Performance énergétique de l’enveloppe
Performance énergétique de l’enveloppe
L’enveloppe d’un bâtiment correspond à la notion de clos et de couvert tant en ce qui concerne la couverture que les façades ou les parties enterrées. C’est l’interface entre un espace qui doit satisfaire les besoins de confort et de protection de ses occupants, et un environnement extérieur.
L’approche intégrée de la performance énergétique de l’enveloppe, considérée comme un système énergétique, demande une analyse multicritères des composants et des fonctions à assurer.
Ainsi les éléments de construction ont un comportement plus ou moins actif, suivant leur capacité à transmettre la chaleur, la lumière et l’air, éléments associés à des degrés divers dans les indicateurs de performances énergétiques. Des technologies nouvelles entrent dans la conception des composants pouvant répondre à plusieurs fonctions mais demandant des techniques de gestion différentes.
• Sur cette problématique, l’infiltration ou fuite d’air accidentelle à travers l’enveloppe du bâtiment est un phénomène affectant fortement la consommation énergétique du bâtiment et la qualité de l’air intérieur par une contribution à l’augmentation des déperditions énergétiques.
La modélisation de ce phénomène a été réalisée à partir de trois approches différentes. La première repose sur le concept de conductivité effective, la deuxième est basée sur l’équation fondamentale de convection-diffusion et la troisième suppose que le mur multicouche se comporte comme un échangeur de chaleur.
Les valeurs des débits de l’air traversant la paroi ont été approchées grâce à la simulation des écoulements dans une maison réalisée à l’aide du code CONTAMW, programme d’analyse multizonal de la qualité de l’air intérieur développé par le NIST (National Institute of Standards and Technology). L’impact des défauts d’étanchéité dans l’enveloppe a été modélisé par une loi de type puissance “Leakage Area” caractérisée par une surface de fuite et par des simulations à l’aide du code CFD Fluent complétées par des mesures de résistivité au passage de l’air (thèse de H. Barhoun, 2006).
Modélisation de l'impact des défauts d'étanchéité dans l'enveloppe
| Maillage de la paroi |
Champ de vitesse et de température suite à une infiltration |
Paroi multicouche de type sandwich |
La comparaison des résultats obtenus à partir du modèle, considérant le transfert d’air et de chaleur au sein du mur considéré comme un échangeur et les résultats de simulation CFD, met en évidence l’impact énergétique des flux de conduction en fonction du débit de fuite. La variation de l’épaisseur de la couche d’isolant a une influence faible. Une méthode est proposée pour intégrer ce phénomène dans le calcul du coefficient de déperdition thermique d’un bâtiment.
• Par ailleurs, éléments importants dans l’acte de conception et dans l’utilisation des techniques passives, l’évolution technologique des vitrages porte sur le traitement des bâtiments en conditions estivales. Le développement et l’évaluation de stratégies de contrôle pour la gestion d’un dispositif électrochromique a été étudié dans le cadre d’une collaboration avec l’université d’Athènes (thèse de M. Assimakopoulou, 2005).
Difficultés expérimentales relatives au fonctionnement du vitrage électrochromatique.
Exemple de non synchronisation de fonctionnement d'un vitrage
Le contrôleur conçu à partir de la logique floue et dans un environnement Matlab-Simulink et tenant compte des paramètres affectant le confort visuel et le confort thermique, permet la stratégie la plus efficace sur les cas étudiés. Il doit cependant être testé dans des conditions climatiques différentes et dans un environnement multizone occupé.
• L’intégration des systèmes solaires thermiques actifs n’est pas optimale en raison des contraintes esthétiques, architecturales et économiques. La recherche portant sur l’intégration architecturale et technique des composants de ces systèmes apparaît fondamentale pour apporter des éléments de réponses à la demande énergétique.
À partir d’une analyse des principes physiques, de la dynamique des signaux d’entrée et de sortie et d’une analyse fonctionnelle de l’habitat, les travaux contribuent à la définition des principes constructifs des composants d’enveloppe permettant d’assurer une fonction de transfert entre l’énergie incidente et les besoins réels liés à l’utilisation du bâtiment. L’étude prospective identifie les solutions techniques adaptables aux différentes configurations, les principes de mise en œuvre, ainsi que les freins et les moteurs de leur développement (thèse de Talal Salem, 2007). La création d’un environnement de simulation dynamique de systèmes solaires ayant des capteurs intégrés dans l’enveloppe du bâtiment, avec l’appui du logiciel TRNSYS, permet d’étudier la performance énergétique du système solaire pour différentes configurations, et différentes couleurs d’absorbeurs, et rend possible l’identification de l’impact thermique de ces composants sur l’environnement intérieur du bâtiment. Une étude expérimentale à l’échelle réelle de trois capteurs prototypes de couleurs différentes, installés dans la façade des Grands Ateliers de l’Isle d’Abeau permet non seulement l’étude du comportement réel de ces composants solaires, mais rend aussi possible la confrontation des résultats des simulations numériques aux mesures expérimentales et ainsi l’évaluation de la capacité du modèle numérique développé à décrire le comportement thermique de tels composants. Ce travail met en évidence que l’utilisation d’absorbeur coloré est envisageable. L’augmentation de surface en façade peut compenser la perte en performance énergétique globale.
