Contenu · 2017. 3. 22. · Avec le support de la guidance technologique ‘éco-construction et développement durable’ de la Région de Bruxelles- apitale subsidiée par l’Institut

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Les simulations en support au concepteur

Antoine Tilmans

Chef de laboratoire adjoint

« Caractéristiques énergétiques »

23 mars 2017

23/03/2017Les simulations en support au concepteur 1

Soirée d’information CCB-CConception hygrothermique des parois – PARTIE 2

Avec le support de la guidance technologique ‘éco-construction et développement durable’ de la Région de Bruxelles-Capitale subsidiée par l’Institut Bruxellois pour la Recherche et l’Innovation (InnovIRIS)

Contenu

o Introduction

o Calcul Glaser

o Calculs hygro avancés

o Conclusions

Les simulations en support au concepteur 23/03/2017 2

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Introduction

Soirée d’information CCB-C - Conception hygrothermique des parois


Principe généraux

Matériaux Géométrie

𝛻 ∙ λ 𝛻𝑇 =𝜕𝜌𝑐𝑇

𝜕𝑡

Modèle physique

Discrétisation

Résolution

Interprétation

Résultats

Climat


3

Sollicitations hygrothermiques

Toutes les données sont nécessaires/disponibles ???23/03/2017Les simulations en support au concepteur 5

Caractéristiques hygro des matériaux

o Base :

• Porosité

• Masse volumique

• Chaleur massique

• Conductivité thermique

o Stockage d’humidité

o Transport d’humidité

• Perméabilité à la vapeur

• Transfert d’eau liquide

(absorption et séchage)

…


20°C & 75 % HR

20°C & 50 % HR

Tran

sfer

td

’hu

mid

ité

à tr

aver

s le

s p

aro

is, G

uid

e Te

ch.

CST

B, 2

00

9

Zhao, A systematic approach for material characterization, TU Dresden

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Calcul de la diffusion de la vapeur :

la méthode Glaser



(NBN EN ISO 13788)

Calcul de la diffusion de la vapeur

Méthode Glaser


Limitations :Calcul 1DStationnairePas de stockage d’humidité (matériaux hygroscopiques,…)Pas de transfert d’eau liquide (capillarité,…)Pas d’effet de l’ensoleillement, de la pluie,…Pas d’infiltration…

Logiciels :

Avantages :Calcul simple et rapideDonnées d’entrées limitéesInterprétation simple des résultats (quantité de condensat)

U-value.net ,…GLASTA

USai

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Calcul de la diffusion de la vapeur

Méthode Glaser


𝑍𝑇 = 𝑍

𝑔𝑣 =𝑝𝑖 − 𝑝𝑒𝑍𝑇=𝑝𝑗+1 − 𝑝𝑗

𝑍𝑗

𝑍 =𝜇𝑑

𝛿𝑎𝑖𝑟=𝑠𝑑𝛿𝑎𝑖𝑟

Résistance à la diffusion de vapeur d’unecouche :

Résistance totale :

Flux de vapeur [kg/(m².s)] :

𝑔𝑣

Exté

reu

r(T

e, p

e)

Inté

rieu

r(T

i, p

i)

p1 p2 p3 p4 p5

𝑍1

𝑍2 𝑍3 𝑍4

psaturation

lain

em

inér

ale

maçonnerie

Si pi < psaturation OKSinon calcul et suivi de la quantité de condensat

Quantité de condensat à l’interface j :

𝑔𝑐,𝑗 =𝑝𝑗+1 − 𝑝𝑗

𝑍𝑗−𝑝𝑗 − 𝑝𝑗−1

𝑍𝑗−1

𝛿𝑎𝑖𝑟 = 1.87 ∙ 10−10 [s] à 20°C

Calculs du transfert de vapeur

NIT 215 :

Critères de conception : quantité de condensat


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Calculs hygrothermiques avancés



(NBN EN 15026)

Calculs hygrothermique avancés


Limitations :Calculs complexesGrand nombre de données d’entrées (données matériaux, climats,…)Difficulté d’interprétation des résultats…

,…

Logiciels :

Avantages :Calcul 2D et dynamiquePrise en compte du climat réel (T et HR, mais aussi ensoleillement, pluie,…)Prise en compte d’un grand nombre de phénomènes :

- stockage d’humidité et inertie thermique/hygrique- capillarité et tranferts d’eau liquide (absorption capillaire, séchage,…)-…

WUFI

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Quels critères de conception?

o Pas de critères bien établis en Belgique

o WTA Merkblatt 6-5 (Allemagne) :

• Pas d’accumulation d’humidité au cours des années

• Dégats de gel de la maçonnerie :

▪ Degré de saturation (Contenu en eau / contenu en eau max) < 30%

• Dégradation des enduits de plâtre :

▪ Humidité relative < 95%

• Matériaux à base de bois :

▪ HR > 20% pendant maximum 6 mois et taux humidité inférieur au

taux à saturation



Quels critères de conception?

o Autres critères possible pour le bois :

• Taux d’humidité < 16% (panneaux) ou 20% (bois massif)

• Autres :

▪ Time Of Wetness (TOW) 20/5 : temps pendant lequel le taux

d’humidité dépasse 20% et la température 5°C < 720 h/an pour

éviter les moisissures

▪ TOW 25/10 < 168 h/an pour éviter la pourriture

▪ Modèles de Viitanen pour prédire la dégradation du bois


8

0

20

40

60

80

100

120

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

w [

kg/m

³]

HR [-]

Sorption curves


Stockage d’humidité : exemples de matériaux

Mesure de sorption

Mesure à la plaque de pression

Bas

e d

e d

on

née

sD

elp

hin

5.6

.8

0

20

40

60

80

100

120

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

w [

kg/m

³]

HR [-]

Sorption curves

Spruce

Beton

Brick

Cellulose

Silicate calcium

PUR


bois

béton

SiCa

brique

PUR

CEL

592 592

716

930

1177

1391

1514 1514

1391

1177

930

716

400

600

800

1000

1200

1400

1600

Jan Fev Mar Avr Mai Juin Juillet Aout Sept Oct Nov Dec

Stockage d’humidité et inertie

Exemple ossature bois : impact de l’isolant?


1

2

3

1. Panneau OSB (18mm)2. Isolant (230mm)3. Panneau fibre de bois (18mm)

Matériaux légers (isolant) très peu d’impact sur le comportement dynamique

calcul Glaser

http://www.google.be/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0CAcQjRw&url=http://www.maison-deco.com/rechercher/Mousse-polyurethane&ei=OTDbVNz0LIv3O4fJgMAM&bvm=bv.85761416,d.ZWU&psig=AFQjCNE052er1YritookrIN8myeuKU1ADg&ust=1423737263333963




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Exemple toiture plate lourde


1

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1. Dalle béton (20cm)2. Isolant MW (18cm)3. Etanchéité bitume (4mm)

calcul Glaser

780836

1013

1306 1301

14571547 1547

1457

1301

1013

836

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200


Après 3 ans…

Impact important de l’humidité de construction




1

23


Evolution du condensat dans l’isolant sur 30 ans :

10




1

23


calcul Glaser

780836

1013

1306 1301

14571547 1547

1457

1301

1013

836

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200


Après 30 ans…

Séchage du béton très lent Glaser pas approprié pour évaluer la situation avec béton humide


Transfert d’eau liquide

La capillarité

Succion plus importanteMais transfert liquideMatériaux poreux = ensemble de

Dépend de la porosité des matériaux (dimension et répartition des pores)


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74%

69% 69% 69% 68% 68% 69%

74%

80%

86%87%

82%

0.5

0.55

0.6

0.65

0.7

0.75

0.8

0.85

0.9

0.95

1


Capilarité

Exemple isolation par l’intérieur


1

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1. Maçonnerie existante (32cm)2. Enduit existant (15mm)3. Isolant MW (10cm)4. PV + finition (10mm)

4limit WTA

calcul Glaser

Dans certaines situations (pluie, condensation importante,…), transport par capillaritéest très important

Calculs hygrothermiques

Prédictions précises?

Un problème identique…

…posé à différents spécialistes


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Les différents modèles induisent des résultats (très) différents!

Pertes de chaleur

Indice de développement de moisissure





7 briques anciennes

Coefficients d’absorption

Grande variabilité de certainescaractéristiques!

Quelle brique en pratique?

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Conclusions

o Bonne connaissance initiale du problème nécessaire

o La méthode Glaser permet une évaluation rapide et

simple du comportement hygro

o Logiciels hygro (Delphin, WUFI,…) nécessaires :

• matériaux avec forte inertie thermique/hygrique et capacité

de stockage

• évolution temporelle importante (humidité de

construction,…)

• transport d’eau liquide important

o Logiciels hygro donnent beaucoup de possibilités…

de se tromper prudence!


Questions?

Merci pour votre attention!

Documents

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