Amélioration du confort d'été dans des bâtiments à ossature par ventilation de l'enveloppe et stockage thermique

par Adrien Brun

Thèse de doctorat en Génie civil et sciences de l'habitat

Sous la direction de Etienne Wurtz et de Daniel Quénard.

Soutenue le 26-01-2011

à Grenoble , dans le cadre de École doctorale sciences et ingénierie des systèmes, de l'environnement et des organisations (Chambéry) , en partenariat avec Laboratoire d'optimisation de la conception et ingénierie de l'environnement (Le-Bourget-du-Lac, Savoie) (équipe de recherche) et de Laboratoire Optimisation de la Conception et Ingénierie de l'Environnement (laboratoire) .

Le président du jury était Jean-Jacques Roux.

Le jury était composé de Pierre Hollmuller, Samira Kherrouf.

Les rapporteurs étaient François Garde.


  • Résumé

    Depuis quelques années, d'importants efforts ont été réalisés sur l'amélioration de la performance énergétique des bâtiments qui représentent le premier poste de consommation énergétique en France. Les exigences de la nouvelle réglementation thermique 2012 illustrent bien ces évolutions avec une consommation conventionnelle d'énergie primaire comprenant l'ensemble des postes (chauffage, climatisation, éclairage, ventilation, eau chaude sanitaire), déduction faite de l'électricité produite sur place, qui devra être inférieure à 50 kWh.m2.an-1 d'énergie primaire. La réponse à cette nouvelle exigence se fera par l'adoption de technologies constructives conduisant à une consommation pour le chauffage équivalente aux constructions dites « passives » (environ 15 kWh.m2.an-1) et dont le recours à la climatisation est limité voir inexistant. Il s'agit pour cela de limiter toutes les contributions à l'échauffement du bâtiment et éventuellement de lui adjoindre un système de rafraichissement à coefficient de performance élevé. Après avoir montré par l'exemple qu'un bâtiment à ossature à faible inertie en métropole, par sa capacité de stockage thermique limitée, est prédisposé à des problèmes de surchauffe, nous avons construit cette thèse autour de deux axes d'amélioration, dédiés aux constructions à ossature, que sont : - La limitation des charges solaires transmises au travers de l'enveloppe en faisant appel à une spécificité des constructions à ossature qu'est la présence d'un espace naturellement ventilé en sous-face du parement extérieur que nous utiliserons afin d'extraire une partie des charges solaires incidentes; - Le couplage de ces bâtiments « légers » à un échangeur air/masse qui contient l'inertie nécessaire au maintien des conditions de confort estivales lorsque la réduction de température nocturne le permet. Basée sur une approche numérique et expérimentale en vrai grandeur et en conditions réelles, nous proposons d'aborder tour à tour chacune de ces stratégies d'amélioration du confort qui trouvent leurs applications aussi bien en climat chaud et sec qu'en climat tropical.

  • Titre traduit

    Summer confort improvement in wooden frame building by wall and roof ventilation and thermal storage


  • Résumé

    Building sector is the most important energy consumer in France, and one of the field where there is the highest potential for improvement. In recent years, building energy consumption has been the subject of continuously up-dated regulations aimed at reducing its impact. As an example, the latest national thermal regulation (RT 2012) makes it compulsory to respect the limits previously introduced by RT 2005 as a voluntary label, corresponding to the definition of guil{Low energy consumption buildings} (BBC); in order to get such a label, a building should have a primary energy consumption lower than 50 kWh.m2.an-1, calculated by making a balance between consumptions (heating, cooling, domestic hot water, lighting, ventilation) and local electricity production. In order to respond to this new requirement, appropriate architectural and technological solutions have to be used. As a results, heating needs should be limited to approximately 15 kWh.m2.an-1 - by improving the building insulation or by adopting passive solar techniques - and summer thermal comfort should be achieved with a minimum primary energy waste. Therefore, internal heat gains and external solar transmission must be limited and, if necessary, low energy cooling systems could be used. In the present work, we firstly studied the case of a low thermal inertia building. The simulation results show that this construction typology is subject to uncomfortable temperature swing. Afterwards, two propositions leading to the improvement of summer thermal comfort were developed. The first, dedicated to warm and humid climates, consists in limiting solar transmission through the wall by using a gap, generally integrated in a timber frame structure, to eliminate part of the absorbed heat by means of natural ventilation. Then, the increase of the building thermal inertia through the association of an air/mass storage system was assessed, which is especially suitable in warm and dry climates. Both propositions were based both on numerical studies and on experimentation performed on a full-scale test rig installed at CSTB (Scientific and Technical Centre for Building research).


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