Bibliothèque Nationale de France : modélisation énergétique d'un vitrage électrochrome (Sageglass de Saint-Gobain)
À la demande de la Bibliothèque Nationale de France, et dans le cadre de la COP21, l’agence Dominique Perrault Architecture a mené une étude prospective qui analyse 20 ans après sa livraison les performances thermiques du bâtiment – le socle et l’enveloppe des quatre tours – et propose des pistes d’optimisation.
Parmi celles-ci, le remplacement des vitrages existants par une solution vitrée intégrant une gestion dynamique de la protection solaire, s’appuie sur une étude menée par Etamine pour le groupe Saint-Gobain.
La simulation thermique dynamique (STD), outil performant d'aide à la décision
Le vitrage électro-chrome SageGlass®, conçu par Saint Gobain, est envisagé pour remplacer les vitrages clairs existants de la BNF . Il s’agit d’un vitrage qui, en fonction de la tension électrique qui lui est appliquée, change de caractéristiques de transmission lumineuse et de facteur solaire.
Une conception hors-normes : les systèmes techniques
Les études conduites par Etamine sur les espaces de bureaux, comparent les performances énergétiques en termes de chauffage, climatisation et éclairage entre trois configurations :
- « base » : configuration existante, à savoir doubles vitrages clairs et panneaux en bois intérieurs ;
- « variante contrôle solaire » : doubles vitrages à contrôle solaire et stores intérieurs à faible émissivité ;
- «variante SageGlass®» : doubles vitrages électrochromes SageGlass®. Suivant la tension électrique qui leur est appliquée, ils passent d’un « état clair » à un « état teinté », suivant un algorithme permettant d’optimiser à chaque instant éclairage naturel des espaces, apports solaires passifs, gestion du risque de surchauffe. Etamine a traduit toute cette finesse de régulation dans la STD, grâce notamment à la flexibilité de programmation permise par le logiciel TRNSYS utilisé.
Une modélisation pointue
La gradation de l’éclairage artificiel a été modélisée dans les STD à l’aide d’un module spécifiquement développé par Etamine sous TRNSYS. Celui-ci permet de tenir compte, heure par heure, de la transmission lumineuse effective des vitrages associés à leurs
protections solaires et des conditions lumineuses extérieures.
Etamine a ainsi été en mesure de tenir compte de l’impact des variations dynamiques de l’état des vitrages électro-chromes sur l’éclairage artificiel intérieur .
Les résultats: un nette amélioration des consommations de chauffage et de refroidissement
Le tableau ci-contre synthétise les résultats de l’étude. On en tire ainsi les observations suivantes :
- Les besoins de chaud et de froid baissent fortement entre la base et les variantes, du fait notamment d’une importante amélioration des caractéristiques thermiques
des vitrages ;
- Les besoins de chauffage et de climatisation sont plus faibles dans le cas du Sageglass® qu’avec des vitrages à contrôle solaire + store intérieur . Cela est cohérent avec le changement des états du vitrage du Sageglass® qui permet de profiter de façon optimale des apports solaires en hiver et de les limiter en été ;
- Pour ce qui est de l’éclairage, les 3 cas donnent des résultats relativement similaires puisque la puissance installée a été modélisée identique et la gestion se fait à chaque fois par gradation. Le cas de base est toutefois légèrement meilleur, du fait d’une meilleure transmission lumineuse globale.
En conclusion
En conclusion, la configuration Sageglass® permet de réduire fortement les besoins de chaud (-38%) et de froid (-67%) des bureaux par rapport à la configuration de base. Même si les besoins d’éclairage artificiel sont légèrementplus élevés, ce poste de besoin est faible par rapport aux postes de besoins de chaud et de froid.
Par ailleurs, même si l’écart constaté est plus réduit, la configuration Sageglass® est également meilleure (14% en chaud, 28% en froid) qu’une solution vitrage à contrôle solaire avec store intérieur.