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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
Les simulations en support au concepteur
Principe généraux
Matériaux Géométrie
𝛻 ∙ λ 𝛻𝑇 =𝜕𝜌𝑐𝑇
𝜕𝑡
Modèle physique
Discrétisation
Résolution
Interprétation
Résultats
Climat
23/03/2017Les simulations en support au concepteur 4
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)
…
Les simulations en support au concepteur 23/03/2017 6
20°C & 75 % HR
20°C & 50 % HR
Tran
sfer
td
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aver
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s p
aro
is, G
uid
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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
Soirée d’information CCB-C - Conception hygrothermique des parois
Les simulations en support au concepteur
(NBN EN ISO 13788)
Calcul de la diffusion de la vapeur
Méthode Glaser
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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
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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
Soirée d’information CCB-C - Conception hygrothermique des parois
Les simulations en support au concepteur
(NBN EN 15026)
Calculs hygrothermique avancés
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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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Calculs hygrothermiques avancés
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
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Calculs hygrothermiques avancés
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
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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
Calculs hygrothermiques avancés
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
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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?
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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
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Stockage d’humidité et inertie
Exemple toiture plate lourde
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1
23
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
Jan Fev Mar Avr Mai Juin Juillet Aout Sept Oct Nov Dec
Après 3 ans…
Impact important de l’humidité de construction
Stockage d’humidité et inertie
Exemple toiture plate lourde
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1
23
1. Dalle béton (20cm)2. Isolant MW (18cm)3. Etanchéité bitume (4mm)
Evolution du condensat dans l’isolant sur 30 ans :
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Stockage d’humidité et inertie
Exemple toiture plate lourde
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1
23
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
Jan Fev Mar Avr Mai Juin Juillet Aout Sept Oct Nov Dec
Après 30 ans…
Séchage du béton très lent Glaser pas approprié pour évaluer la situation avec béton humide
Calculs hygrothermiques avancés
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
Jan Fev Mar Avr Mai Juin Juillet Aout Sept Oct Nov Dec
Capilarité
Exemple isolation par l’intérieur
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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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Calculs hygrothermiques
Prédictions précises?
Les différents modèles induisent des résultats (très) différents!
Pertes de chaleur
Indice de développement de moisissure
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Calculs hygrothermiques
Prédictions précises?
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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!
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Questions?
Merci pour votre attention!