Le fonctionnement thermique de la véranda

TECHNIQUE
Le fonctionnement
thermique de la véranda
En raison de sa structure
largement vitrée, la véranda
ne se comporte pas sur le
plan thermique de la même
façon qu’une construction en
maçonnerie. En effet, son
matériau de prédilection est
le verre dont la première
qualité est la transparence et
donc la transmission
lumineuse mais dont le
principal défaut est le
manque d’isolation, du moins
dans sa version simple.
Or nos vérandas sont de plus en
plus conçues pour devenir de
véritables lieux de vie non
seulement en été, mais également
tout au long de l’année. Le problème
qui se pose dès lors est de
parvenir à créer une verrière qui
ne se transforme pas en four sous
l’ensoleillement estival mais qui,
en même temps, ne s’assimile pas
à une chambre froide dès l’arrivée
des premiers froids. En d’autres
termes, une bonne véranda doit
être conçue de manière à assurer
un confort thermique suffisant
quelles que soient les conditions
atmosphériques. L’enjeu est de
taille et pour bien le comprendre,
il est nécessaire d’expliquer
comment fonctionne une véranda
sur le plan thermique en été et en
hiver, et cela, indépendamment de
plusieurs autres facteurs qui
peuvent influencer le confort
thermique tels que l’implantation,
l’orientation, la forme, la hauteur
ou encore les matériaux mis en
œuvre.
Concrètement, toute bonne
véranda se devra de relever deux
défis en apparence
contradictoires, à savoir
combattre efficacement l’effet de
serre en été tout en maintenant
une isolation correcte en hiver
pour éviter ce que l’on appelle
l’effet de paroi froide.
en outre par un toit plat combiné
avec une coupole vitrée qui
conjugent apport de lumière et
contrôle d’un ensoleillement
excessif. Les battants des fenêtres
sont ici intégrés dans le profil et
donc invisibles de l’extérieur, ce
Fabriqués en aluminium à rupture
thermique (Schüco), les profils
élégants, discrets et isothermes
qui équipent les façades de cette
véranda sont caractéristiques de
ce modèle baptisé "Orangerie
Elegance". Celui-ci se distingue
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qui contribue à la réussite esthétique
de l’ensemble au même titre que
les nombreux ornements de la
structure tels les arcs en imposte
ou les colonnettes extérieures
supportant les gouttières
moulurées. Réalisation : KELLER
La véranda en été
1. L’effet de serre
Le principal problème d’inconfort
qui menace les utilisateurs d’une
véranda durant la belle saison
réside dans une possible
surchauffe due à un phénomène
bien connu. Le principe qui régit
la diffusion de la chaleur à
l’intérieur de la véranda est
connu sous le terme d’"effet de
serre". Le soleil dégage
d’énormes quantités d’énergie,
sous forme de lumière et de
chaleur, mais seule une infime
portion de cette énergie atteint la
Terre. De cette quantité d’énergie
atteignant notre planète, 42 %
environ sont transformés en
lumière (ce que l’on appelle le
rayonnement visible) et 58 %
atteint la Terre sous forme de
chaleur (rayons ultraviolets et
infrarouges). Si cette énergie est
particulièrement recherchée, elle
est aussi la cause majeure d’une
surchauffe estivale des
bâtiments. Chacun connaît en
effet l’impression de chaleur
ressentie derrière une vitre en
plein soleil. Fort apprécié en
hiver, ce phénomène devient
désagréable en été. Il repose sur
la propriété du verre d’être
imperméable aux rayons
infrarouges longs. Nous l’avons
vu, le rayonnement solaire est
composé de rayons ultraviolets,
de rayons visibles et de rayons
infrarouges. Le verre normal
laisse passer une grande partie
du rayonnement solaire (rayons
visibles et infrarouges courts) qui
vient échauffer les matériaux
situés à l’intérieur de la véranda.
Ceux-ci émettent à leur tour de la
chaleur, mais sous forme
d’infrarouges longs que le verre
ne laisse pas ressortir. La chaleur
est ainsi piégée à l’intérieur de la
véranda. C’est "l’effet de serre".
2. Comment y remédier ?
Plusieurs solutions peuvent être
envisagées, seules ou parfois en
combinaison les unes avec les
autres.
Le vitrage à haut rendement
En été, la position du soleil dans
le ciel est très élevée ce qui a
pour conséquence que la plus
grande partie de l’apport solaire
se fait par la toiture de la
véranda. La lutte contre l’effet de
serre dépend donc en premier
Par la teinte verte de ses profilés
mais également par son
aménagement intérieur
romantique, cette véranda offre à
la maison un lieu ouvert et
agréable en parfaite harmonie
avec le jardin. Tout en restant à
l’abri, on y a en effet le sentiment
d’être déjà au milieu de la
verdure. Techniquement, elle se
caractérise par une structure en
aluminium à rupture thermique
habillée d’un double vitrage
feuilleté lumineux et neutre
tandis que sa toiture se distingue
par une verrière à deux versants
reposant sur une coursive
périmétrique. L’importance du
confort thermique de cette
extension a fait l’objet du plus
lieu des performances
thermiques de cette toiture. On
considère qu’une protection
thermique d’été est performante
et accorde un confort estival
satisfaisant lorsque les matériaux
mis en œuvre permettent de
rejeter au moins 75 % de l’apport
solaire.
Si l’on opte pour une toiture
vitrée, il faut savoir que
l’industrie verrière a développé
des vitrages de type antisolaires
dits à haut rendement. Il s’agit
d’un double vitrage intégrant une
couche de métal noble presqu’
invisible, généralement placée
sur leur face non-accessible, et
qui a pour effet de laisser passer
un maximum de lumière de
manière à conserver un haut
niveau d’éclairage naturel, mais
aussi de réduire simultanément
d’une façon importante l’intensité
du rayonnement infrarouge et
donc de la chaleur. Le degré de
protection solaire obtenu par un
vitrage est exprimé par ce que
l’on appelle le "facteur solaire"
qui est la somme de la transmission
énergétique directe du vitrage et
de l’énergie réémise par le verre à
l’intérieur du local. Ce facteur
solaire est exprimé en % et sa
valeur est d’autant plus faible
que la protection est élevée. Dans
la gamme des verres disponibles
actuellement, les plus performants
dans ce domaine parviennent à
limiter le facteur solaire aux
alentours de 20 %, mais souvent
au détriment de la transmission
lumineuse. D’une manière
générale on considère que le
facteur solaire du produit verrier
retenu doit être idéalement
inférieur ou égal à 25%.
Les produits de synthèse
En toiture, on peut choisir de
remplacer le verre par un
matériau de synthèse, à savoir les
panneaux en polycarbonate ou en
métacrylate de type translucide
mais non transparent. La
performance thermique estivale
d’un matériau de synthèse se
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grand soin. On a ainsi équipé la
véranda d’un système de
ventilation (Climeco) composés
de grilles d’aération couplées
avec des extracteurs de chaleurs
intégrés dans le faîte de la
toiture, le tout étant régulé par
thermostat.
Réalisation : VERANDAS CONFORT
mesure par son coefficient de
réflexion solaire. La réflexion
solaire indique le pourcentage
d’énergie solaire rejetée par
rapport à celle qui rencontre le
matériau. Idéalement, le
coefficient de réflexion solaire
d’un matériau de synthèse doit
être supérieur ou égal à 75 %.
Les toitures opaques
Une autre solution, nettement
plus radicale, consiste
simplement à couvrir la toiture de
panneaux sandwich ou de
matériaux traditionnels (tuiles ou
ardoises). Cette solution aura
pour effet inéluctable d’assombrir
la véranda et par conséquent les
pièces attenantes dans la maison,
mais elle s’avère parfois
nécessaire lorsque les conditions
d’exposition au soleil sont
extrêmes ou dans les régions au
climat plus méditerranéen par
exemple où le niveau
d’ensoleillement et de chaleur
estivale est telle que toute toiture
vitrée rendrait l’usage de la
véranda totalement insupportable
lors de la belle saison.
Les stores
pour éviter la montée en
température dans la véranda, il
“suffit” d’intercepter le
rayonnement solaire avant qu’il
ne réchauffe l‘intérieur de celle-ci.
Cela se fait en plaçant un écran,
un store par exemple, juste au
dessus (à l’extérieur de la
véranda) ou directement au
dessous du vitrage (à l’intérieur
de la véranda). Dans le premier
cas on obtient une efficacité
maximum mais au prix d’une
installation lourde et manquant
de “souplesse” dans son
adaptation aux formes de la
toiture.
grands arbres à feuillage
persistant est déconseillée car ils
contrarient le bon fonctionnement
de la véranda en hiver et en demisaison en arrêtant le
rayonnement solaire très
bénéfique en ces périodes.
L’environnement végétal
La présence de végétation à
proximité de la véranda peut
aussi jouer un rôle de filtre
solaire. A la manière d’un
système de stores extérieurs, la
présence d’arbres, d’arbustes, de
treilles permettent d’assurer une
ombre rafraîchissante très
bénéfique pour le confort à
l’intérieur de la véranda. La
végétation apporte en outre de
multiples avantages. Elle protège
du vent, oxygène l’air, protège
des poussières. Les végétaux à
feuillage caduque sont surtout
recherchés pour jouer le rôle
d’écran sur les toitures les plus
exposées. Leur emplacement
idéal est à l’ouest de la véranda.
A l’inverse, la plantation de
Les abords de la véranda
Il faut savoir que la présence
d’arbustes bas, de buissons et de
pelouses au pourtour de la
véranda contribue à atténuer
largement la réflexion solaire par
le sol. Arrosés le matin, ils
rafraîchissent l’air ambiant qui les
traverse et transmettent cette
fraîcheur à l’environnement.
La nature du revêtement de sol
autour de la véranda a également
un impact important sur la
température autour et à l’intérieur
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de la véranda. Un revêtement de
type minéral (asphalte, ciment,
pierre) absorbe et accumule le
rayonnement solaire pendant la
journée et le restitue en partie
sous forme de chaleur
(rayonnement infrarouge) durant
la nuit. A l’inverse, un ensemble
végétal ou de sol gazonné
absorbera mieux le rayonnement
solaire et réduira la température à
proximité de la véranda.
La véranda en hiver
1. L’effet de paroi froide
Si l’on cherche à limiter la
pénétration du rayonnement
solaire en été, il apparaît tout
aussi essentiel de limiter en hiver
la déperdition de chaleur de
l’intérieur de l’habitation vers
l’extérieur. Or le verre est par
nature peu isolant. Il faut savoir
en effet que plus de 60 % des
déperditions thermiques d’un
bâtiment s’opèrent par les
fenêtres.
Le degré d’isolation thermique
d’un vitrage se mesure à l’aide du
coefficient U (anciennement
coefficient K) : l’isolation est
Dans la véranda comme dans
toute construction, une mauvaise
ventilation permet aux vapeurs,
fumées, odeurs et autres
polluants de s’accumuler à
d’autant meilleure que le
coefficient est peu élevé. Le calcul
de ce coefficient est fait selon
une méthode tout à fait
normalisée. A titre de
comparaison, il faut savoir que le
coefficient U d’un simple vitrage
de 4 mm d’épaisseur est égal à
5,8. Cela se traduit par une
température intérieure sur la
paroi vitrée de 6° C lorsque la
température extérieure est de 0°
C et la température ambiante
intérieure de 20 ° C. A cette
température, la paroi dégage un
rayonnement froid dans la pièce.
C’est ce que l’on appelle "l’effet
de paroi froide", qui procure un
sensation d’inconfort
particulièrement désagréable
jusqu’à un mètre de la paroi.
L’augmentation de l’épaisseur du
verre n’est pas une solution
puisque pour obtenir un
Les vitrages à basse émissivité
Contrairement à l’été, l’angle
zénithal du soleil en hiver est très
bas, ce qui entraîne que la
majorité de l’apport solaire se fait
alors par les façades latérales.
C’est donc principalement au
travers de ces dernières que l’on
peut agir avec le plus d’efficacité.
La solution la plus performante
double vitrage ordinaire (2,9), un
vitrage à basse émissivité
présente actuellement un
coefficient inférieur à 2 et bon
nombre d’entre eux atteignent
communément la valeur de 1,4.
Lorsque l’espace intermédiaire du
double vitrage à basse émissivité
est rempli d’un gaz noble, le
pouvoir isolant peut même
l’intérieur. C’est pourquoi il est
recommandé d’équiper les
châssis d’un système de
ventilation naturelle, en
particulier dans une véranda de
manière à prévenir la
condensation. L’ouverture des
portes et fenêtres agit en ce sens
mais occasionne aussi des pertes
d’énergie. Ces grilles intérieures
à glissière de marque Renson
n’ont pas cet inconvénient et
représentent une solution simple,
économique et efficace en
matière de ventilation naturelle.
coefficient U de 2,9, soit celui
d’un double vitrage ordinaire, il
faudrait réaliser un vitrage de 3,4
mètres d’épaisseur !
est celle du vitrage dit "à basse
émissivité". Il s’agit d’un vitrage
à double paroi dont l’interstice
est rempli d’air sec ou de gaz
isolant combiné à un traitement
du verre qui a pour effet de
renvoyer vers l’intérieur la chaleur
qui cherche à s’échapper.
L’utilisation de ce type de vitrage
permet de réduire de près de 75
% les échanges thermiques
défavorables.
Comparé au coefficient U d’un
simple vitrage (5,8) ou d’un
atteindre une valeur U de 1,1.
Nous avons vu précédemment
que la température de la face
intérieure d’un simple vitrage
atteignait 6° C pour une
température extérieure de 0° C et
une température ambiante
intérieure de 20 ° C. Dans les
mêmes conditions mais avec un
verre à basse émissivité dont le
coefficient U est de 1,1, cette
température intérieure de la paroi
vitrée atteint 17,3° C, soit une
différence extrêmement
Cet équipement particulier qui
combine en un seul élément un
aérateur autoréglable et un store
solaire étanche à l’eau et à l’air
offre une solution à
l’amélioration des trois aspects
du confort de vie, en particulier
dans la véranda. Il agit sur le
confort physique en amenant de
l’air frais et sain sans courant
d’air à l’intérieur de l’habitation.
Il agit aussi sur le confort
thermique en réduisant
significativement la chaleur
d’origine solaire, d’autant que le
store est installé côté extérieur
du vitrage. Il intervient en outre
au niveau du confort visuel en
contrôlant l’intensité lumineuse
et évitant les éblouissements.
L’ensemble est installé dans un
caisson en aluminium à rupture
thermique. Modèle "Screenvent"
de Renson
2. Comment y remédier ?
C’est indéniablement par les
qualités thermiques du produit
verrier de façade et du matériau
de toiture retenu que l’on peut
diminuer considérablement cet
effet néfaste en limitant la
déperdition de chaleur.
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significative. A moyen terme, les
spécialistes estiment même que
le marché du bâtiment subira une
révolution technologique avec
l’arrivée des vitrages isolants à
très faible coefficient qui
pourraient atteindre des valeurs
de l’ordre de 0,6.
Cette véranda apporte un espace
de vie supplémentaire à l’abri des
caprices de la mété sans être pour
autant en communication ouverte
avec l’intérieur de l’habitation.
Cette réalisation bénéficie d’une
intégration réussie par la forme de
sa toiture à pans coupés qui
épouse celle du chalet. Elle est
constituée d’une structure en
aluminium thermolaqué de teinte
vert clair et présente des cintres
incorporés dans les châssis.
L'ensemble est coiffé par une toiture
vitrée équipées de tabatières à
commande électrique permettant
une aération constante et efficace.
Réalisation : LES VERANDAS 4
SAISONS
Contrer l’effet du vent
Une véranda peut, par le simple
fait de son implantation, être
fortement exposée aux vents
dominants. Ces derniers sont des
facteurs de refroidissement
important contre lesquels il est
essentiel de se protéger. Ce
phénomène est accentué par le
fait que les performances
thermiques d’un vitrage isolant
sont très sensibles à la pression
du vent. En effet, la pression
exercée par un vent de 40 km/h
diminue l’épaisseur de la lame
d’air et augmente de 40 % le
coefficient U de résistance
thermique de ce vitrage. Cette
variation est néanmoins
beaucoup moins importante
(seulement 10 %) pour les
vitrages à haut rendement ou à
basse émissivité. Cette protection
n’est pas seulement nécessaire
face aux vents dominants mais
également face aux vents froids
qui s’associent à des
températures très basses en
hiver. La meilleure protection est
celle d’une barrière végétale.
Encore faut-il trouver le bon
compromis avec un feuillage
persistant pour arrêter le vent et
une hauteur adaptée afin de ne
pas perdre le bénéfice de la
récupération de chaleur en hiver.
Pour obtenir ce compromis, il ne
faut pas que la hauteur de la
barrière végétale soit supérieure
à 0,4 fois la distance qui la sépare
de l’objet à protéger, ce qui
correspond à un angle de 20°,
soit l’angle minimum du
rayonnement solaire à midi au
solstice d’hiver.
3. L’apport dans la maison
En hiver, le soleil est si bas que
son rayonnement entre dans la
véranda et pénètre également
dans la maison. Par temps
ensoleillé, la température de la
véranda devient en cette saison
supérieure à celle de la maison.
Si les fenêtres qui relient
l’intérieur de la maison à la
véranda sont ouvertes, l’air chaud
de la véranda crée une convexion
qui va circuler à l’intérieur de la
maison et donc favoriser son
réchauffement. En outre, si la
maison est équipée d’une
ventilation mécanique contrôlée
(simple flux), l’air froid extérieur
prélevé passera par la véranda et
sera donc préchauffé.
Par ailleurs, le mur situé entre la
maison et la véranda accumule la
chaleur des rayons solaires qu’il
restitue dans la maison avec
quelques heures de retard. Ainsi,
les soirs d’hiver, le soleil
contribue encore au chauffage de
la maison. Cette contribution
n’est pas négligeable. Lorsqu’une
véranda est bien conçue, on
estime qu’elle peut apporter à la
maison une quantité de chauffage
solaire gratuit pouvant atteindre
dans des conditions optimales 50
% des besoins de la maison : une
fameuse économie en
perspective ! Le bilan thermique
d’une maison avec véranda
devient alors nettement
favorable.
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