inertie thermique batiments

7/31/2019 inertie thermique batiments

1/7

Sarl 3iSTRUCTURELieu-dit Le MNESQUIL31820 PIBRAC: 0561 072 788

0561 071 339

:[email protected] SIRET : 500 303 458 00011 NAF : 4690Z

LINERTIE THERMIQUE DES

BATIMENTS


2/7

Page2sur7

Dr. Mark Gorgolewski, B.Sc., M.Sc., Ph.D., Dip Arch, PA LEEDProfesseur, Dpartement des services architecturaux

Ryerson University (Toronto)Courriel

Pour en connatre davantage au sujet deDr. Mark Gorgolewski

Dans cet article :

Utilisation de l'inertie thermique Avantages de l'inertie thermique Mcanismes de transfert thermique Finitions Autres considrations

L'efficacit nergtique et le confort thermique font partie intgrante du dveloppement durable. Lechoix des types des matriaux ou des diffrents agencements de ces matriaux peut affecter la

performance des composantes dun btiment, incluant les planchers. Nous remercions lICCA(Institutcanadien de la construction en acier) pour nous avoir fourni cet article publi dans la revue AvantageAciernumro 20, dition spciale sur le dveloppement durable.

Le dsir de mieux comprendre linteraction entre lhomme et son environnement influence grandementla construction et lexploitation des btiments. Le systme d'valuation des btiments cologiquesLEED (Leadership in Energy and Environmental Design) et le plan de changement climatique canadien,visant amliorer la consommation nergtique des btiments commerciaux, ont tous deux contribu un regain d'intrt dans la performance nergtique des btiments.

On reconnat de plus en plus quun emploi avis de l'inertie thermique des immeubles de bureaux

augmente laperformance nergtiqueet leconfort thermique. De tels bnfices ont soulev l'intrtdes architectes et des ingnieurs qui conoivent des btiments durables faible consommationd'nergie. Toutefois, compte tenu des connaissances limites sur les mcanismes de l'inertie thermiqueet sur son utilisation approprie dans les btiments, les concepteurs ont tendance associer la masse

physique avec une bonne performance thermique passive.

Souvent, les concepteurs estiment que seuls les btiments massifs fournissent une inertie thermiquesuffisante. Or, en ralit, on doit considrer plusieurs autres facteurs et raliser que l'augmentationde la masse physique au-dessus dun certain seuil n'amliore pas ncessairement la performancethermique.

Plusieurs btiments commerciaux sont massifs du point de vue structural mais lgers du point de vuethermique, en raison de la prsence de finitions telles que les faux planchers, les faux plafonds, lesrevtements de plaques de pltre, les tapis et autres finitions qui isolent la charpente de

l'environnement intrieur. En gnral, il est plus avantageux d'optimiser l'inertie thermique disponibleque d'ajouter une masse supplmentaire. On doit galement considrer l'augmentation de la charge dechauffage en hiver due l'inertie thermique additionnelle.
http://www.ryerson.ca/home.htmlhttp://www.canam-poutrelle.ws/www/v4/comments.nsf/fa_contactus_fr%21openform&attention=engineering&frame=canamjhttp://www.canam-poutrelle.ws/www/v4/comments.nsf/fa_contactus_fr%21openform&attention=engineering&frame=canamjhttp://www.canam-poutrelle.ws/www/v4/comments.nsf/fa_contactus_fr%21openform&attention=engineering&frame=canamjhttp://www.canam-poutrelle.ws/www/v4/newslet.nsf/va_redir/bio_mgo%21open&back=ch_specialV5N3http://www.canam-poutrelle.ws/www/v4/newslet.nsf/va_redir/bio_mgo%21open&back=ch_specialV5N3http://www.canam-poutrelle.ws/www/v4/newslet.nsf/va_redir/bio_mgo%21open&back=ch_specialV5N3http://www.canam-poutrelle.ws/www/v4/newslet.nsf/va_redir/ch_specialv5n3?open#inertiehttp://www.canam-poutrelle.ws/www/v4/newslet.nsf/va_redir/ch_specialv5n3?open#inertiehttp://www.canam-poutrelle.ws/www/v4/newslet.nsf/va_redir/ch_specialv5n3?open#avantageshttp://www.canam-poutrelle.ws/www/v4/newslet.nsf/va_redir/ch_specialv5n3?open#avantageshttp://www.canam-poutrelle.ws/www/v4/newslet.nsf/va_redir/ch_specialv5n3?open#thermiquehttp://www.canam-poutrelle.ws/www/v4/newslet.nsf/va_redir/ch_specialv5n3?open#thermiquehttp://www.canam-poutrelle.ws/www/v4/newslet.nsf/va_redir/ch_specialv5n3?open#finitionshttp://www.canam-poutrelle.ws/www/v4/newslet.nsf/va_redir/ch_specialv5n3?open#finitionshttp://www.canam-poutrelle.ws/www/v4/newslet.nsf/va_redir/ch_specialv5n3?open#considerationshttp://www.canam-poutrelle.ws/www/v4/newslet.nsf/va_redir/ch_specialv5n3?open#considerationshttp://www.cisc-icca.ca/http://www.cisc-icca.ca/http://www.cisc-icca.ca/http://www.cisc-icca.ca/advantagesteelhttp://www.cisc-icca.ca/advantagesteelhttp://www.cisc-icca.ca/advantagesteelhttp://www.cagbc.org/leed/la_certification_leed/index.phphttp://www.cagbc.org/leed/la_certification_leed/index.phphttp://www.canam-poutrelle.ws/www/v4/canamj.nsf/poutrelle/architecteshttp://www.canam-poutrelle.ws/www/v4/canamj.nsf/poutrelle/architecteshttp://www.canam-poutrelle.ws/www/v4/canamj.nsf/poutrelle/ingenieriehttp://www.canam-poutrelle.ws/www/v4/canamj.nsf/poutrelle/ingenieriehttp://www.canam-poutrelle.ws/www/v4/canamj.nsf/poutrelle/ingenieriehttp://www.canam-poutrelle.ws/www/v4/canamj.nsf/poutrelle/architecteshttp://www.cagbc.org/leed/la_certification_leed/index.phphttp://www.cisc-icca.ca/advantagesteelhttp://www.cisc-icca.ca/advantagesteelhttp://www.cisc-icca.ca/http://www.canam-poutrelle.ws/www/v4/newslet.nsf/va_redir/ch_specialv5n3?open#considerationshttp://www.canam-poutrelle.ws/www/v4/newslet.nsf/va_redir/ch_specialv5n3?open#finitionshttp://www.canam-poutrelle.ws/www/v4/newslet.nsf/va_redir/ch_specialv5n3?open#thermiquehttp://www.canam-poutrelle.ws/www/v4/newslet.nsf/va_redir/ch_specialv5n3?open#avantageshttp://www.canam-poutrelle.ws/www/v4/newslet.nsf/va_redir/ch_specialv5n3?open#inertiehttp://www.canam-poutrelle.ws/www/v4/newslet.nsf/va_redir/bio_mgo%21open&back=ch_specialV5N3http://www.canam-poutrelle.ws/www/v4/comments.nsf/fa_contactus_fr%21openform&attention=engineering&frame=canamjhttp://www.ryerson.ca/home.html


3/7

Page3sur7

FIGURE1:LE SIEGE SOCIAL DEWESSEXWATER A OBTENU UNE DES MEILLEURES EVALUATIONS ENVIRONNEMENTALES POUR UN

IMMEUBLE DANS LEROYAUME-UNI.SA CHARPENTE D'ACIER INTEGRE DES PLANCHERS EN BETON PREFABRIQUE.

UTILISATION DE L'INERTIE THERMIQUEI.

L'inertie thermique (ou la masse thermique) est la capacit d'absorption, d'emmagasinage ou de

dgagement de chaleur que possde un matriau. On la mesure en Joules d'nergie thermiqueemmagasine par unit de masse (J/KgK), ou par mtre cube de matriau (J/m3K).

Les matriaux lourds tels que le bton et la maonnerie peuvent emmagasiner plus de chaleur par unitde volume que les matriaux lgers tels que le bois ou l'isolant (Tableau 1). Une ancienne stratgieutilise pour les constructions dans les pays chauds tels qu'en Mditerrane consiste utiliser deslments de charpente lourds comme les murs de maonnerie pour absorber la chaleur durant les

priodes d'occupation journalires.

Dans de tels btiments, la masse leve, les taux de renouvellement d'air variables, les grandes

surfaces, les ombrages et les faibles charges de chauffage intrieur contrlent le surchauffage. Il

existe toutefois certains dsavantages associs la rduction du confort et laugmentation duchauffage en hiver.

MatriauxDensit dumatriau(kg/m3)

Capacitthermiquespcifique(J/kgK)

Capacitthermique

volumtrique(kJ/m3K)

Conductivitthermique(W/mK)

Acier 7 800 480 3 744 55

Bton (normal) 2 400 910 2 184 1,83

Bton (lger) 1 850 850 1 573 1,0

Pierre calcaire 2 350 810 1 904 2,0

Brique commune 1 920 835 1 603 0,72

Bois tendre 610 1 420 866 0,13

Tableau 1 : proprits de matriaux de construction courants

Les immeubles de bureaux modernes prsentent des conditions et demandent des stratgies deservices trs diffrentes de celles des btiments mditerranens. Un immeuble typique comporte :

Un plan profond.

Des gainsde chaleur levs lintrieur. Un vitrage tendu offrant des gains de chaleur solaire levs. Une faade scelle.


4/7

Page4sur7

Une haute densit d'occupation et des finitions intrieures qui isolent la masse de l'espaceintrieur.

De tels btiments exigent une stratgie trs diffrente pour le contrle environnemental etl'utilisation de l'inertie thermique. En gnral, les dalles de plancher et de plafond des immeublesmulti-tags constituent les rgions principales d'inertie thermique. Les murs extrieurs et les

cloisons intrieures sont des lments lgers offrant peu d'inertie thermique utile. L'exposition desdalles de plancher permet l'interaction thermique avec l'environnement intrieur, ce qui accrotl'inertie thermique des espaces occups.

Ces lments agissent comme des dissipateurs de chaleur le jour en absorbant l'excs de chaleur, etempchent ou rduisent le surchauffage. La nuit, l'air ambiant plus frais circule dans les espacesintrieurs et refroidit les dalles, ce qui enlve la chaleur emmagasine la veille et prpare les dalles absorber l'nergie thermique du lendemain. Ceci peut rduire ou liminer la charge de refroidissementmcanique de plusieurs btiments pendant l't, et favorise les bureaux qui ont tendance accumulerbeaucoup de chaleur en raison des occupants, des ordinateurs, de l'quipement, de l'clairage et desfaades vitres.

II. AVANTAGES DE L'INERTIE THERMIQUEL'utilisation approprie de l'inertie thermique amliore l'efficacit nergtique et le confort desbtiments, et offre les avantages suivants :

Moins de dpendance sur les services mcaniques pour assurer le confort. Des tempratures journalires plus stables pendant l't et l'hiver, amliorant le confort des

occupants. Charge de pointe infrieure pour le chauffage, la ventilation et la climatisation, la fois pour

les systmes de chauffage et de refroidissement. Potentiel accru de refroidissement passif en t. Charges de refroidissement rduites dans les btiments air climatis. Frais dexploitation potentiellement rduits dus une consommation nergtique infrieure. Cots initiaux potentiellement rduits dus l'appareil de refroidissement de capacit rduite. Rduction possible du volume intrieur occup par les services du btiment.

Mais une question simpose : quel degr dinertie convient un immeuble de bureaux, et commentassurer son intgration ?

III. MECANISMES DE TRANSFERT THERMIQUE

La capacit d'absorption et d'emmagasinage de chaleur d'un lment dpend de deux facteursimportants :

Les caractristiques thermiques de l'lment lui-mme, particulirement sa capacit deconduction et d'emmagasinage de l'nergie thermique (conductivit thermique mesure en

W/mK et capacit thermique mesure en J/m3K). Le taux de transfert de chaleur entre l'lment et l'air ou l'espace auquel il est expos (le

transfert de chaleur la surface en W/m2K), galement dfini comme l'admittance (cd. letaux auquel un mtre carr de surface absorbe la chaleur de l'air une diffrence detemprature de 1C).


5/7

Page5sur7

Figure 2 : les mcanismes de transfert de chaleur relativement l'inertie thermique

Des modles thermiques informatiss ont servi analyser la performance de divers types deconstruction. Ces modles suggrent que dans la plupart des cas, ce sont les caractristiques detransfert de chaleur la surface qui dterminent ou limitent l'emmagasinage thermique d'une dalle de

plancher en bton typique, et non la profondeur ou le volume de la dallei.

On a trouv qu'il y a peu d'avantages dpasser une paisseur de 100 mmenviron, car le tauxdabsorption de la chaleur dans le matriau est le facteur qui limite la quantit d'nergie thermique qui

peut tre emmagasineii. Pour les planchers en bton typiques que l'on retrouve dans les immeubles de

bureaux charpente d'acier ou de bton, la capacit de la dalle emmagasiner l'nergie thermique estsuprieure au taux de transfert de chaleur la surface au cours d'un cycle de 24 heures.

On peutamliorer le transfert de chaleur la surfaceen augmentant la surface l'aide de caissonsou de cavits, ou en utilisant un profil de surface comme dans le cas des dalles de plancher composites.En gnral, cette stratgie peut presque doubler la surface expose et le transfert de chaleur, et

produit un effet plus important que l'augmentation de la masse. Parmi les projets de recherche

rcenteiii, notons le contrle du dbit d'air au travers des ouvertures dans la dalle, et l'insertion detubes remplis d'eau.

Figure 3 : surface accrue d'une dalle composite compare une dalle plate

Les occupants se sentent confortables des tempratures intrieures plus leves lorsquil y a dessurfaces fraches dans le milieu. La temprature confortable dpend de la temprature de l'air et de latemprature de rayonnement de toutes les surfaces l'intrieur d'un espace.

Les lments thermiquement massifs ont tendance avoir des surfaces plus fraches, ce qui offre uneffet de refroidissement l't grce au refroidissement par radiation transmis aux personnes dans lemilieu (soit le contraire du chauffage par radiateur l'hiver), ce qui rduit davantage la charge derefroidissement mais peut augmenter la charge de chauffage l'hiver.


6/7

Page6sur7

Finitions

L'utilisation rpandue de faux plafonds, de tapis, de cavits de plancher et de revtements de plaquesde pltre, lesquels isolent efficacement l'inertie thermique de l'environnement intrieur, rduit

considrablement l'effet de l'inertie thermiquedans un btiment. Ces facteurs sont plus importantsque les lments de charpente du btiment, et les concepteurs doivent tudier les options telles que

les carrelages cramiques et les plafonds de bton expos pour assurer le lien entre l'inertiethermique et l'espace intrieur.

Les faux plafonds continus limitent le transfert de chaleur en isolant la dalle de lespace situ endessous. Toutefois, un plafond construit laide de matriau conducteur plutt quisolant permet untransfert de chaleur apprciable. De plus, on peut exposer partiellement la surface de la dalle enutilisant des carreaux de plafond perfors ou cellules ouvertes, ou en couvrant seulement une partiede la dalle avec le faux plafond.

Ceci permet la circulation dair entre la cavit du plafond et lespace situ en dessous et produit untransfert de chaleur par convection. Des travaux de recherche effectus au Royaume-Uni dmontrent

quune ouverture de 15 % permet une circulation dair et un transfert de chaleur importantsiv.

IV. AUTRES CONSIDERATIONS

Il importe de noter plusieurs dsavantages relis l'exposition de linertie thermique dans lesimmeubles de bureaux. Les modles thermiques sur ordinateur suggrent que lnergie de chauffage

peut augmenter de 10 20 % au cours des mois dhiver en raison de la chaleur supplmentaire requisepour chauffer linertie thermique. Un btiment thermiquement massif prendra plus de temps refroidir aprs larrt du chauffage les soirs dhiver, mais prendra plus de temps rchauffer lesmatins. Les tempratures plus leves la nuit l'intrieur du btiment augmentent le taux de perte

thermique.

Un btiment mal isol aggrave ce problme et augmente les cots de chauffage. Par contre, lors duprintemps et de lautomne, les btiments lgers peuvent exiger la fois un chauffage et unrefroidissement pendant un cycle de 24 heures, tandis que les btiments thermiquement massifsmaintiennent des conditions intrieures confortables sans chauffage ou refroidissementsupplmentaire. La diminution du refroidissement et laugmentation du chauffage constituent unquilibre complexe qui varie selon les btiments, le type denveloppe, la priode doccupation et lesystme de chauffage.

Lexposition du dessous de la dalle dans le but dutiliser linertie thermique affecte lacoustique du

milieu et lintgration des services, dont lclairage. Labsence de plafond suspendu peut augmenter lestemps de rverbration et la rflexion des sons travers un espace ouvert. On peut remdier ce

problme en utilisant des cloisons absorption acoustique, quoiquelles peuvent nuire l'clairage, oubien en intgrant des panneaux acoustiques dans les appareils d'clairage suspendus de la dalle. On

peut galement utiliser des faux plafonds partiels.


7/7

Page7sur7

V. CONCLUSIONL'exploitation de l'inertie thermique ne se limite pas un systme ou un matriau de charpente, et ilest possible d'intgrer suffisamment de masse thermique dans une charpente d'acier. Puisquel'exposition de l'inertie est le facteur le plus critique, le concepteur doit assurer que l'isolation desdalles de plancher permet dutiliser la masse thermique. On peut optimiser la charpente du btimentsans avoir ajouter de la masse uniquement pour des raisons de comportement thermique. Il n'est pasncessaire d'paissir les dalles ou d'ajouter du bton.

L'exposition de l'inertie thermique au moyen de l'augmentation des surfaces et le type de finitionsutilises (telles que les tapis, les faux plafonds, etc.) sont les facteurs les plus importants dterminantl'efficacit de l'inertie thermique. On peut utiliser diffrentes solutions dans les diverses rgions dubtiment. Le surchauffage affecte moins les espaces orients vers le nord que ceux orients vers lesud en raison des gains de chaleur infrieurs.

L'auteur tient remercier Daniel Pearl pour ses remarques constructives.

VI. RENSEIGNEMENTSPour tout renseignement, communiquez avec :Canam Canada

Par tlphone : 1 877 499-6049 En ligne :Stphane Roy

Professeur Mark Gorgolewski

Par courriel :[email protected]

iVoir Barnard, N. Making the most of thermal mass, Architects Journal, 21 octobre 1999 ou Cousins, F. et Lang, B.Aspects of structural and thermal mass, article de sminaire disponible du Steel Construction Institute, R.-U

iiBarnard, Nick et Ogden, Ray, The thermal capacity of steel frame buildings, article de sminaire, juillet 1996,disponible du Steel Construction Institute, R.-U.iii

Voir comme exemple Kendrick, Chris,Active fabric energy storage systems for steel framed non-domestic buildings.

Chartered Institute of Building Services Engineers (CIBSE) National Conference, Harrogate, Octobre, 1999. OuKendrick, Chris & Ogden, Ray, Use of embedded water pipes to provide thermal comfort in steel frame buildings,

Proceedings of the IISI conference, Steel in sustainable construction, Luxembourg, Mai 2002.iv

Voir Barnard, Nick et al, Modelling the performance of thermal mass, article IP6/01du BRE, Building Research

Establishment, R.-U. ou Amato, A. et al, Practical ceiling solutions for thermally efficient steel frame buildings,

Congrs national du CIBSE 1998.
http://www.canam-poutrelle.ws/www/v4/comments.nsf/fa_contactus_fr%21openform&menu=contactus&attention=infotech&frame=canamjhttp://www.canam-poutrelle.ws/www/v4/comments.nsf/fa_contactus_fr%21openform&menu=contactus&attention=infotech&frame=canamjhttp://www.canam-poutrelle.ws/www/v4/comments.nsf/fa_contactus_fr%21openform&menu=contactus&attention=infotech&frame=canamjhttp://www.canam-poutrelle.ws/www/v4/newslet.nsf/va_redir/ch_specialv5n3?openhttp://www.canam-poutrelle.ws/www/v4/newslet.nsf/va_redir/ch_specialv5n3?openhttp://www.canam-poutrelle.ws/www/v4/newslet.nsf/va_redir/ch_specialv5n3?openhttp://www.canam-poutrelle.ws/www/v4/newslet.nsf/va_redir/ch_specialv5n3?openhttp://www.canam-poutrelle.ws/www/v4/comments.nsf/fa_contactus_fr%21openform&menu=contactus&attention=infotech&frame=canamj

inertie thermique batiments

Documents

Transcript of inertie thermique batiments