Comment rendre les bâtiments plus économes en énergie grâce aux verrières de toit ?

Cet article explore l'influence des entrées de lumière par le toit sur l'efficacité énergétique des bâtiments tertiaires, l'équilibre qu'ils créent entre la lumière naturelle et les performances thermiques, et leur contribution aux objectifs globaux de durabilité des bâtiments.

Une approche globale de la conception des bâtiments

Une bonne conception architecturale nécessite une approche globale afin de garantir la fonctionnalité d'un bâtiment. Lors de la conception, il convient de prendre en compte les aspects liés à la qualité et au confort de l'environnement intérieur, à la stabilité structurelle, à la protection contre les intempéries, à l'efficacité énergétique, à la sécurité et à la sûreté. Atteindre des performances optimales dans tous ces domaines peut s'avérer difficile et coûteux, les priorités variant en fonction du projet. Il s'agit donc de trouver le juste équilibre entre le produit adapté, doté des caractéristiques appropriées et utilisé à bon escient. Cependant, l'efficacité énergétique et la durabilité sont essentielles, en particulier lors du choix des verrières et autres lanterneaux en toiture.

En terme de vitrage et d'efficacité énergétique, cet équilibre signifie contribuer à une structure de bâtiment thermiquement efficace et étanche à l'air, avec une surface vitrée adéquate. Il en résulte une réduction de la consommation d'éclairage électrique grâce à la lumière naturelle, tout en évitant les apports solaires excessifs et en offrant aux occupants une connexion avec l'extérieur.

Les entrées de lumière jouent un rôle majeur dans l'évaluation de la performance des bâtiments

Cette approche holistique est soutenue par des méthodes d'évaluation globale des bâtiments telles que BREEAM (Building Research Establishment Environmental Assessment Method), LEED (Leadership in Energy and Environmental Design), la DGNB (German Sustainable Building Council) et la norme Well Building Standard. Toutes soulignent l'importance de la lumière naturelle pour améliorer le bien-être des occupants et réduire la consommation d'énergie. Grâce à l'intégration de puits de lumière, les bâtiments peuvent atteindre des facteurs de lumière naturelle plus élevés et une meilleure uniformité de la distribution de la lumière, deux éléments essentiels pour répondre aux exigences en matière d'éclairage naturel basées sur des critères de performance et des objectifs de durabilité.

Tendances en matière d'éclairage naturel sur les bâtiments tertiaires

L'architecture des bâtiments tertiaires continue d'évoluer avec plusieurs tendances notables :

• Intégration de systèmes de gestion intelligents
  Les verrières peuvent désormais se connecter aux systèmes d'automatisation des bâtiments et s'ajuster en fonction de l'occupation, de l'heure et des conditions météorologiques.
  
  
• Conception de bâtiments à consommation énergétique nette zéro
  Alors que de plus en plus d'organisations s'engagent à atteindre la neutralité carbone, les verrières jouent un rôle crucial dans la réduction de la dépendance à l'éclairage artificiel.
  
  
• Principes de conception biophilique
  La reconnaissance croissante de l'influence de la nature sur le bien-être humain a fait des verrières un élément clé pour relier les espaces intérieurs à l'environnement naturel.
  
  
• Stratégies de construction résiliente
  Avec l'importance croissante accordée à l'adaptabilité des bâtiments, les verrières offrant un refroidissement passif et une ventilation naturelle contribuent à la résilience globale des bâtiments.

L'impact de la lumière du jour sur la consommation d'énergie

Exploiter pleinement la lumière naturelle peut réduire, voire éliminer, la consommation d'électricité pour l'éclairage artificiel pendant la journée. Pour parvenir à cette conclusion, VELUX a étudié l'effet de la lumière naturelle sur la consommation d'énergie dans un bâtiment.

Un scénario a été modélisé dans lequel une maison sans fenêtre devait être éclairée uniquement à l'aide d'un éclairage électrique. L'utilisation de l'éclairage électrique a une incidence sur les besoins en chauffage et en climatisation. La consommation d'énergie pour l'éclairage, la climatisation et le chauffage a donc été évaluée globalement.

Les résultats ont montré que le recours à l'éclairage électrique pour obtenir un niveau d'éclairement équivalent à celui de la lumière du jour entraînait une consommation d'énergie environ cinq fois supérieure à celle d'une maison équivalente dotée d'un vitrage bien conçu et sans éclairage électrique.

Des études menées sur des immeubles de bureaux ont donné des résultats tout aussi positifs. Bien que ces bâtiments soient plus complexes en raison de leur occupation particulière, de leur agencement intérieur et de leurs systèmes de commande d'éclairage (manuels et automatiques), et donc moins adaptés à une évaluation « définitive », des économies d'énergie de 20 à 60 % ont été constatées.

Un projet concret : le succès d'une école de Copenhague grâce au remplacement de ses verrières de toit

La rénovation de l'école Peder Lykke à Copenhague met en évidence le rôle des puits de lumière dans l'amélioration de l'efficacité énergétique tout en améliorant l'environnement d'apprentissage. Le projet a consisté à remplacer 68 lanterneaux par 184 modules de Verrière Modulaire VELUX, offrant ainsi une lumière naturelle et une ventilation confortable dans tout le bâtiment.

Les verrières réduisent le besoin d'éclairage artificiel, ce qui diminue la consommation d'électricité et améliore la qualité de l'air en favorisant la ventilation passive. Des fonctionnalités automatisées telles que des capteurs de pluie optimisent l'efficacité énergétique et maintiennent le confort sans dépendre fortement des systèmes de chauffage, de ventilation et de climatisation.

L'installation a été réalisée en un seul week-end, avec un minimum de perturbations pour les élèves. Cette modernisation permet non seulement d'économiser de l'énergie, mais aussi d'améliorer le bien-être et la productivité, en garantissant que la lumière du jour et l'air frais font partie intégrante de la vie quotidienne à l'école.

Les avantages uniques des verrières en toiture

Verrières et lanterneaux :

• Offrez deux fois plus de lumière naturelle par rapport aux fenêtres de façade (verticales) de même surface.
• Obtenez les niveaux d'éclairement requis avec des surfaces vitrées plus petites.
• Assurez une meilleure répartition de la lumière dans les pièces.

L'utilisation de la modélisation de la lumière du jour pour affiner les exigences permet d'intégrer l'équilibre entre les fenêtres de façade et les fenêtres de toit dans les concepts initiaux, ce qui permet de répondre aux préoccupations liées à la surchauffe et de réduire au minimum les besoins en éclairage électrique. Lorsque la performance de l'ensemble du bâtiment sera finalement prise en compte, ces avantages contribueront à un résultat positif.

Comprendre les performances thermiques des verrières

Les performances thermiques sont essentielles à l'efficacité énergétique et au confort intérieur d'un bâtiment. Les vitrages haute performance jouent un rôle clé à cet égard en aidant à réguler les flux de chaleur, rendant ainsi les bâtiments plus durables. Les revêtements à faible émissivité (Low-E) réduisent les pertes de chaleur en hiver et minimisent les gains de chaleur en été, contribuant ainsi à une meilleure efficacité énergétique tout au long de l'année. De plus, des technologies avancées telles que les vitrages électrochromes et photovoltaiques offrent des améliorations supplémentaires en matière de performance des bâtiments, renforçant à la fois la conservation de l'énergie et la durabilité.

Qu'est-ce que la valeur U ?

La valeur U mesure la capacité d'un élément de construction, comme une fenêtre, à isoler contre les transferts de chaleur. Une valeur U faible indique une meilleure isolation, ce qui signifie moins de déperdition de chaleur en hiver et moins d'entrée de chaleur en été. Pour les fenêtres, la valeur U tient compte de facteurs tels que le type de vitrage, le matériau du cadre et les éventuels interstices ou ponts thermiques qui pourraient laisser passer la chaleur. En améliorant ces éléments, par exemple en utilisant des gaz isolants entre les vitres, les bâtiments peuvent réduire les pertes d'énergie et améliorer leur performance thermique globale. En savoir plus sur les valeurs U.

Solutions de verrières adaptées à chaque besoin

Les verrières modulaires, et les lanterneaux modulaires, bieden VELUX pour bâtiments tertiaires constituent une solution polyvalente et performante pour apporter de la lumière naturelle dans les bâtiments. Ces produits sont équipés de double ou triple vitrage avec revêtement à faible émissivité, qui améliorent l'efficacité énergétique en minimisant les pertes de chaleur.

En plus de ces verrières, les coupoles  constituent une autre excellente option pour améliorer l'efficacité énergétique des bâtiments. Les lanterneaux en dôme sont généralement fabriqués en acrylique ou en polycarbonate. Ils sont dotés d'une structure à parois multiples avec des espaces d'air qui offrent une isolation supplémentaire, réduisant ainsi considérablement le transfert de chaleur par rapport aux alternatives à simple paroi.

Au parc des expositions de Karlsruhe, les lanterneaux avec désenfumage électrique améliorent la sécurité incendie et l'isolation thermique

Les lanterneaux en verre et les coupoles sont disponibles avec une variété de revêtements spécialement conçus pour optimiser les niveaux de gain de chaleur solaire, la protection solaire et la transmission lumineuse. Par exemple, certains revêtements peuvent minimiser la quantité de chaleur solaire entrant dans le bâtiment, ce qui est particulièrement avantageux dans les climats chauds. D'autres peuvent améliorer la transmission lumineuse, garantissant ainsi que les espaces sont bien éclairés par la lumière naturelle tout en offrant une protection solaire adéquate.

Le choix entre les lanterneaux en verre et les lanterneaux en dôme dépend souvent des exigences spécifiques du projet :

• Les solutions en verre offrent généralement des performances thermiques supérieures (valeurs U plus faibles) et une grande clarté, ce qui les rend idéales pour les espaces occupés où l'esthétique et l'efficacité énergétique sont des préoccupations majeures.
• Les lanterneaux en plastique offrent une construction légère et un coût initial généralement plus faible. Lorsqu'ils sont fabriqués à partir de composés de haute qualité et dotés de caractéristiques avancées, ils offrent également sécurité et protection contre les UV et les conditions météorologiques difficiles, garantissant une longue durée de vie pour de nombreuses applications. Ces lanterneaux sont idéaux pour les projets où les exigences en matière de performances thermiques sont moins strictes que celles offertes par le verre isolant.

Lorsqu'elles sont correctement spécifiées et installées, ces deux solutions contribuent de manière significative à réduire l'empreinte carbone d'un bâtiment en diminuant la dépendance à l'éclairage artificiel et en réduisant potentiellement les coûts de chauffage grâce à l'apport solaire passif pendant les mois les plus froids.

Un avantage pour le bien-être des occupants

Si l'efficacité énergétique offre des avantages financiers évidents, l'impact de la lumière naturelle sur les performances humaines peut représenter une valeur ajoutée encore plus importante. Des études montrent systématiquement que l'exposition à la lumière naturelle améliore la productivité, la santé, les fonctions cognitives, l'humeur et la satisfaction. Pour les entreprises, ces avantages se traduisent par une amélioration des performances du personnel, une réduction de l'absentéisme et une meilleure fidélisation des employés.

Alignement sur le cadre Bâtiments sains

Le Baromètre VELUX des bâtiments sains 2024 présente un cadre complet pour les bâtiments sains, composé de cinq dimensions clés :

1. Amélioration de la santé mentale et physique
   Les puits de lumière contribuent directement à cet aspect en fournissant une lumière naturelle qui, il a été prouvé, améliore le bien-être physique et mental.
2. Conçus pour répondre aux besoins humains
   Le placement stratégique des puits de lumière crée des espaces qui répondent aux besoins biologiques de l'être humain en matière de lumière naturelle et de connexion avec l'extérieur.
3. Construction et gestion durables
   Les puits de lumière écoénergétiques réduisent la dépendance à l'éclairage artificiel, ce qui diminue les émissions de carbone et les coûts d'exploitation.
4. Résistance et adaptabilité
   Les puits de lumière ouvrants assurent une ventilation naturelle, réduisant ainsi les besoins en climatisation tout en s'adaptant aux conditions extérieures changeantes.
5. Autonomie des occupants
   Les solutions de puits de lumière avec commandes utilisateur permettent aux occupants de contrôler leur environnement, ce qui améliore leur satisfaction et leur engagement.

En investissant dans des solutions d'entrées de lumière de haute qualité, les propriétaires immobiliers peuvent répondre simultanément à plusieurs aspects de ce cadre, créant ainsi des espaces qui ne sont pas seulement écoénergétiques, mais également véritablement sains pour leurs occupants.

Solutions de verrières sur mesure adaptées à chaque projet

Conclusion : L'avenir est prometteur

À mesure que les normes énergétiques applicables aux bâtiments deviennent plus strictes et que les organisations accordent une importance croissante à la durabilité, les entrées de lumière zénithale continueront à jouer un rôle crucial dans la conception des bâtiments commerciaux. Leur capacité unique à fournir une lumière naturelle abondante tout en gérant les performances thermiques les positionne comme des éléments essentiels des bâtiments écoénergétiques de demain.

En adoptant une approche holistique qui tient compte à la fois de la performance énergétique des bâtiments et des facteurs humains, les propriétaires et les concepteurs de bâtiments peuvent tirer parti de ces entrées de lumières pour créer des espaces non seulement plus durables, mais aussi plus productifs, plus confortables et plus attrayants pour les occupants.

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Sources :

1. Guide sur l'éclairage naturel et la norme EN 17037
2. VELUX, "Window Systems", Livre sur la lumière du jour, l'énergie et le climat intérieur
3. VELUX, 2024, Baromètre des bâtiments sains