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4.2 Ecoulements d’air à travers les joints et les ouvertures

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Les différences de pression entre l’intérieur et le climat extérieur provoquent un débit d’air à travers les inétanchéités. Une différence de pression Δp peut être générée d’une part par la pression du vent et/ou par tirage thermique. C’est ainsi que l’air s’écoule de façon incontrôlée à travers les inétanchéités de l’enveloppe du bâtiment en raison des conditions climatiques à l’intérieur et à l’extérieur → renouvellement d’air naturel.

Les installations de ventilation donnent par contre la possibilité de contrôler la différence de pression Δp et ainsi également le débit d’air s’écoulant à travers le bâtiment → renouvellement d’air forcé.

Pour une différence de pression donnée, le type d’écoulement dépend de la grandeur et de la forme de chaque ouverture. Pour des passages relativement grands comme par exemple des fentes d’aération ou des longs joints de fenêtres peu étanches, l’écoulement est en principe turbulent et le débit volumique résultant est proportionnel à . Pour des fentes très étroites et des fissures qui ont des chemins d’écoulement relativement longs comme des fissures dans un mortier ou des joints de fenêtres bien ajustées, l’écoulement est principalement déterminé par la viscosité de l’air et reste essentiellement laminaire et proportionnel à Δp.

Sur les joints entre éléments de construction il se produit d’ordinaire une combinaison des deux régimes d’écoulement et le débit peut être décrit par une loi de puissance (loi d’écoulement à travers les fuites):

(4.2)

Pour les fenêtres et portes, le débit volumique d’air dans le domaine des pressions relevant de la physique du bâtiment s’obtient à l’aide de la loi ci-dessus et de ce que l’on définit comme le coefficient de perméabilité à l’air des joints aF :

(4.3)

Caractéristiques de perméabilité à l'air de groupes d'éléments de construction
Fig. 4.2: Caractéristiques de perméabilité à l’air de groupes d’éléments de construction (fenêtres et portes) d’une cage d’escalier, en fonction du degré d’étanchéité de quelques joints (aF·l en m3·h–1·Pan) [4.8]

L’exposant n de la différence de pression ainsi que le coefficient de perméabilité à l’air des joints aF ou la perméabilité aF · l  se déduisent de courbes caractéristiques de perméabilité à l’air déterminées expérimentalement et varient en fonction de la construction des éléments correspondants.

La valeur de l’exposant n se situe entre 1,0 (écoulement laminaire à travers le joint) et 0,5 (écoulement turbulent à travers le joint). Pour des premières estimations, on emploie normalement une valeur moyenne n = 2/3. Dans les gaines et les cheminées, l’écoulement obéit à la loi d’écoulement à travers les gaines (écoulement turbulent):

(4.4)

L’écoulement par les fenêtres et portes fermées est décrit par une perméabilité D (= aF · l ou aA · A) et l’exposant n de la différence de pression. Dans l’état ouvert cependant, une attention particulière doit être portée car les très grandes ouvertures influencent la plupart du temps la position du niveau neutre (voir section 4.3.2).

L’écoulement ne peut plus être décrit par un débit d’air unidirectionnel; l’ouverture doit être décomposée en une série de bandes horizontales pour lesquelles les chemins d’écoulement qui y règnent doivent être traités séparément.

Tab. 4.1: Valeurs indicatives du coefficient de perméabilité à l’air des joints [4.16]

Répartition de l'écoulement d'air à travers une grande ouverture en plusieurs couches de courant; régime de pression et d'écoulement à travers une grande ouverture par conditions « homogènes »
Fig. 4.3: Répartition de l’écoulement d’air à travers une grande ouverture en plusieurs couches de courant; régime de pression et d’écoulement à travers une grande ouverture par conditions « homogènes » (convection pure, écoulement double avec un niveau neutre (NN) situé approximativement au milieu de l’ouverture)

Les différences de température ou les gradients verticaux de température, respectivement de densité, dans les zones adjacentes produisent un écoulement bidirectionnel qui peut en outre être influencé par les différences de pression avec les autres zones existantes. La répartition de l’écoulement sur la hauteur de l’ouverture dépend principalement des types d’échanges de chaleur dans les zones adjacentes (voir Fig. 4.3).

4.2.1 Effet combiné de plusieurs fenêtres/portes

Comme pour les conductances et résistances contrôlant les transports stationnaires de chaleur et d’humidité au travers des éléments de construction, les «résistances » ou conductances des joints de fenêtres ou de portes peuvent, pour des structures de bâtiments simples, être résumées par des conductances équivalentes (voir Fig. 4.4):

Schéma électrique équivalent pour l'écoulement à travers une composition de joints
Fig. 4.4: Schéma électrique équivalent pour l’écoulement à travers une composition de joints (écoulement transversal sur un étage)

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2018-09-24T17:47:51+00:00
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