du sud.
Un balcon encloisonné ou entièrement
en saillie sur l’extérieur admet des gains
solaires dans le logement sans être
directement exposé au sud.
Dans l’étude de la SCHL consacrée à
l’énergie renouvelable de l’enveloppe du
bâtiment, la modélisation énergétique
12 Site Web de Ressources naturelles Canada : http://www.canren.gc.ca/tech_appl/index_f.asp?CaId=5&PgId=413
13 Site Web du U.S. Department of Energy : http://www.eren.doe.gov/consumerinfo/refbriefs/ac2.html
14 Advanced glazed balconies: Integration of solar energy in building renovation, cabinet de consultants W/E, Pays-Bas, EuroSun'96
15 http://www.cmhc-schl.gc.ca/fr/recherche/recherche_001.cfm /Sécurité incendie dans les tours d’habitation.pdf
L’énergie solaire pour les bâtiments
d’un collectif d’habitation de six étages
situé à Halifax prédisait que les solariums
contribueraient à réduire la consommation
d’énergie d’environ 4 %.
Une étude menée en Hollande 14 a porté sur
les solariums lors de la rénovation de vieux
bâtiments résidentiels multifamiliaux, datant
de l’après-guerre, dont l’enveloppe présentait
des défauts. L’étude a révélé que les nouveaux
éléments solaires constituaient un moyen
efficient d’améliorer la performance tout
en réduisant la consommation d’énergie
d’environ 35kWh/m 2 . Optimaliser les
paramètres thermiques, le vitrage et la
ventilation, en plus de recourir à de simples
dispositifs de ventilation et à des dispositifs
d’ombrage permettait d’accroître le confort
des occupants.
Cour, atrium et aires communes
Un atrium donnant au sud recueille l’air
subissant les effets du rayonnement solaire
avant de circuler dans tout le bâtiment. Cette
technique requiert un bâtiment étanche à
l’air et un degré d’isolation thermique élevé.
Pour éviter de surchauffer l’atrium, il suffit
de disposer des auvents motorisés bien
dimensionnés et bien situés et de compter sur
un système de ventilation passif. L’architecte
doit tenir compte de la question de la sécurité
incendie de l’atrium et assurer la protection des
occupants. Un article distinct affiché sur le
site Web de la SCHL, intitulé La sécurité
incendie dans les tours d’habitation 15 traite
de la question. La difficulté d’assurer la
protection contre la fumée et d’exploiter
l’atrium pour assurer le chauffage préalable
de l’air du bâtiment pose un défi.
Société canadienne d’hypothèques et de logement
15

L’énergie solaire pour les bâtiments
Dans les bâtiments de grande ou de moyenne
hauteur, il pourrait être davantage facile
d’envisager à cette fin des aires communes,
comme le hall d’entrée ou des ascenseurs et
les cages d’escalier. Cela rend l’orientation
des logements plus flexible et autorise
davantage de fluctuations de température.
Installations solaires de
production d’eau chaude
Les installations solaires de production d’eau
chaude domestique varient en complexité, en
efficacité et en coût. Les chauffe-eau solaires
modernes sont relativement faciles à entretenir,
et on récupère leur coût grâce aux économies
réalisées bien avant la fin de leur durée utile.
Dans les collectifs d’habitation, ils peuvent
préchauffer l’eau de l’installation de chauffage
des locaux à l’eau chaude. Cet arrangement
fonctionne bien dans les grands complexes où
il se produit d’importantes déperditions de
chaleur de système (lorsque l’eau de reprise est
suffisamment refroidie pour que l’installation
solaire puisse la chauffer de nouveau). Dans les
cas des chaudières qui chauffent l’eau pour
le chauffage des locaux en même temps
que pour la production de l’eau chaude
domestique, les panneaux solaires pourraient
permettre aux chaudières de s’arrêter en été
et de produire de l’eau chaude domestique
uniquement à partir de l’énergie solaire.
16 Société canadienne d’hypothèques et de logement
Un chauffe-eau solaire efficace à panneau plan
peut capter environ 2 GJ/m 2 de superficie
de capteur par année dans la plupart des
régions méridionales du Canada. D’autres
installations offertes dans le commerce
comprennent les systèmes à thermosiphons,
lesquels sont courants dans le sud de l’Europe,
et qui éliminent le besoin d’une pompe.
Dans plusieurs initiatives en cours en Europe,
on s’intéresse à des prototypes de stockage
saisonnier, le « Saint Graal » du monde
solaire. On y utilise des champs de panneaux
solaires pour capter la chaleur en été, pour
ensuite la stocker dans d’immenses réservoirs
souterrains, bien isolés, remplis d’eau. La
chaleur est extraite de l’eau durant la
prochaine période de chauffage. Pour donner
une idée de la taille de telles installations :
elles font appel à environ 10 à 20 m 2 (107 pi 2
à 215 pi 2 ) de surface de capteur et à 20 à
40 m 3 ( 706 pi 3 à 1 412 pi 3 ) d’eau de
stockage pour chaque logement ou maison.
Les projections quant à la performance
indiquent qu’elles pourraient fournir de
30 à 60 % de l’énergie requise par le bâtiment.
Sortie
Plaque absorbante
Nota : Pour obtenir davantage de
renseignements sur la conception et
la performance du capteur, veuillez
consulter le devis du fabricant.
Figure 15 – Capteur solaire plan vitré
Isolant
Lors de l’étape de planification d’un projet
de démonstration de 100 logements en
Bavière, on a évalué des installations
capables de fournir de 60 à 90 % des
besoins de chauffage à l’aide du stockage
solaire saisonnier. L’ensemble comporte
100 logements fort bien isolés d’une aire
habitable chauffée de 140 m 2 , un champ de
panneaux collecteurs (900 à 1 500 m 2 ) et
un réservoir souterrain isolé de stockage de
l’eau (1 600 à 6 300 m 3 ) [56 503 pi 3 à
222 482 pi 3 ] 16 .
À Hambourg, un aménagement de 24 maisons
individuelles est doté de 3 000 m 2 de surface
de capteurs et d’un réservoir souterrain
isolé pour le stockage l’eau de 4 500 m 3 .
Une initiative jumelle à Friedrichschafen
fait appel à une surface de 5 600 m 2
(60 277 pi 2 )de capteur jumelé à 12 000 m 3
(423 776 pi 3 ) de stockage desservant 570
logements répartis dans huit bâtiments.
Pour chacun des ensembles, on estime que
l’énergie solaire couvrira 50 % des besoins
en chauffage et en eau chaude domestique 17 .
Vitrage
16 D. Lindenberger et coll., Optimization of solar district heating systems: seasonal storage, heat pumps and cogeneration, mai 1999.
17 B. Mahler et coll. Central solar heat plants with seasonal storage in Hamburg and Friedrichschafen.
Le concept illustré est un exemple
typique de capteur refroidi à
l’aide d’un liquide caloporteur.
La conception des capteurs
Cadre refroidis à l’air variera
en conséquence.
Tube
Plaque de fond
Collecteur
d’entrée
Entrée

Dans de grandes parties du Canada, les
hivers sont froids et ensoleillés et sous ces
conditions, une quantité considérable d’énergie
solaire est disponible selon les besoins, de sorte
que le stockage à court terme (1 à 2 jours) est
plus avantageux sur le plan des coûts. La vallée
du bas Fraser de la Colombie-Britannique
est l’une des régions au Canada dont les
conditions climatiques sont semblables à
celles de ces exemples d’Europe.
Les capteurs plans sans vitrage sont les plus
courants en Amérique du Nord, selon la
surface installée par année. On les utilise
surtout pour réchauffer l’eau des piscines
intérieures et extérieures jusqu’à une
température de 30 °C (86 °F).
Ce sont des systèmes simples et peu coûteux,
en mesure de fournir tous les besoins de
chauffage d’une piscine résidentielle extérieure,
éliminant du coup la consommation d’énergie
fossile et les coûts en immobilisation de
l’équipement classique de chauffage de
l’eau. Ils sont faciles à installer et, en
règle générale, affichent une période de
récupération de trois à six ans 18 . Au Canada,
leur emploi est limité à la saison estivale.
De simples calculs RETScreen montrent que
les capteurs non vitrés produisent environ
de 2 à 2,4 kWh/m 2 /jour en été. Les piscines
extérieures sont habituellement de nature
saisonnière et pendant les mois plus chauds,
une toile solaire peut être employée, ou des
capteurs solaires et une pompe peuvent
chauffer l’eau de la piscine directement.
Dans le cas des piscines intérieures au
niveau du sol, ou plus bas que ce dernier,
les capteurs sur les toits sont peu pratiques
s’il s’agit d’une tour d’habitation. Pour
éviter les pertes de transport, un capteur au
glycol desservi par un réseau bien isolé peut
être utilisé près de la piscine. Des vitrages
orientés au sud ou des vitrages au plafond
peuvent fournir de l’énergie solaire directe
et réduire les frais d’éclairage. L’énergie
solaire peut fournir de 30 à 100 % de la
chaleur requise, selon certaines variables,
dont l’emplacement, l’angle du capteur et
son orientation, la température souhaitée
de l’eau, la taille de la piscine et l’emploi
d’une toile solaire.
Les capteurs à tube sous vide sont composés
de tubes sous vide scellés individuellement
autour d’une plaque absorbante métallique.
Le vide réduit au minimum les pertes de
chaleur par conduction, comme une bouteille
thermos. Ils s’utilisent couramment en région
froide. Les capteurs à tube sous vide chauffent
l’eau à une température plus élevée, mais ils
sont également plus coûteux, et s’accompagnent
donc d’une période de récupération plus
longue. Des calculs à l’aide de RETScreen
indiquent qu’un capteur à tube sous vide est
en mesure de produire 1,2 kWh/m 2 /jour en
hiver et jusqu’à 2,9 kWh/m 2 /jour en juin.
Figure 16 – Capteur solaire plan non vitré
L’énergie solaire pour les bâtiments
Chauffage solaire actif
Installation de production d’eau
chaude domestique (ECD) solaire
Les installations de production d’eau chaude
domestique (ECD) solaires agissent en
supplément des chauffe-eau classiques. Les
systèmes les plus courants utilisent les capteurs
plans vitrés sur circuit fermé de glycol. Un
échangeur de chaleur transfère l’énergie du
glycol à un ou plusieurs réservoirs de stockage
solaire. Ces derniers sont habituellement
raccordés en série au chauffe-eau classique.
Celui-ci démarre pour maintenir l’eau à la
température de consigne si l’énergie solaire
ne suffit pas.
La production d’énergie varie suivant les
saisons, et en fonction de l’emplacement, de
l’efficacité du capteur, de l’angle et de
l’orientation du capteur, dans une plage
d’environ 0,6 à 1,0 kWh/m 2 /jour en hiver
et environ 2,4 kWh/m 2 /jour en été. Il est
aisé de capter 50 % de l’énergie requise du
soleil pour la production de l’eau chaude
Ressources naturelles Canada
18
Sheltair Group, Les tours d'habitation saines : guide pour la conception et la construction innovatrices d'immeubles résidentiels de grande hauteur,
(Canada : SCHL, 1996), p. 49.
Société canadienne d’hypothèques et de logement
17

L’énergie solaire pour les bâtiments
domestique. Une cible raisonnable de
substitution de combustible fossile est de
l’ordre de 30 à 40 %, ce qui permet aux
capteurs de fonctionner à une température
optimale. Ces installations sont faciles à
intégrer aux chauffe-eau courants et
présentent une période de récupération de
l’ordre de 10 ans. Au Canada, celle-ci varie
considérablement, selon la disponibilité des
incitatifs financiers et le coût du combustible.
Coupe du tube
sous vide Tube vitré extérieur
Tube vitré intérieur
Tube caloporteur
Feuille de cuivre
Espace sous vide
Chauffage solaire de l’air
Le résumé ci-dessous est fondé sur le manuel
intitulé Solar Air Systems: A Design Handbook,
édité par S. Robert Hastings et Ove Mørck,
lesquels passent en revue des applications
européennes et nord-américaines. Les
analyses de coût sont en dollars canadiens,
à moins d’indication contraire.
Voici une analyse de six installations de
chauffage solaire de l’air. Toutes sont
pourvues des éléments suivants, sous une
forme ou une autre : capteur, réseau de
distribution (conduits), module de
stockage et système de commande.
Une installation complète peut comprendre
toute combinaison de quatre différents
composants.
18 Société canadienne d’hypothèques et de logement
Vitrage
Tube sous vide
Figure 17a – Capteur à tube sous vide
Sortie
Entrée
Source : Ressources naturelles Canada
Figure 17b – Capteur à tube sous vide
Source : Ressources naturelles Canada
Figure 17c – Toit avec capteur à tube sous vide
Source : Architectural Graphic Standards

Capteurs
solaires
Tableau 2 – Coûts et avantages des capteurs solaires
Capteur
Usages
typiques
Non vitré Piscines
Vitré
À tube sous
vide
Pompe
Régulateur
de la pompe
Entrée
d’eau
froide
Préchauffage
de l’ECD
Préchauffage
de l’ECD
Liquide caloporteur antigel
Eau chaude
chauffée par
le soleil
Échangeur
de chaleur
Réservoir de
stockage solaire
Avantages Inconvénients
Économique, efficace à de faibles
différences de température
Économique
Eau chaude
vers les
appareils
Chauffe-eau au gaz
ou à l’électricité
Figure 18 – Système solaire de production d’eau chaude
domestique (ECD)
Source : www.AdvanceBuilding.org
Fournit de l'eau plus chaude
Ne convient pas aux
régions à gel
Doit être protégé
contre le gel avec du
glycol
Coûteux; doit être
protégé contre le gel
avec du glycol
L’énergie solaire pour les bâtiments
Coûts en
immob.
$/m 2
150 à 350
Énergie produite
par année
kWh/m 2
210 à 250
(été seulement)
450 à 750 500 à 600
1 100 à
1 500
800 à 840
Société canadienne d’hypothèques et de logement
19

L’énergie solaire pour les bâtiments
Tableau 3 – Éléments courants des installations de chauffage solaire de l’air
Système de capteur Système de stockage Système de commande Distribution
■ Capteur plan
■ Capteur-fenêtre à débit d’air
■ Capteur non vitré perforé
(Solarwall ® )
■ Capteur à doubles façades
et à double enveloppe
■ Capteur spatial (atriums,
solariums, serres)
Les installations analysées dans la présente
étude desservaient des usages industriels,
des habitations (appartements, maisons en
rangée et individuelles), des bureaux, des
écoles, des pavillons de sport et des piscines.
Les facteurs pouvant influer sur la
performance des installations sont le type
et la masse du bâtiment, les niveaux
d’isolation et les conditions climatiques.
Processus de conception
Le manuel de conception Solar Air Systems
recommande de suivre les étapes ci-dessous.
Pour obtenir davantage de détails techniques,
consultez le manuel.
■ Définir les données de base sur le
bâtiment et les conditions climatiques.
■ Déterminer s’il est possible de prévoir
suffisamment de surface de capteur.
■ Préciser le taux de ventilation à travers
le capteur solaire à air.
■ Déterminer s’il y a des restrictions
quant à la température d’entrée dans le
système de ventilation.
■ Décider si un système de stockage doit
être prévu.
■ Définir la stratégie de commande
qui convient.
20 Société canadienne d’hypothèques et de logement
■ « Hypocaust » (dalles de
plancher et de plafond)
■ « Murocaust » (mur)
■ Lits de pierre
■ Eau
■ Matériaux à changement
de phase
■ Choisir le capteur solaire.
■ Découvrir si l’installation peut servir à
d’autres fins.
■ Calculer la surface de capteur requise.
■ Déterminer la taille des conduits.
■ Sélectionner un ventilateur.
■ Sélectionner les diffuseurs.
■ Performance continue
■ Contrôle de la température
■ Contrôle des cellules solaires
■ Contrôle par minuterie
À l’aide d’une formule de conception
intégrée, l’équipe de conception pourra
mieux prendre en compte les objectifs de
rechange des différents systèmes, ce qui
pourrait réduire la période de récupération
ou fournir d’autres avantages aux occupants.
Système 1 : Chauffage solaire de
l’air de ventilation – le Solarwall ®
Ce système constitue le moyen le plus
simple, et habituellement le moins coûteux
pour introduire dans un bâtiment de l’air
frais de ventilation chauffé par le soleil.
Il utilise en majorité des composants
disponibles dans le commerce. Il a comme
principal inconvénient de réduire le coûtefficacité
des appareils de ventilation à
récupération de chaleur.
Le Solarwall ® constitue un exemple d’un tel
système mis au point au Canada. Un mur
■ Habituellement par
des conduits
orienté au sud est revêtu de panneaux
métalliques foncés, habituellement en
acier ou en aluminium, dotés de petites
perforations. Un vide est laissé entre le
parement et le mur de manière à ce que
l’air extérieur puisse passer à travers les
perforations dans le panneau capteur. L’air
aspiré dans le vide d’air entre le capteur et
le mur est chauffé, puis s’élève en raison de
l’effet de tirage et de la zone de plus faible
pression d’au-dessus, laquelle est créée par
des ventilateurs qui déplacent l’air vers
l’intérieur. Cet air de ventilation préchauffé
est alors incorporé au réseau de distribution
du bâtiment. Un volet de recirculation
commande le mélange d’air provenant des
capteurs et de l’intérieur du bâtiment afin
de maintenir une température constante de
l’air pour distribution. Le fait d’utiliser le
soleil pour préchauffer l’air de ventilation
constitue une formule relativement nouvelle.
Depuis les 10 dernières années, environ
35 000 m 2 (376 737 pi 2 ) de capteurs
Solarwall ® ont été installés dans les
bâtiments, dont des collectifs de faible
hauteur et des tours d’habitation. Les
installations de préchauffage de l’air
s’installent tant dans la nouvelle construction
que dans l’existant (voir figure 19).

Conserval
Figure 19 – Le Ouellette Manor
(Windsor) utilise le Solarwall ®
pour préchauffer l’air de ventilation
des corridors
Au début des années 1990, une partie du
complexe Ouellette Manor, une résidence pour
personnes âgées, comportant 400 logements
répartis sur 24 étages a été revêtue d’un
Solarwall ® . Le nouveau Solarwall ® affichait
un coût marginal d’environ 30 000 $ et les
économies d’énergie ont produit une période
de récupération simple d'environ six ans. De
plus amples renseignements sont disponibles
au sujet de l’initiative Ouellette sur le site
Web de la SCHL à l’adresse
http://www.cmhc-schl.gc.ca/en/imquaf/
himu/buin_006.cfm
Tableau 4 – Chauffage solaire de l’air de ventilation
Avantages Limites
Moindre coût pour le chauffage de l’air
de ventilation
Capte de nouveau les pertes de chaleur
à travers le mur
Peut remplacer les parements courants
(nouvelle construction)
Dissimule l’ancien parement (réfection)
Air de
ventilation
préchauffé
Capteur
solaire
Système 1
Le Solarwall ® convient particulièrement aux
applications qui requièrent d’importants
débits d’air de ventilation le jour et il s’est
avéré efficace à préchauffer l’air de ventilation
dans les collectifs d’habitation. Dans le cas de
la construction neuve et de la rénovation, il a
l’avantage de compenser le coût du parement.
Par conséquent, il peut comporter une période
de récupération très courte, voire nulle.
Demande une grande surface murale
orientée au sud
Diminue les possibilités de vitrages
orientés au sud
Réduit la rentabilité de la ventilation à
récupération de chaleur (parce que le
propriétaire dépense moins pour le
chauffage de l’air frais entrant)
Ne remplace pas l’installation de
chauffage classique
L’énergie solaire pour les bâtiments
Figure 20 – Système 1, concept de préchauffage solaire de l’air
Système 2 : Boucle de collecte
ouverte avec stockage rayonnant
Dans un tel système, l’air circule naturellement
ou mécaniquement à travers le capteur, le
réseau de distribution, les espaces chauffés
puis de retour au capteur. Il se construit
avec ou sans stockage, et peut demander
une installation de ventilation séparée.
Système 3 : Systèmes à double
enveloppe (façade)
Dans un système de capteur solaire à air à
double enveloppe ou à double façade, l’air
chauffé par le soleil circule dans les cavités
de l’enveloppe du bâtiment, emmitouflant
ainsi le bâtiment d’une couche d’air chaud.
Il en résulte une zone tampon qui réduit la
charge de chauffage et de climatisation du
bâtiment. Le confort intérieur est amélioré
parce que la paroi intérieure du mur
extérieur est plus chaude. L’enveloppe
extérieure peut être composée de matériaux
opaques (revêtements extérieurs classiques
jumelés à un vide d’air) ou de vitrages.
L’ensemble Klosterenga à Oslo en Norvège
fait usage de l’espace entre deux couches de
vitrages orientées au sud pour préchauffer
Société canadienne d’hypothèques et de logement
21

L’énergie solaire pour les bâtiments
l’air. Les données dans le tableau 5
s’appliquent à des installations en vitrages.
Il reste à résoudre les questions de
nettoyage et d’entretien de ce genre
d’installation.
Ce système est souple et s’intègre à la plupart
des installations existantes de chauffage,
mais il est habituellement beaucoup plus
coûteux que d’autres systèmes. En
Amérique du Nord, les coûts peuvent
atteindre quatre à cinq fois ceux des
parements classiques à faible coût 19 , mais
leur coût réel peut diminuer, si la double
façade réduit la consommation d’énergie.
On trouve de nombreux concepts de double
façade. L’exemple ci-dessous montre l’effet
chauffant d’un capteur solaire à chauffage
de l’air doté d’un store motorisé, à titre de
surface qui absorbe le rayonnement solaire.
Voici les paramètres de conception principaux :
l’espacement entre les deux couches de la
façade, la vitesse de l’air et les propriétés du
store, lequel est commandé par le système
de contrôle automatique du bâtiment,
pourvu d’un interrupteur de dérogation
manuel et une mise à jour automatique à
toutes les heures environ.
Le store, même fermé, doit permettre le
passage de suffisamment de lumière du jour
dans les espaces. Il faut donc environ une
transmittance de 20 %, selon la superficie
de fenêtre. Le vitrage doit être transparent.
Le vitrage à écoulement d’air à double paroi
a été étudié pour le projet de réutilisation
adaptative du Seville à Montreal 20 . Chaque
étage peut constituer un élément séparé
(avec des encadrements de fenêtre) dotées
de sorties et d’entrées individuelles ou
raccordées les unes aux autres pour former
une grande « cheminée ». La figure 23
montre le double vitrage de la couche
Capteur
solaire
22 Société canadienne d’hypothèques et de logement
Figure 21 – Système 2, sans stockage
Capteur
solaire
Mur doté
d’une cavité
19 Meyer Boake, Terry et coll., Canadian Architect, août 2003, p. 38.
Chaleur par
rayonnement
Figure 22 – Système 3a, double façade avec stockage
Circulation de l’air
en boucle ouverte
Système 2
Système 3a
20 Processus de conception intégré au projet de réaménagement du théâtre Séville, Le point en recherche de la SCHL 03-102.
Air solaire
enveloppant
le bâtiment

extérieure munie d’une pellicule à faible
émissivité du côté de la cavité afin de
réduire les pertes de chaleur en hiver.
Toutefois, cette pellicule qui augmente la
température de sortie par quelques degrés
pourrait être exclue, puisqu’elle pourrait se
détériorer dans le cas présent. Le vitrage
intérieur pourrait être ouvrant. Les entrées
et les sorties de la fenêtre à écoulement
d’air doivent être soigneusement conçues.
Les données ci-dessous montrent un exemple
de l’augmentation de la température dans
le capteur solaire en variant la distance
entre les deux « façades » ou enveloppes.
v = vitesse de l’air : 0,1 à 0,2 m/s
w = largeur de l’espace = 3,6 m,
Température de l’air extérieur à -5 ºC
L= distance entre les deux parois;
Vitrage extérieur, transparent double;
vitrage intérieur simple
Enduit à faible émissivité sur la paroi
interne du vitrage extérieur (double)
Absorbance solaire du store : 60 %,
transmittance : 20 %.
Hauteur de l’espace = 4 m
Il est à noter que plus la distance entre les
parois est grande, plus la vitesse requise de
l’air pour atteindre les débits d’air frais de
conception sera faible.
1. Pour L = 20 cm : si v = 0,1 m/s, la
température de l’air dans le capteur
grimpera à environ 15 ºC (une hausse
de 20 ºC) lorsque les stores sont fermés
et que l’ensoleillement incident atteint
600 W/m2 .
2. Pour L = 30 cm : si v = 0,2 m/s
(L = 30 cm), la température de l’air
dans le capteur grimpera à environ
5 ºC (une hausse de 10 ºC) lorsque le
store est fermé et que l’ensoleillement
incident atteint 600 W/m 2 .
Façade
solaire
Système 4 : Boucle de collecte
fermée et stockage thermique
rayonnant
Dans un tel système, le capteur d’air est
raccordé à l’installation de stockage intégrée
au bâtiment. L’air circule dans une boucle
fermée, habituellement à l’aide d’une force
de convection assistée par un ventilateur,
à travers le capteur jusqu’au médium de
stockage puis de retour au capteur. La paroi
de stockage qui fait face à la pièce libère de la
chaleur par rayonnement et par convection
à la pièce. Le système de collecteurs peut
faire partie de l’enveloppe du bâtiment,
avec de faibles coûts supplémentaires.
L’énergie solaire pour les bâtiments
Circulation
de l’air en
boucle ouverte
Système 3b
Figure 23 – Système 3b, option de conception de double façade
Système 5 : Boucles de captage
et de décharge fermées
Ce système assure le confort des occupants,
même dans les pièces qui affichent des
gains internes et solaires élevés et de faibles
pertes, parce qu’il permet de contrôler
l’alimentation en énergie solaire stockée
vers la pièce chauffée. Cette possibilité
augmente l’efficacité de l’installation solaire
et réduit le risque de surchauffe. Il peut
faire appel à des composants existants des
bâtiments et peut aisément être jumelé aux
installations existantes de CVC. Il est plus
coûteux que les autres systèmes.
Société canadienne d’hypothèques et de logement
23

L’énergie solaire pour les bâtiments
Système 6 : Boucle de captage
fermée avec échangeur de
chaleur air-eau
Le système solaire air à boucle fermée
présente des avantages par rapport aux
systèmes liquides, parce qu’il ne présente
pas de risque de fuites, ni d’ébullition ou
de gel. On le choisit en raison de son faible
coût ou pour des raisons architecturales. L’eau
chaude produite par chauffage solaire de l’air
peut fournir l’énergie pour le chauffage des
locaux, la production d’eau chaude domestique
ou être utilisée pour des applications
industrielles. À part le capteur, le système
consiste de composants de CVC disponibles
dans le commerce. Ce système peut servir à
produire de l’eau chaude en été. Il requiert
que la température de l’air dans le système
soit plus chaude que ce n’est le cas pour
les systèmes de préchauffage de l’air de
ventilation. Il est souvent plus encombrant
que les systèmes liquides.
Conception des systèmes
Pour obtenir de plus amples détails
techniques, voir les pages 103 et 104 du
manuel Solar Air Systems: A Design Handbook.
■ Étape 1 – Établissez le profil des charges
■ Étape 2 – Choisissez un modèle de
capteur
■ Étape 3 – Calculez les débits de masse
d’air
■ Étape 4 – Indiquez le modèle
d’échangeur de chaleur
■ Étape 5 – Calculez la taille du système
de stockage et les pertes de chaleur
24 Société canadienne d’hypothèques et de logement
Figure 24 – Préchauffage de l’air dans une double façade (Klosterenga)
Capteur
solaire
Capteur
solaire
Chaleur par
rayonnement
Figure 25 – Système 4, avec stockage
Masse thermique
Système 4
Boucle de
collecte fermée

Panneaux photovoltaïques
(PPV)
L’effet photovoltaïque convertit l’énergie
solaire directement en électricité. Lorsque
les rayons du soleil frappent une cellule
photovoltaïque, des électrons dans un matériau
semi-conducteur se détachent de leur orbite
atomique et se déplacent dans une seule
direction. Ce phénomène crée de l’électricité
en courant continu qui peut soit être utilisé
immédiatement, être converti en courant
alternatif ou être emmagasiné dans un
accumulateur. Aussitôt que les rayons du
soleil frappent leur surface, les cellules
produisent de l’électricité. Les cellules des
PPV ont une durée utile d’au moins 20 à
25 ans; toutefois, elles dureront plus longtemps
si on évite la surchauffe fréquente, c’est-à-dire
des températures supérieures à 70°C (158°F).
Les installations PV peuvent s’employer
comme source unique d’électricité d’un
bâtiment ou être jumelées à d’autres
sources comme une génératrice ou un
raccordement au secteur.
Les systèmes PV autonomes comprennent les
champs de cellules PV et un matériel de
conditionnement d’énergie raccordé aux
charges d’électricité du bâtiment. Pour être
alimenté en électricité, même en l’absence
du soleil, le système doit être pourvu
d’accumulateurs. La capacité de stockage
des accumulateurs doit être conçue en
fonction des charges prévues et de l’accès
au soleil. L’une des faiblesses de ce genre de
système a trait au fait que l’alimentation en
énergie électrique peut être intermittente.
Les systèmes PV hybrides présentent au moins
une source additionnelle d’énergie, comme
une génératrice alimentée au combustible
ou une éolienne. Ces systèmes peuvent
néanmoins être coupés du réseau public et
peuvent réduire au minimum, voire éliminer
le problème de l’alimentation électrique
solaire intermittente.
Capteur
solaire
Capteur
solaire
Figure 26 – Système 5, avec stockage
Capteur
solaire
Chaleur
rayonnante
Bien que les systèmes autonomes puissent
s’avérer immédiatement rentables en région
éloignée, ils ne le seront probablement pas
dans le cas de collectifs d’habitation.
Masse thermique
L’énergie solaire pour les bâtiments
Système 5
Échangeur de
chaleur air-eau
Eau préchauffée
solaire
Système 6
Figure 27 – Système 6, avec réservoir de stockage d’eau chaude
Décharge
à boucle
ouverte
Les systèmes PV raccordés au secteur
éliminent le besoin de génératrices et
d’accumulateurs sur place et préviennent
les problèmes d’alimentation intermittents
Société canadienne d’hypothèques et de logement
25

L’énergie solaire pour les bâtiments
Tableau 4 – Comparaison de six systèmes de capteurs solaires à l’air
Économies d’énergie
Performance
Coûts
Inconvénients
Avantages
Système
110 à 550 kWh/m2 (ensoleillé – froid)
600 à 800 kWh/m 2
Solarwall ®
194 $/m2 Performance moindre du dispositif de
captage de la chaleur
90 à 300 kWh/m2 (nuageux-tempéré)
Les matériaux composant le capteur
doivent être non toxiques.
Simple, peu coûteux
Utilise l’air à faible température
Tous les capteurs sont utilisables. Les
systèmes font appels à des composants
disponibles dans le commerce.
1
80 à 200 kWh/m2 (ensoleillé – froid)
Période de récupération
de 25 ans
200 $/m 2
Peut exiger une ventilation séparée
Simple, s’utilise avec ou sans stockage
2
26 Société canadienne d’hypothèques et de logement
40 à 75 kWh/m2 (nuageux-tempéré)
150 à 400 kWh/m2 (ensoleillé – froid)
La période de
récupération dépend
du taux d'intégration.
90 à 475 $/m 2
Relativement plus dispendieux
Degré élevé d'intégration possible, même
dans les cas de rattrapage
3
100 à 225 kWh/m2 (nuageux-tempéré)
100 à 425 kWh/m2 (ensoleillé – froid)
80 à 240 kWh/m2 (période de chauffage)
Les capteurs à vitrage peuvent surchauffer
les locaux adjacents; le stockage de
l’énergie dans la pierre est volumineux.
50 à 200 kWh/m2 (nuageux-tempéré)
Le fait d’utiliser les capteurs à titre de partie
de l’enveloppe du bâtiment amenuise les
coûts supplémentaires liés à l’installation
solaire.
4
30 à 150 kWh/m2 (ensoleillé – froid)
250 à 650 $/m 2
On doit éviter de placer les meubles contre
les murs.
Utilise les composants existants des
bâtiments
10 à 100 kWh/m2 (nuageux-tempéré)
Hausse du coût d’installation en raison de
la double façade
Se combine avec les installations de
chauffage et de ventilation
5
300 à 400 kWh/m2 (ensoleillé – froid)
175 à 375 kWh/m 2
120 à 130 kWh/m2 (nuageux-tempéré)
Plus encombrant que les systèmes liquides
Risque de gel dans l’échangeur de chaleur
Efficacité globale réduite en raison de
la baisse de température à travers
l’échangeur de chaleur
Aucun problème de fuites, d’ébullition ou de
gel dans le capteur
L’équipement habituel de ventilation peut
s’employer.
6
Il peut servir à produire de l’eau chaude en été.

en électricité. Dans nombre de régions, il
est possible d’alimenter le secteur à l’aide de
l’électricité solaire excédentaire et de recevoir
une compensation financière du fournisseur.
Le coût de la technologie PV est à l’heure
actuelle de beaucoup supérieur à celui de
l’électricité produite de manière traditionnelle,
et la période de récupération est très longue.
Ressources naturelles Canada a évalué le seuil
de rentabilité des produits PV au Canada
en utilisant les données des 25 dernières
années. En fonction d’une croissance
annuelle de 20 % (la croissance approche
plutôt les 30 % par an depuis les six
dernières années), le seuil de rentabilité par
rapport au mode de production classique
d’électricité se produira entre 2020 et 2030 21 .
Cette prévision est fondée sur de faibles
coûts de production prévus découlant
d’avancées technologiques considérables
ou des avantages consentis en raison de
réductions des gaz à effet de serre produits.
Systèmes PV intégrés au
bâtiment (PVIB)
Une tendance plus récente à trait au
développement de systèmes PV intégrés aux
bâtiments (PVIB) : le champ de cellules PV
est intégré à un élément du bâtiment. On se
penche à l’heure actuelle sur les toitures en
PPV, les éléments d’ombre en PPV (voir la
figure 28) et les parements ou les composants
de mur-rideau semi-transparents en PPV
(voir la figure 29). Dans le cas des parements
en PPV, il vaut mieux prévoir un vide d’air
derrière les panneaux de manière à ce qu’ils
fonctionnent à une plus faible température.
En suivant une telle formule de construction,
le concepteur se trouve à élaborer un système
pare-air efficace qui fait obstacle à la
pénétration de la pluie. Les toitures en PPV
s’installent en grande partie de la même
manière que les couvertures traditionnelles
et sont disponibles en bardeaux, en tuiles et
en couverture métallique à joints debout
(voir la figure 30). Les dispositifs d’ombre
par PPV peuvent s’avérer efficaces comme
élément d’ombre pour une fenêtre, un
auvent d’entrée ou un trottoir. Les PPV
opaques peuvent être employés là ou aucune
transmission de lumière n’est requise, tandis
que les PPV semi-transparents s’utilisent
dans les endroits où l’on veut un éclairage,
comme les atriums ou les lanterneaux, mais
il faut des dispositifs d’ombre pour réduire
les charges de climatisation.
Jusqu’à ce que l’utilisation des SPVIB devienne
plus courante, certains obstacles devront être
franchis. Les entreprises canadiennes de
services publics ne sont pas au fait des petites
installations décentralisées de production
d’énergie. Par conséquent, le manque
d’interconnexion entre les SPVIB et les
services publics constitue un obstacle à leur
utilisation. Autres obstacles : l’absence de
L’énergie solaire pour les bâtiments
normes techniques et de codes d’installation.
Les obstacles non techniques comprennent
le manque d’expérience des constructeurs
et des inspecteurs en électricité; la pénurie
de financement à l’égard des installations
qui présentent d’importants coûts en
immobilisations; les permis, les assurances
et les frais d’inspections additionnels pour
les systèmes de mesure de la consommation
nette; la méconnaissance des possibilités et
les avantages à long terme des intégrateurs
de système 22 .
Système de chauffage
photovoltaïque hybride
(PPV thermique)
Un panneau PV de silicone cristalline présente
une efficience de 10 à 15 % et produit quatre
fois plus de chaleur que d'électricité. Cette
chaleur est habituellement perdue dans
l’environnement. Une cellule PV peut
atteindre une température de stagnation de
50 °C (122 °F) au-dessus de la température
ambiante, si l’excès de chaleur n’est pas éliminé.
Plus les cellules PV sont froides, plus elles sont
efficaces. Le capteur solaire à air présente une
efficacité thermique de 40 à 70 %. Le fait
de faire circuler de l’air extérieur derrière
les panneaux a pour effet de préchauffer
l’air d’alimentation d’une installation de
CVC et augmente aussi l’efficience du PPV
parce que ce dernier s’en trouve refroidi.
La combinaison de ces deux systèmes produit
tant de la chaleur que de l’électricité (cela
équivaut à une installation de cogénération).
Les résultats d’essais montrent que l’utilisation
de PPV pour produire de l’électricité et de
la chaleur utile améliore l’efficacité globale
(électrique et thermique). La période de
récupération d’un système PV raccordé au
secteur se calculait en décennies. Dès 2004,
le coût des panneaux était tombé à 4,50 $ par
21 Ayoub, J., Dignard-Bailey, L. et Filion, A., Photovoltaics for Buildings: Opportunities for Canada: A Discussion Paper, rapport nº CEDRL-2000-72 (TR),
CANMET Energy Diversification Research Laboratory, Ressources naturelles Canada, Varennes, Québec, novembre 2000.
22 Ayoub, J., Dignard-Bailey, L. et Filion, A., Ibid.
Figure 28 – PPV comme élément
d’ombre d’une fenêtre (surplomb)
à l’Université Queen’s, à Kingston
Source : Kawneer
Société canadienne d’hypothèques et de logement
27

L’énergie solaire pour les bâtiments
kW de pointe (1 kW de pointe équivaut à
l’électricité produite sous des conditions de
1 000 W/m 2 d’ensoleillement incident). En
règle générale, la production annuelle d’énergie
électrique se situe dans une fourchette de 70 à
200 kWh/m 2 , selon les conditions climatiques.
Examinons une analyse simplifiée d’un
système PV thermique — un panneau PV
doté d’une circulation d’air à l’arrière (voir
la figure 10, page 12).
Posons comme hypothèse que 1 000 W/m 2
d’ensoleillement incident frappent le
panneau, lequel en convertit 10 % en
électricité pour produire 100 W d’électricité
par mètre carré de panneau (un panneau
coûte environ 450 $ pièce, selon les prix de
mi-année 2004).
Environ 5 à 10 % de l’ensoleillement incident
est réfléchi, mais le reste se transforme en
chaleur. Si de l’air frais est introduit par un
orifice au bas pour le faire passer derrière le
panneau, l’air est chauffé de la même manière
que dans un système Solarwall ® . Plus le
débit d’air est rapide, plus la quantité de
chaleur transférée à l’air est importante et
moins la chaleur est dissipée à l’extérieur.
28 Société canadienne d’hypothèques et de logement
Figure 29 – PPV intégré aux
éléments du mur-rideau de
la bibliothèque Mataró, Mataró,
Catalogne, en Espagne (la façade
sert également à préchauffer
l’air frais)
Figure 30 – PVIB en toiture métallique à joints debout, Toronto
Sol Source Engineering

On détermine la largeur de la cavité et la
vitesse de l’air optimales en tenant compte
de l’énergie du ventilateur, de la température
de sortie requise et des besoins en air frais.
Le PPV peut se prolonger sur de nombreux
étages, et être doté d’entrées multiples. De
toute manière, si le coefficient de transfert
de chaleur intérieur hi est égal au coefficient
de transfert de chaleur du film extérieur ho
(environ 12 W/m 2 pour l’air immobile), l’air en
mouvement pourrait capter environ 400 W/m 2
de puissance thermique. Le bilan énergétique
des panneaux PV est décrit plus haut.
Le tableau ci-dessus indique qu’il se produit
quatre fois plus d’énergie thermique
qu’électrique. L’efficacité électrique est de
10 %, tandis que l’efficacité thermique
est de 40 %, ce qui donne une efficacité
globale de 50 %. Si l’énergie thermique
vaut la moitié de l’énergie électrique, on
en conclut que le système produit environ
trois fois plus de revenus qu’un simple
système PV en façade.
Cette analyse simplifiée illustre pourquoi
les PPV thermiques constituent la clé d’une
utilisation hâtive et rentable des PPV.
Intégration dans les collectifs
d’habitation
Dans les cas des collectifs d’habitation, les
façades présentent les plus grandes possibilités
en ce qui a trait aux SPVIB. En façade, ils
peuvent aisément produire de l’énergie
thermique. Les panneaux semi-transparents
peuvent également fournir de l’éclairage
naturel. Deux options sont possibles quant
à l’utilisation de l’air chaud. Comme le
système Solarwall ® , le système PV peut
s’appliquer en bandes verticales, alors qu’un
ventilateur aspire l’air dans l’installation de
CVC. Une solution de rechange consiste à
les installer dans des fenêtres à débit d’air
de type à encadrement. S’ils sont posés en
saillie de la façade, ils doivent comporter
une structure de soutien séparée, ce qui en
augmente le coût d’installation.
Ces applications vont de faibles saillies à de
grandes façades continues. Dans l’exemple
à la page 30 figure un système PV à double
façade en saillie, à Freiburg, latitude 48° N.
Résumé
L’énergie solaire passive convient le mieux
aux bâtiments qui affichent de faibles gains
thermiques internes et dans lesquels les gains
solaires directs sont stockés dans la masse
thermique absorbante. Les intervenants
du marché du logement d’aujourd’hui
pourraient s’opposer à l’utilisation de
surfaces dures de plancher pour des raisons
de confort et de bruit d’impact, bien
qu’une épaisseur accrue de plaques de
plâtre et des plafonds en béton pourraient
fournir la masse thermique requise. Le
stockage dans la masse est plus efficace s’il
reçoit le rayonnement solaire directement,
c’est-à-dire sur le plancher. Toutefois, si
cela s’avère impossible, un plafond en
béton absorbera beaucoup d’énergie de
l’air chauffé par le plancher, puisque cet air
s’élèvera en raison de sa densité plus faible.
En règle générale, il suffit que le béton ou
un produit équivalent ait une épaisseur
d’environ 5 à 10 cm sur le plancher pour
que la masse soit appropriée.
■ Le coût du solaire passif est minime,
mais il faut en tenir compte dès les
étapes de conception initiales.
L’énergie solaire pour les bâtiments
Analyse simplifiée
Ensoleillement
incident
Réfléchi + électricité+
chaleur transférée
à l’air +
chaleur perdue
à l’extérieur
1 000 W= 100+ 100+ 400+ 400
■ L’orientation de la plupart des collectifs
d’habitation présente des difficultés.
Une stratégie efficace consiste à assortir
le choix des vitrages selon l’orientation
de chacune des façades.
■ La production d’eau chaude domestique
solaire peut afficher une période de
récupération raisonnable et elle s’installe
relativement aisément dans les bâtiments
neufs et existants.
■ Le chauffage solaire de l’eau a moins
de chance de convenir au chauffage
des locaux, sauf dans les installations
de chauffage importantes.
■ Le chauffage solaire de l’eau dans le cas
des piscines s’avère très efficace pour les
piscines utilisées l’été, et présente une
courte période de récupération.
■ Les systèmes de chauffage solaire de l’air
servant à préchauffer l’air de ventilation
peuvent afficher une période de
récupération très courte, voire
immédiate. Leurs inconvénients
tiennent au fait qu’ils doivent être
orientés franc sud et à leur aspect
commercial. De telles considérations
doivent nécessairement faire partie
de la conception architecturale des
installations des collectifs d’habitation.
■ À l’heure actuelle, les panneaux
photovoltaïques constituent une façon
coûteuse de fournir de l’électricité et ils
sont plus efficaces s’ils sont jumelés à
des installations de récupération de
chaleur. Cependant, les coûts de
construction des systèmes PV intégrés
aux bâtiments (SPVIB) reculent à
mesure que la concurrence et la part
de marché augmentent.
Société canadienne d’hypothèques et de logement
29

L’énergie solaire pour les bâtiments
Tableau 6 – Description des types de capteurs
Type de capteur Avantages Inconvénients Coûts d’immob. $/kW Efficacité
À cristal simple Efficacité élevée Coût élevé, fragile,
aspect uniforme
Polycristallin Efficacité élevée Coût élevé, fragile,
aspect non uniforme
En couche mince
amorphe
Spheral Solar Power
(famille des cristallins)
Souplesse, s’applique sur différents
types de surfaces
Faible coût, souplesse, s’applique
sur différents types de surfaces
Figure 31 – Double façade et PPV en saillie à Freiburg,
en Allemagne
30 Société canadienne d’hypothèques et de logement
Faible efficacité, se
dégrade
5 000 à 10 000 11 à 15 %
5 000 à 10 000 10 à 14 %
5 à 8 %
Faible efficacité 4 500 9 à 10 %
Tableau 7 – Fabricants de systèmes PV intégrés
au bâtiment (SPVIB)
Produit SPVIB Fabricant —- pays
Toit en pente Atlantis Solar Systeme AG, Suisse
Ecofys, Pays-Bas
BMC Solar Industrie GmbH,Allemagne
BP Solar, Royaume-Uni
Canon Inc., Japon
Lafarge Brass GmbH,Allemagne
MSK Corp., Japon
United Solar Corp, É.-U.
Façades Atlantis Solar Systeme AG, Suisse
Pilkington Solar Inter.,Allemagne
Isophoton Inc., Espagne
Saint-Gobain Glass Solar,Allemagne
Sanyo Solar Engineering Ltd., Japon
Schuco Int. KG, Royaume-Uni
Ombre Ecofys, Pays-Bas
Colt Solar Technology AG, Suisse
Kawneer, É.-U.
Toits plats Powerguard, É.-U.

Outils et ressources
Société canadienne d’hypothèques
et de logement
www.schl.ca
mot clé : L’innovation dans les immeubles
Technologies de bâtiments évolués
de RNCan et de la SCHL
www.advancedbuildings.org
Programme C-2000 visant
les bâtiments commerciaux
performants
Il s’agit d’un programme de démonstration
parrainé par Ressources naturelles Canada
qui fournit une aide en matière de
conception de bâtiments commerciaux
éconergétiques. Le programme a pour
objectif de réduire la consommation
d’énergie de 50 % par rapport à un
bâtiment construit selon les exigences du
Code modèle national de l'énergie pour
les bâtiments – Canada (CMNEBC).
Programme d'encouragement
pour les bâtiments commerciaux
(PEBC)
Le PEBC constitue probablement la plus
importante initiative du gouvernement
fédéral en matière d’économie d’énergie
dans les bâtiments commerciaux. Les
propriétaires de bâtiments reçoivent un
incitatif financier à hauteur de trois fois le
montant annuel de l’énergie économisée, si
la consommation d’énergie prévue est
inférieure de 25 % à celle prescrite par le
CMNEB. Les simulations informatiques
sont faites au moyen du logiciel EE4 de
RNCan. Ce programme ne comporte
aucune possibilité d’analyse des systèmes
PV. L’énergie provenant de systèmes PV est
toutefois calculée comme crédit à l’atteinte
de la cible énergétique et contribue à
l’admissibilité de la demande. Ce
programme sera graduellement mis au
rancart en 2007. Cependant, le logiciel
EE4 et les objectifs visés par le PENSER
font partie des critères de certification de la
norme LEED.
Programme d'encouragement
aux systèmes d'énergies
renouvelables (PENSER)
Ce programme est assorti d’une mesure
incitative à hauteur de 25 % du coût
installé des systèmes axés sur les énergies
renouvelables pour le chauffage, et la
production de l’eau chaude domestique et
de l’eau refroidie. Les installations
admissibles comprennent :
■ les systèmes actifs de production d’eau
chaude;
■ les systèmes actifs de chauffage solaire
de l’air;
■ les systèmes de combustion de la
biomasse hautement efficaces et à
faibles émissions.
Les systèmes PV n’y sont pas admissibles,
mais ils peuvent faire l’objet d’un
amortissement accéléré s’ils sont inclus
dans la catégorie 43 aux termes de la Loi
de l'impôt sur le revenu.
Programme RETScreen de
Ressources naturelles Canada
RETScreen est un logiciel gratuit d’évaluation
énergétique qui analyse les options en
matière d’énergie renouvelable par rapport
à un modèle de référence. RETScreen est
doté de modules particuliers pour le solaire
passif, le chauffage solaire de l’air et la
production d’eau chaude domestique
solaire. Les résultats comprennent une
analyse financière, les périodes de
récupération et l’énergie substituée. Les
modules sont disponibles à l’adresse Web :
http://www.retscreen.net/ang/menu.php
L’énergie solaire pour les bâtiments
Références
Capter le soleil : techniques solaires passives et
modèles de maisons (Canada : SCHL, 1998)
Société canadienne d’hypothèques et de
logement (SCHL).
Ayoub, J., Dignard-Bailey, L. et Filion, A.,
Photovoltaics for Buildings: Opportunities
for Canada: A Discussion Paper, rapport
n° CEDRL-2000-72 (TR), CANMET
Energy Diversification Research Laboratory,
Ressources naturelles Canada, Varennes,
Québec, novembre 2000, p. 56 (et annexes).
Sheltair Group, Les tours d'habitation saines :
guide pour la conception et la construction
innovatrices d'immeubles résidentiels de
grande hauteur, (Canada : SCHL, 1996).
S. Robert Hastings, Ove Mørck (éditeurs
scientifiques), Solar Air Systems: A Design
Handbook, James and James, 2000.
Edward Mazria, The Passive Solar Energy
Book, étude de cas de la série « L’innovation
dans les immeubles », site Web de la SCHL.
Société canadienne d’hypothèques et de logement
31

L’énergie solaire pour les bâtiments
Études de cas – visiter le site Web de la SCHL pour obtenir d’autres exemples
Commentaires
Coût
d’ensemble
Coût du système
Technologies utilisées, caractéristiques solaires
Description
Ensemble – endroit
Utilisation de l’énergie : 13 kWh/m2 pour le
chauffage des locaux, 15 kWh/m2 pour l’ECD
152 386
$CA par
logement
L’atrium préchauffe l’air de ventilation, ECD solaire,
ventilation à récupération de chaleur, dispositif
solaire d’ombre de certains logements
Collectif neuf de 42
logements
Amstelveen,
Amsterdam, Pays-Bas
5 320 GJ/m2 ;
les économies d’énergie sont faibles, mais il y
a d’autres retombées
645 $/m 2
Coût différentiel de
733 $ par balcon
Balcons isolés en thermique; salle de réunion en
serre; dispositifs d’ombrage extérieurs
Collectif de 4 étages,
en construction
neuve
Coopérative
d’habitation
Conservation, Ottawa
Consommation totale d’énergie : 112 kWh/ m2 ,
ce qui représente 35 % de la consommation
d’un collectif d’habitation typique
Coût de
construction de
200 $US/pi2 Chauffage solaire passif; grande masse thermique;
21 m2 de capteur solaire pour l’ECD
Collectif d’habitation
de 10 log., 4 étages,
en construction
neuve, 1997
Copropriétés Uster,
Suisse
32 Société canadienne d’hypothèques et de logement
Les capteurs produisent 584 kWh/m2 ;
période de récupération de 6 ans; 2 000 à
4 000 $CA en économies d’énergie par an
Coût différentiel de
90 $/m2 336 m2 de Solarwall® préchauffent l’air de
ventilation
400 logements sur
24 étages
Ouellette Manor,
Windsor
630 GJ/an en énergie solaire; période de
récupération de 6 ans (mesures incitatives
comprises)
Coût total de
93 000 $ (408 $/m2 )
avant les incitatifs
financiers
Système solaire de préchauffage de l’ECD d’une
surface de 228 m2 232 logements sur
10 étages
Quinpool Towers,
Halifax
46 GJ (12 800 kWh) produits à chaque
année – 50 % de l’ECD et 25 % de besoins
de chauffage des locaux; économies de
2 660 $/an; période de récupération de
10,5 ans (incitatifs financiers compris)
36 700 $
(772 $/m2 après les
incitatifs financiers
Capteurs solaires plans de 47,5 m2 pour l’ECD, avec
l’excédent de chaleur stockée dans une dalle à
rayonnement; 2 panneaux PV alimentent les pompes;
aucun combustible fossile n’est utilisé sur place
Auberge de 2 étages
(9 chambres, en plus
des aires communes)
Chantrelle Inn, North
River, Nouvelle-Écosse
Diminution de 60 % de la demande
énergétique des logements; réduction de
90 % de la demande totale en chaleur.
Modules combinés de production de chaleur et
d’électricité — la combustion de déchets de bois
produit de l’électricité et chauffe les locaux par
l’entremise de réservoirs de stockage centraux
d’eau chaude domestique; champs de PPV pour
recharger les voitures.
Aménagement
résidentiel neutre en
carbone
BedZED, R.-U.
11 589 euros/m 2
Serre dans les espaces communs; chauffage des
locaux à l’aide de capteurs solaires sur le toit;
balcons solaires.
Ensemble de
logements sociaux,
10 000 résidents;
« rattrapage
énergétique vert »
d’un bâtiment des
années 1970
Gardsten, Gothenberg,
Suède
Fait partie du programme solaire IEA
International Energy Agency
218 m2 de capteurs solaires sur le toit alimentant
une dalle à rayonnement et préchauffage de l’ECD;
façade solaire passive à doubles vitrages orientés
au sud pour préchauffer l’air de ventilation; ombre
en été
Ensemble de
démonstration
écologique de 6
étages comportant
35 logements
Klosterenga, Norvège

Questions
1. Donnez trois avantages liés à
l’utilisation de l’énergie solaire.
2. Pour quelle raison l’énergie
solaire passive constitue-t-elle un
choix tout indiqué pour les
nouveaux collectifs d’habitation?
3. Nommer les quatre technologies
de fenêtre qui peuvent
améliorer la performance d’une
fenêtre comme capteur solaire?
4. Quelle différence y a-t-il entre les
systèmes solaires actifs et passifs?
5. Quels sont les composants
principaux d’un système
photovoltaïque hybride non
raccordé au secteur?
6. Donnez les composants
principaux d’une installation
solaire typique de production
d’eau chaude domestique.
L’énergie solaire pour les bâtiments
7. Nommez trois types de capteurs
solaires actifs.
8. Donnez trois avantages et trois
inconvénients des systèmes de
préchauffage de l’air de
ventilation de type Solarwall ® .
9. Décrivez deux façons d’intégrer
les panneaux PV dans les
collectifs d’habitation et
d’améliorer leur rentabilité.
Société canadienne d’hypothèques et de logement
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