Étude des performances énergétiques d'une paroi ventilée bioclimatique

Study of the energy performance of a bioclimatic ventilated wall

• Auteur / Autrice : Dwinanto Sukamto
• Direction : Monica Siroux
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Energétique
• Date : Soutenance le 27/09/2021
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, sciences de l'information et de l'ingénieur (Strasbourg ; 1997-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des sciences de l'ingénieur, de l'informatique et de l'imagerie (Strasbourg ; 2013-....)
• Jury : Président / Présidente : Patrick Salagnac
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mame Jean Pierre William-Louis
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Stéphane Lassue, Mohammed El Ganaoui

Mots clés

Mots clés contrôlés

Économies d'énergie

Habitations -- Chauffage et ventilation

Énergie

Constructions -- Économies d'énergie

Mots clés libres

Performance thermique

Paroi bioclimatique ventilée

Épaisseur de la lame d'air

Débit d'air

Boîte chaude

Thermal performance

Ventilated bioclimatic wall

Air space thickness

Air flow rate

Hot box

Résumé

Les orientations politiques actuelles imposent le bâtiment à énergie zéro (NZEB) comme nouveau standard de la construction neuve pour 2020. Par ailleurs, dans le domaine de la réhabilitation énergétique des bâtiments existants, la recherche de solutions pour la rénovation est un sujet fondamental. L’enjeu de cette démarche est l’efficacité énergétique des bâtiments pour la lutte contre le changement climatique et un des moyens pour y parvenir ce sont des parois innovantes bioclimatiques, qui sont la base des économies d’énergie dans le bâtiment de demain. Les travaux de cette thèse s’inscrivent dans ce cadre et visent à caractériser les performances énergétiques d’une paroi ventilée bioclimatique. La façade ventilée est souvent utilisée par les architectes. Une façade ventilée est composée de deux parois, séparées par une cavité ventilée. Outre l'aspect esthétique, le but premier de ce type de façade est de protéger les matériaux d'isolation en dissipant l'humidité. La façade ventilée permet également de réaliser des économies d'énergie. Pour toutes ces raisons, la façade ventilée peut être une solution intéressante pour les bâtiments existants et nouveaux.Le premier chapitre de cette thèse présente le contexte énergétique en France et en Indonésie, l'évolution de la réglementation thermique du bâtiment et recense les différents types de parois ventilés et les indicateurs de performance utilisés dans la réglementation, un état de l’art sur les parois ventilés ainsi que sur leurs différents modes de fonctionnement.Le deuxième chapitre de cette thèse présente le prototype de paroi ventilée développé, le dispositif expérimental mise en place pendant la thèse et la métrologie thermique développée pour caractériser le comportement thermique de la paroi ventilée.La paroi ventilée étudiée ici est une paroi avec un canal non hermétiquement isolé participant à l’apport d’air neuf au sein du bâtiment ; un échange convectif a lieu dans la cavité selon l’axe de la paroi, qui vient perturber le flux thermique radial entre les ambiances intérieure et extérieure. L'air en écoulement à l'intérieur de la cavité est alors préchauffé et introduit à l'intérieur du bâtiment. Ce dispositif permet alors la diminution des besoins en chauffage du bâtiment. L’échantillon étudié est composé de deux parois. La première est fixe tandis que la seconde est mobile permettant ainsi de faire varier l’épaisseur de la cavité ventilée. Une boîte chaude a été instrumentée afin de pouvoir caractériser les performances énergétiques de la paroi ventilée. La boîte chaude est un dispositif composé de deux enceintes climatiques capables de reproduire des conditions de température et d’humidité relative choisies. La plage en température et en humidité va de -30°C à +60°C et de 10% à 98%. Chaque enceinte possède son propre groupe frigorifique garantissant la production de froid avec une précision sur la température de ± 2 °C. Chacune possède également 3 résistances électriques de 2.5 kW, garantissant la production de chaleur avec une précision sur la température de ± 3 °C. La boîte chaude gardée est connectée à un ordinateur permettant de contrôler les paramètres de température et d’humidité de chacune des enceintes...Dans le troisième chapitre de cette thèse, des essais effectués sur le dispositif expérimental mis en place au sein de notre laboratoire ont été présentés. Il s’agit des expériences spécifiques qui ont été effectuées pour tester le prototype ventilé développé ainsi que la boîte chaude...

The current political orientations impose the Nearly Zero-Energy Buildings (NZEB) as the new standard for new construction for 2020. In addition, in the field of energy rehabilitation of existing buildings, the search for solutions for renovation is a fundamental subject. The challenge of this approach is the energy efficiency of buildings to the fight against climate change and one of the means to achieve this are innovative bioclimatic walls, which are the basis of energy savings in the building of the future. The work of this thesis is part of this framework and aims to characterize the energy performance of a bioclimatic ventilated wall. The ventilated façade is often used by architects. A ventilated façade is composed of two walls, separated by a ventilated cavity. In addition to the aesthetic aspect, the main purpose of this type of facade is to protect the insulation materials by dissipating humidity. The ventilated facade also allows for energy savings. For all these reasons, the ventilated façade can be an interesting solution for existing and new buildings. The first chapter of this thesis presents the energy context in France and in Indonesia, the evolution of the thermal regulation of the building and lists the different types of ventilated walls and the performance indicators used in the regulation, a state of the art on the ventilated walls as well as on their different modes of operation.The second chapter of this thesis presents the prototype of the ventilated wall developed, the experimental device set up during the thesis, and the thermal metrology developed to characterize the thermal behavior of the ventilated wall.The ventilated wall studied here is a wall with a non-hermetically sealed channel participating in the supply of fresh air to the building; a convective exchange takes place in the cavity along the axis of the wall, which disturbs the radial heat flow between the indoor and outdoor environments. The air flowing inside the cavity is then preheated and introduced inside the building. This device allows the reduction of the heating needs of the building. The studied sample is composed of two walls. The first one is fixed while the second one is mobile allowing to vary the thickness of the ventilated cavity.A hot box was instrumented to characterize the energy performance of the ventilated wall. The hot box is a device composed of two climatic chambers capable of reproducing the selected temperature and relative humidity conditions. The temperature and humidity range are from -30°C to +60°C and from 10% to 98%. Each chamber has its refrigeration unit guaranteeing the production of cold with a temperature precision of ± 2°C. Each one has also 3 electric resistances of 2.5 kW, guaranteeing the production of heat with a precision on the temperature of ± 3 °C. The hot box is connected to a computer to control the temperature and humidity parameters of each chamber...In the third chapter of this thesis, tests carried out on the experimental device set up in our laboratory were presented. These are the specific experiments that were performed to test the developed ventilated prototype and the hot box...