L’avenir des bâtiments et de l’efficacité énergétique

Avec le phénomène de la mondialisation, il existe une tendance mondiale à construire des bâtiments élevés, avec des façades légères, principalement vitrées, quelles que soient les caractéristiques du climat local, ce qui rend nécessaire l’utilisation de systèmes de climatisation pour obtenir un confort thermique. Ces systèmes sont responsables d’une grande partie de la consommation d’énergie du bâtiment, ainsi que de problèmes de santé lorsque la qualité de l’air est compromise.

Que peut-on faire pour réduire cette consommation d’énergie ? Que peut-on faire pour rendre les environnements plus sains ?

En cette période où nous vivons avec la pandémie actuelle de COVID 19, l’importance du renouvellement de l’air et de la ventilation naturelle des environnements a été soulignée. Cela nous amène à réfléchir sur les possibilités réelles de garantir la salubrité dans les environnements dotés de systèmes de climatisation, ainsi que d’obtenir un confort thermique sans ces systèmes. D’une part, les progrès technologiques sont les bienvenus pour accroître l’efficacité énergétique des systèmes de climatisation, avec des gains également en matière de qualité de l’air et de réduction des gaz à effet de serre émis dans l’atmosphère. D’autre part, il est important de noter que c’est le bâtiment qui définit la demande de charges de conditionnement thermique.

Dans les climats très froids, où le chauffage est nécessaire, il est essentiel d’assurer une bonne isolation thermique des composants de l’enveloppe du bâtiment afin d’obtenir une efficacité énergétique. En outre, une bonne étanchéité à l’air des systèmes d’encadrement est requise. Quant aux systèmes dits « passifs », ils cherchent à optimiser l’exposition des éléments transparents afin de maximiser les gains d’énergie solaire ;

Dans les climats chauds, il existe essentiellement deux situations qui permettent de distinguer le type de bâtiment le plus adapté à chaque cas : le climat chaud humide et le climat chaud sec. Dans les climats chauds et humides, l’amplitude de la variation quotidienne de la température de l’air est beaucoup plus faible que dans les climats chauds et secs. Dans ces deux types de climats, les bâtiments ayant une inertie thermique différente sont plus appropriés, c’est-à-dire une faible inertie thermique pour les climats chauds et humides et une forte inertie thermique pour les climats chauds et secs ;

Dans tous les cas, il est nécessaire d’évaluer les niveaux de température sur des cycles quotidiens et annuels qui sont censés se répéter avec une certaine régularité. Ces niveaux de température permettent au concepteur de prévoir la nécessité, ou non, d’utiliser des systèmes de climatisation, en tenant compte des exigences des utilisateurs du bâtiment concernant les limites de température souhaitées, généralement exprimées à l’intérieur d’une  » zone de confort thermique « . En fonction de la relation entre les variations de température du climat local et les exigences des utilisateurs en matière de « zone de confort thermique », il est possible de renoncer à l’utilisation de systèmes de conditionnement thermique en choisissant l’inertie thermique appropriée du bâtiment ;

Même si l’on décide d’incorporer des systèmes de conditionnement thermique, il convient d’observer s’ils doivent être activés en permanence ou s’il est possible de se passer de leur utilisation pendant l’intervalle de temps le plus long possible ; dans ce cas également, l’inertie thermique adéquate du bâtiment peut garantir des intervalles de temps plus longs sans activation des systèmes de conditionnement, ainsi que les meilleures conditions de confort thermique.

Quelles que soient les conditions climatiques, pour les environnements conditionnés en permanence, plus l’isolation thermique et l’étanchéité à l’air des composants de l’enveloppe sont importantes, plus l’efficacité énergétique du bâtiment est élevée. Cependant, un bâtiment très efficace sur le plan énergétique dans ces conditions peut offrir des conditions de confort thermique très insatisfaisantes lorsque les systèmes de conditionnement thermique sont désactivés.

L’inertie thermique d’un bâtiment peut être caractérisée par la relation entre la variation de la température de l’air extérieur et de l’air intérieur au cours d’une journée : plus la variation de la température de l’air intérieur est faible par rapport à la variation de la température de l’air extérieur, plus l’inertie thermique de l’environnement est grande.

D’une manière générale, l’inertie thermique sera d’autant plus grande que la capacité thermique des composants de l’enveloppe du local sera élevée, ce qui correspond à la chaleur spécifique du matériau multipliée par sa masse. Comme la plupart des matériaux de construction ont une chaleur spécifique du même ordre de grandeur, on dit que des murs plus épais offrent une plus grande inertie thermique à l’environnement. C’est pourquoi les bâtiments typiques des régions au climat désertique ont des murs épais, des ouvertures réduites et certains sont semi-enterrés, profitant de l’inertie thermique du sol.

Il convient toutefois de noter qu’il est possible d’augmenter l’inertie thermique d’un environnement en ajoutant une isolation thermique dans ses composants, à condition de ne pas compromettre l’action de la capacité thermique effective de ces derniers. Dans ce cas, le positionnement du matériau isolant thermique a une importance fondamentale et doit être analysé au cas par cas. De plus, l’inertie thermique d’un environnement peut subir l’influence de l’ombrage des ouvertures et de la ventilation.

Dans les régions au climat chaud et humide, on observe au contraire des bâtiments à faible inertie thermique. Dans ce cas, en général, en plus des éléments lumineux, il faut garantir l’ombrage des ouvertures, voire des murs, si l’isolation thermique est faible, et la ventilation des pièces. Dans les lieux où il est nécessaire d’utiliser des systèmes de climatisation, l’isolation thermique occupe un rôle prépondérant, sans se soucier du positionnement de l’isolant thermique qui sera associé à des éléments à faible inertie thermique.

Ainsi, l’équation correcte entre les propriétés d’isolation thermique et de capacité thermique des composants, associée à un projet qui considère les meilleures stratégies d’exposition et d’ombrage des ouvertures, de ventilation des pièces et d’utilisation des ressources de conditionnement thermique des pièces en fonction des conditions climatiques du lieu, permettra d’assurer les meilleures conditions de confort et de bien-être des occupants, avec une meilleure efficacité énergétique des bâtiments.

On espère que, dans un avenir proche, les recherches en cours sur le développement de nouveaux matériaux et systèmes pour la construction civile aboutiront à des solutions viables, avec des coûts et des dommages réduits pour l’environnement, tant dans la phase de production que dans la période d’utilisation, sans oublier la destination à donner après leur vie utile.

Dans le cadre de la tendance actuelle à réduire la masse des bâtiments, afin d’obtenir une plus grande inertie thermique avec une masse réduite, les matériaux et systèmes à changement de phase intégrant des composants avec des surfaces à faible émissivité seront appropriés pour obtenir une plus grande isolation thermique des composants. Il convient également de noter le développement du verre électrochrome avec des propriétés photovoltaïques et de changement de phase, ainsi que des systèmes de climatisation à haute efficacité énergétique et à faible pollution environnementale, y compris la pollution sonore.

Pour y parvenir, on s’attend à une plus grande prise de conscience de la part des entrepreneurs, des concepteurs, des chercheurs, des législateurs et des utilisateurs finaux des bâtiments quant aux possibilités de bénéficier d’un bon confort thermique et du bien-être dans des environnements construits en harmonie avec l’environnement. Tout comme les législateurs peuvent créer des conditions favorables à la recherche, au développement et à la production de matériaux et de produits innovants dans ce contexte, les utilisateurs finaux consciencieux peuvent également influencer le marché, en stimulant les pratiques de construction de bâtiments meilleurs et plus sains pour tous, tant au niveau individuel que planétaire.

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