Solar gain and building envelope: the surface factor

Abstract

Harnessing the appropriate radiative characteristics of buildings' external surfaces is a highly effective way to reduce internal space heating and cooling demand. Building energy-dynamic simulations are created in order to compare various external coatings with reference to a social housing case study in a typical Mediterranean climate (Naples, Italy). An innovative index, the surface factor (SF), is proposed to inform the choice of the most suitable surface coatings as a function of local climatic conditions and thereby reduce overall energy demand. For cities with high solar gain and/or low winter degrees-day (SF > 0.65), high-reflective and/or high-emissive coatings (i.e. ‘cool paints’) are suitable, while low-reflective and/or low-emissive external coatings are more suitable for cooler climates (SF < 0.4). The simultaneous interactions of wall mass, surface radiative characteristics, and indoor ventilation on the summer cooling energy demands are evaluated and substantial heating or cooling savings can be achieved, particularly for existing buildings. For regions in which outdoor night temperature is lower than the indoor value, high thermal inertia walls are viable only when coupled to night ventilation. Diurnal ventilation coupled to massive walls was found to be energy inefficient. Exploiter les caractéristiques radiatives appropriées des surfaces extérieures des bâtiments est une manière extrêmement efficace de réduire la demande de chauffage et de refroidissement des espaces intérieurs. Il est créé des simulations dynamiques des bâtiments en termes d'énergie afin de comparer les divers revêtements extérieurs en prenant pour référence une étude de cas dans le logement social sous un climat méditerranéen type (Naples, en Italie). Un indice innovant, le facteur de surface, est proposé afin d'aider à choisir les revêtements de surface les plus adaptés en fonction des conditions climatiques locales et de réduire de ce fait la demande énergétique globale. Pour des villes ayant un apport solaire élevé et/ou des degrés-jour bas en hiver (facteur de surface > 0,65), des revêtements hautement réfléchissants et/ou à fort pouvoir émissif (c'est-à-dire des « peintures froides ») sont adaptés, tandis que des revêtements extérieurs faiblement réfléchissants et/ou à faible pouvoir émissif sont plus adaptés sous des climats plus froids (facteur de surface < 0,4). Les interactions simultanées de la masse des murs, des caractéristiques radiatives des surfaces et de la ventilation intérieure sur les demandes estivales en énergie de refroidissement sont évaluées et d'importantes économies de chauffage ou de refroidissement peuvent être réalisées, s'agissant en particulier de bâtiments existants. En ce qui concerne les régions dans lesquelles la température extérieure nocturne est inférieure à la valeur intérieure, des murs à haute inertie thermique ne sont viables que s'ils sont associés à une ventilation nocturne. Il a été constaté qu'une ventilation diurne associée à des murs massifs est énergétiquement inefficace. Mots clés: enveloppe des bâtiments physique des bâtiments surfaces extérieures revêtements de surface confort thermique inertie thermique