Confort thermique d été dans les bâtiments en bois : FCBA intervient en région PACA

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1 Confort thermique d été dans les bâtiments en bois : FCBA intervient en région PACA Le confort d été des bâtiments en bois a fait l objet, fin 2011, de quatre journées en région PACA (Provence - Alpes - Côte d Azur) animées par FCBA. Le confort d été passe par la conception des bâtiments et la combinaison des différents facteurs et matériaux impactant la notion de confort. Dans l avenir, il serait intéressant de mettre en place une nouvelle stratégie permettant d améliorer l inertie des constructions bois, d une part en identifiant les performances intrinsèques des systèmes constructifs bois adaptées à cette problématique et, d autre part, en trouvant des solutions bioclimatiques adéquates. Thierry Varachaud thierry.varachaud@fcba.fr FCBA Station Sud-Est Direction Clients BP Grenoble Cedex 9 Tél. : Copyright FCBA INFO, Avril

2 C est à la demande du PRIDES AB&C (Association bois et construction) que FCBA est intervenu en région PACA sur le thème du confort thermique d été dans les bâtiments en bois. Les PRIDES (Pôle régional d innovation et de développement économique solidaire) sont des réseaux d entreprises qui maillent l ensemble du territoire et représentent la plupart des filières de compétences des acteurs économiques de la région Provence-Alpes-Côte d Azur. Ils ont été créés à l initiative du Conseil régional de PACA en Le PRIDES AB&C est une structure fédératrice de la filière bois locale qui rassemble près de 200 adhérents professionnels et institutionnels. Le PRIDES AB&C a pour objectif de dynamiser la croissance de la filière bois et construction. Ses missions s articulent autour de trois axes stratégiques : structurer la filière bois construction, améliorer la compétitivité de cette filière par l innovation et la valorisation des ressources locales, professionnaliser cette filière. Le plan d action 2011 du PRIDES a prévu 12 journées techniques pour permettre aux professionnels de la filière bois construction de proposer des solutions performantes, de s adapter aux nouvelles tendances et réglementations, et d échanger sur des problématiques communes. Le thème «Le confort d été des bâtiments en bois» a fait l objet de quatre journées en octobre et novembre Pour chacune des journées, l intervention de FCBA était complétée par une ou deux visites de chantiers permettant d illustrer la prise en compte des contraintes de surchauffes estivales dans cette région. Copyright FCBA INFO, Avril

3 Le PRIDES a organisé également 12 «Consultances» permettant des échanges et des conseils entre maîtres d œuvre, maîtres d ouvrage, architectes, élus, ainsi que 8 «Itinéraires bois» afin de mettre en valeur et en exemple des ouvrages bois remarquables. Deux méthodes d approche Le confort thermique se définit par l équilibre dynamique établi par échanges thermiques entre le corps humain et son environnement. Il est appréhendé suivant deux approches : celle où l humain est considéré comme «passif» (méthode de Fanger) et celle où il est considéré comme «actif» et qu il va donc agir sur son environnement. La méthode de Fanger se base sur le bilan thermique du corps humain et s exprime à travers les indices PMV (Predicted mean vote) et PPD (Predicted percentage of dissatisfactied). Le PMV prédit la valeur moyenne des votes d un groupe de personnes sur une échelle de perception thermique à sept points. Le PPD est le pourcentage de personnes insatisfaites dans une ambiance thermique donnée. On peut également rajouter les 4 inconforts thermiques localisés, chacun définis par des pourcentages d insatisfaits. Ces inconforts localisés sont liés aux courants d air, au sol froid, à l asymétrie de température de rayonnement, à la différence verticale de température de l air. Copyright FCBA INFO, Avril

4 Tous ces indicateurs, décrits dans la norme NF EN , tiennent compte du métabolisme, de l habillement, de la température de l air, de la température des parois, de l humidité relative et de la vitesse de l air. L autre approche, dite adaptative, est celle où l humain va interagir avec son environnement. On calcule alors la température de confort (T optimale) en fonction de la température extérieure. Les indicateurs retenus sont alors des limites de températures intérieures variables, définies dans la norme NF EN Le rôle des matériaux Les matériaux ont des caractéristiques physiques statiques et dynamiques mesurables qui jouent un rôle dans la perception de confort thermique. Caractéristiques statiques Conductivité thermique (λ) : plus λ est faible, plus le matériau est isolant. Résistance thermique (R) : plus R est grand, plus la paroi est isolante. Chaleur spécifique (C) : énergie à apporter par échange thermique pour élever la température d un matériau ; plus C est grand, plus le matériau peut stocker de la chaleur. Capacité thermique (S): quantifie la capacité d un matériau d'absorber ou restituer de l'énergie par échange thermique au cours d'une variation de 1 Critères d'ambiance intérieure pour la conception et évaluation de la performance énergétique des bâtiments couvrant la qualité de l'air intérieur, la thermique, l'éclairage et l'acoustique Copyright FCBA INFO, Avril

5 température ; plus S est élevé, plus le matériau peut stocker ou restituer de la chaleur. Transmission calorique (U): plus U est faible, plus la paroi est isolante. Caractéristiques dynamiques - Diffusivité (a) : caractérise la capacité d'un matériau à transmettre une variation de température d'un point à un autre de ce matériau ; plus elle est faible, plus l arrivée du pic de chaleur sera retardée. - Effusivité (b) : caractérise la capacité d un matériau à échanger de l'énergie thermique avec son environnement ; elle décrit la rapidité avec laquelle un matériau absorbe les calories. Plus l effusivité est élevée, plus le matériau absorbe d énergie sans se réchauffer notablement. Au contraire, plus elle est faible, plus vite le matériau se réchauffe. L'inertie thermique d'un matériau traduit sa capacité à accumuler la chaleur, ce qui entraîne à la fois un amortissement et un déphasage du pic de température intérieure. La chaleur des rayons solaires est stockée dans les parois pendant la journée et est restituée en soirée. L'inertie favorise d'autant le confort d'été qu'elle est forte, permettant d'écrêter les pointes de surchauffe pendant la journée, et d'améliorer l'efficacité de la ventilation nocturne, restituant longtemps la fraîcheur accumulée. L'inertie thermique est liée aux matériaux et à la manière dont ceux-ci constituent le bâtiment. Elle regroupe les paramètres physiques que sont la conductivité thermique, la capacité thermique, la diffusivité thermique et l'effusivité thermique, intervenant tous dans le comportement thermique du bâtiment. Copyright FCBA INFO, Avril

6 Concernant le confort thermique d été, la RT (Réglementation thermique) 2012 n a pour l instant pas apporté de changement à la Tic (température intérieure de confort) utilisée par la RT Mais un nouvel indicateur est en cours de définition et sera bientôt intégré en remplacement de la Tic. La Tic est fonction de données climatiques, des apports d énergie internes, du renouvellement d air (naturel ou forcé), des apports solaires, des déperditions par les parois et de l inertie. L inertie globale d un ouvrage correspond à l inertie du niveau le plus pénalisant. Ainsi, les bâtiments bois sont fortement pénalisés et sont généralement en inertie légère et même très légère. Les bâtiments sont soumis à des apports d énergie pouvant être à la fois internes : équipements électriques, moyen de chauffage, activité humaine et externes : énergie solaire principalement. Pour obtenir une ambiance confortable, ces apports d énergies doivent être gérés. Cette gestion peut être naturelle, par une conception bioclimatique des ouvrages, ou artificielle en utilisant des moyens techniques. Le rôle de la conception et du choix des équipements La conception des bâtiments et le choix des équipements sont très importants pour le confort thermique. Les éclairages et les rendements des appareils électriques doivent être quantifiés et optimisés afin de limiter les apports internes. La conception doit tenir compte de l environnement : topographie, vents dominants, urbanisation, orientations et ensoleillement. La ventilation naturelle, liée à un gradient de température ou de pression, doit être favorisée. Il est possible d agir sur la porosité à l air des parois, Copyright FCBA INFO, Avril

7 d utiliser la ventilation nocturne et d augmenter la ventilation des parements extérieurs en ossature bois. Le choix des vitrages est également important, ainsi que les moyens d occultations utilisés : débords de toit, volets, persiennes, double peau, casquette La végétation peut être utilisée pour créer des ombrages en été, détourner le vent, humidifier l air Les plantes sont présentes dans les aménagements extérieurs mais aussi en toiture-terrasse ou en murs végétalisés. L apport d humidité peut aussi être accentué avec des fontaines, des murs d eau ou des cheminées à vent humidifiées. L absorption ou la réflexion de l énergie dépend également de la couleur des matériaux. Il faudra donc faire attention aux couleurs utilisées sur le bâtiment, mais également aux couleurs présentes dans l environnement immédiat du bâtiment. Mais comme il n est pas toujours possible d optimiser la conception, il faut alors s adapter aux contraintes et trouver des moyens correctifs. Le rafraîchissement adiabatique consiste à diminuer la chaleur perçue et à augmenter celle que nous évacuons par ventilation. Ces systèmes peuvent être illustrés par une serviette mouillée devant un ventilateur. L isolation, la suppression des ponts thermiques et la gestion rigoureuse de l étanchéité à l air contribuent aussi au confort en permettant une gestion fiable des flux d énergie. Il est possible d apporter de l inertie dans un bâtiment bois en utilisant la mixité bois-béton : façades-rideau sur ossature béton, plancher collaborant, ou mise en place de dalles sèches. La régulation de la température de l air peut être améliorée en utilisant un puits canadien. Une climatisation Copyright FCBA INFO, Avril

8 mécanique est parfois nécessaire. Il conviendra alors de bien la dimensionner puis de bien assurer son entretien. Le CNRS travaille actuellement sur la mise au point d un déphaseur externe pouvant venir «corriger» le manque d inertie d un bâtiment. Aujourd hui, la conception et la combinaison des différents facteurs et matériaux impactant la notion de confort dans les bâtiments permettent d obtenir des ouvrages où il fait bon vivre. Dans l avenir, il serait intéressant de mettre en place une nouvelle stratégie permettant d améliorer l inertie des maisons bois, telle qu elle est évaluée par les outils réglementaires actuels, sans forcement passer par des solutions «mixtes» : d une part en identifiant les performances intrinsèques des systèmes constructifs bois adaptées à cette problématique et, d autre part, en trouvant des solutions bioclimatiques adéquates. Thierry Varachaud Copyright FCBA INFO, Avril