Caractérisation et valorisation de protections solaires pour la conception de bâtiments : analyse expérimentale et propositions de modélisations

During the design process of a building, the energetic modelling of the solar envelop is often imprecise. The purpose of the present work is the detailed description of solar shading devices that induce a chimney effect such as claddings or blinds, which would allow their promotion in order to meet the industrial needs of the sector. An experimental platform – south facing wall with a shading solar device that define an air gap – has been set up and allow the measurement of temperatures, air flows in the ventilated air gap, and the incident solar radiation. Two different wooden claddings, one type of blinds and one type of expanded metal were considered.A 1D model has been developed by considering precisely the heat transfers in the system. Three families of convection model are identified, presented and integrated in the overall model. The description of the airflow in the air gap is chosen from analysis of the experimental results.A simplified model that allows the integration of such solar shading devices in a building simulation platform has been developed; it is based on the parameterization of external solicitations as function of the shading device properties. The calculation method of the solar factor is presented. The intrinsic nature of the solar factor is then discussed using sensibility analysis.Lors d’une démarche de modélisation énergétique d’un bâtiment, la prise en compte de l’enveloppe solaire reste souvent imprécise. L’objet du travail présenté ici est la description détaillée de solutions de protections solaires, induisant un tirage thermique (bardage, store), dans un objectif de modélisation et de valorisation pour répondre aux besoins d’industriels du secteur ; la caractérisation des performances permet alors d’assister la maitrise d’œuvre en phase conception.La mise en place d’une plateforme expérimentale – mur exposé sud muni d’une protection solaire devant lame d’air – a permis la mesure de températures d’airs et d’éléments solides présents dans le système, de vitesses d’écoulement dans la lame d’air ouverte, et du flux radiatif incident. Deux types de bardage bois, un type de store et un type de métal déployé ont été considérés.Parallèlement, un modèle 1D amélioré de transfert de chaleur dans le système étudié est développé. Trois familles de modèle de convection dans la lame d’air sont identifiées, présentées et intégrées dans le modèle global. La description de l’écoulement dans la lame d’air est retenue à partir d’analyses des résultats expérimentaux.Un modèle simplifié d’intégration de tels systèmes de protections solaires dans des plateformes de simulation thermique de bâtiments est proposé, basé sur la paramétrisation des sollicitations extérieures par le facteur solaire. La méthode de calcul du facteur solaire est présentée. Le caractère intrinsèque facteur solaire et son intérêt sont discutés notamment à partir d’analyse de sensibilités