La recherche du CSIR confirme l'efficacité énergétique supérieure des bâtiments à ossature d'acier léger.
John Barnard, directeur SASFA
Un récent projet de recherche de la Division de l'environnement bâti du CSIR a confirmé qu'un logement à ossature d'acier léger (LSF), construit selon SANS 517, entraînera d'importantes économies d'électricité utilisées pour le chauffage et la climatisation du bâtiment, par rapport à un bâtiment en maçonnerie.
Afin d'obtenir une prédiction objective de la performance thermique d'une habitation à ossature métallique légère par rapport à un bâtiment en maçonnerie dans les différentes zones climatiques sud-africaines, la SASFA a approché le CSIR pour réaliser les analyses.
Une maison typique de plain-pied de 120 m² a été utilisée pour la comparaison. Le LSF et les maisons en maçonnerie ont été spécifiés pour être géométriquement identiques, avec une orientation identique. La maison LSF est conforme à tous égards au SANS 517 Light Steel Frame Building. Une maison de maçonnerie typique avec des murs extérieurs en briques d'argile à deux vantaux, sans aucune isolation dans les murs et les plafonds, a été utilisée comme cas de base. L'effet de l'ajout d'isolant de 40 mm dans les plafonds a également été évalué.
La Division Environnement bâti du CSIR a décidé d'utiliser l'Ecotect TM Logiciel V 5.6 pour effectuer les analyses informatiques. Afin d'éliminer l'effet des données saisies par l'utilisateur qui pourrait influencer le résultat, il a été décidé de recourir à une analyse passive, c'est-à-dire sans faire d'hypothèses concernant les modes d'occupation et d'utilisation de la maison. L'effet chauffant des lumières et des appareils n'a pas non plus été pris en compte.
Les analyses visaient tout d'abord à déterminer le nombre d'heures de températures inconfortablement élevées ou basses dans chacun des bâtiments. Les bâtiments étaient considérés comme ventilés naturellement et la plage de températures de confort thermique des bâtiments à ventilation naturelle à Pretoria est de 17.80C - 28.30C. Le modèle adaptatif a été utilisé pour calculer les niveaux de confort thermique dans les deux maisons.
L'électricité nécessaire pour chauffer et refroidir chacun des bâtiments aux niveaux de confort thermique (allant de 20 o C 24 o C, comme recommandé par le SANS 204) a également été déterminé.
Les principales différences entre les deux types de bâtiments sont l'isolation thermique et la masse thermique. Les murs d'un bâtiment LSF ont une meilleure isolation thermique, mais une masse thermique inférieure à celle des bâtiments en maçonnerie. La masse thermique plus élevée dans les murs des bâtiments en brique réduit les variations diurnes de la température interne vers la température moyenne, qui peut être trop élevée ou trop basse pour le confort. Il convient de noter que le sol en béton des deux types de bâtiments contribue à la masse thermique du bâtiment.
Résultats:
Les résultats indiquent que la maison LSF sera plus chaude qu'un bâtiment de maçonnerie de base en hiver, ainsi qu'en été. Si les heures d'inconfort dues à des températures trop élevées et trop basses sont additionnées, la maison LSF fonctionne mieux que l'alternative de maçonnerie dans tous les endroits sauf à Durban.
Par exemple, la température intérieure du LSFB se situait dans la plage de confort thermique pendant 74% du temps dans le climat de Pretoria, contre 71% pour le cas de base en maçonnerie - un avantage relativement faible.
Cependant, les analyses indiquent que l'électricité requise pour chauffer le bâtiment en briques de base à des niveaux de confort sera en moyenne le double de celle requise pour le bâtiment LSF, allant de 89% de plus à Pretoria à 112% de plus à Bloemfontein. Si un refroidissement à des températures confortables est nécessaire, il faudra en moyenne 3 fois plus d'électricité pour refroidir le bâtiment en maçonnerie jusqu'à un niveau de confort thermique par rapport à un LSFB.
Cette énorme augmentation de la quantité d'électricité nécessaire pour chauffer ou refroidir les espaces internes d'un bâtiment en maçonnerie peut être attribuée à la masse thermique des murs - en plus d'avoir à chauffer l'air à l'intérieur du bâtiment, les murs du bâtiment en maçonnerie en absorbent une partie. de la chaleur, entraînant une consommation d'énergie supplémentaire et un retard dans le changement de la température interne. L'inverse se produit lors du refroidissement, lorsque les lourds murs de maçonnerie doivent être refroidis avec l'air à l'intérieur du bâtiment.
Lorsque le plafond du bâtiment en brique est isolé, ses performances s'améliorent. Le graphique ci-dessous compare les heures d'inconfort thermique dans un LSFB avec celles de deux bâtiments en maçonnerie alternatifs:
- Cas de base: pas d'isolation de plafond ou de mur
- Brique B: isolation en laine de verre de 40 mm d'épaisseur dans les plafonds
Alors que le LSFB entraînera plus d'heures d'inconfort sans chauffage ni refroidissement dans le climat estival de Pretoria que les alternatives de maçonnerie, les occupants auront moins d'inconfort en hiver et moins d'inconfort au total.
Comme indiqué ci-dessous, le LSFB nécessitera moins de la moitié de l'électricité pour chauffer et refroidir à des niveaux de confort thermique que le cas de base en brique, et encore nettement moins que l'alternative de maçonnerie isolée au plafond.
Économies d'électricité pour le chauffage uniquement:
LSF par rapport à Brick Base Case: 32.7 GJ / an (47% d'économie)
Brique B: 13.5 GJ / an (20% d'économie)
Conclusion:
Les analyses thermiques comparatives du CSIR indiquent que le LSFB offre une efficacité énergétique améliorée par rapport aux bâtiments en maçonnerie conventionnels - cela signifie des économies significatives (entre 20% et 47%, selon le degré d'isolation du bâtiment en maçonnerie) d'électricité nécessaire pour Pretoria, par exemple.
Ces constatations sont généralement étayées par des témoignages reçus d'occupants des maisons LSF. Dans une enquête récente menée par SASFA, 57% des répondants ont déclaré que leur maison LSF était plus fraîche en été, tandis que 71% ont déclaré qu'il faisait plus chaud en hiver.
La recherche du CSIR a également indiqué des domaines spécifiques où d'autres gains d'efficacité énergétique peuvent être capturés pour le LSFB, et ceux-ci seront étudiés et mis en œuvre dans la méthodologie de construction LSF.
Référence: «Une analyse prédictive comparative des performances thermiques pour les bâtiments résidentiels à ossature métallique légère et en maçonnerie», T Kumirai et Dr D Conradie, CSIR.
