G-box. Mesure in situ des performances énergétiques de façades transparentes et translucides

Pahud, Daniel and Gallinelli, Peter and Crivellin, Dimitri and Margot, Sylvie and Camponovo, Reto and Belliardi, Marco (2013) G-box. Mesure in situ des performances énergétiques de façades transparentes et translucides. Project Report UNSPECIFIED

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Abstract

La mode architecturale contemporaine se caractérise par une grande utilisation du verre dans la construction: soit en tant qu’enveloppe entièrement transparente (simple peau, double peau), soit dans des ouvertures transparentes d’importantes dimensions (baies vitrées, verrières). Par contre du point de vue thermique le verre reste un élément faible: en hiver les pertes par transmission sont toujours plus importantes que celles des parties opaques et, en été, les apports énergétiques occasionnent de la surchauffe. g-box consiste dans le développement d’un équipement de mesure permettant de mesurer in-situ les performances énergétiques des éléments de construction transparents ou translucides. Dans le contexte du financement consenti par l’OFEN, deux installations comportant chacune deux enceintes calorimétriques ont été fabriquées dans les ateliers de hepia. Elles permettent la mesure simultanée de deux vitrages et d’évaluer l’effet d’une protection solaire ou d’une autre intervention par comparaison. Une installation a été livrée et installée à la SUPSI alors que l’autre a été exploitée à Genève pendant deux saisons. Une procédure de calibration des senseurs de température a été élaborée pour affiner la mesure de la puissance thermique avant une campagne de mesure. D’autre part les mesures enregistrées la nuit permettent de calibrer le coefficient des pertes thermiques du vitrage en établissant le bilan énergétique nocturne d’un box. Des mesures sur cinq systèmes d’enveloppe et avec différents systèmes de protection solaire ont été effectuées. Ces mesures ont permis d’acquérir une compréhension approfondie des phénomènes physiques et particulièrement thermiques en jeu. Deux difficultés majeures ont été mises en évidence par l’analyse des mesures et des incertitudes. La première concerne la précision des mesures de température. Une piste sérieuse concerne la température de référence du datalogger, qui doit être la plus uniforme possible dans les contacts des thermocouples. Elle peut sans aucun doute être améliorée avec une intervention relativement simple. L’autre difficulté concerne les effets de bord engendrés par le box en contact avec le vitrage. Si le bilan énergétique de nuit permet de calibrer les pertes du box vers l’extérieur, il manque encore la prise en compte de gains solaires secondaires en provenance de la tranche du box en contact avec le vitrage. Des expérience spécifiques restent à faire pour identifier, quantifier et corriger ces effets indésirables. L’analyse des mesures a donc conduit à évaluer un coefficient g plus élevé que ce qu’il devrait être. Toutefois la surévaluation est très variable et dépend des conditions et du type de vitrage. Les plus grandes différences ont été observées avec les modules BIPV. Mais il faut relever des conditions de mesure particulièrement difficiles, qui ont présenté des variations de température d’ambiance fortes et rapides, engendrant des phénomènes transitoires pour le g-box. En revanche les meilleures mesures ont été obtenues dans la salle de cours A204 à Trevano, qui a présenté des températures d’ambiance relativement stables. Les mesures du coefficient g des vitrages de la salle A204, sans protection solaire, livrent une valeur moyenne journalière de 0.38 +/- 0.03 avec le box 1. Cette valeur est compatible avec celle du fabriquant qui donne une valeur ponctuelle de 0.38. Les mesures permettent de mesurer l’évolution du coefficient g au cours d’une journée, de même que le coefficient g global d’un vitrage avec une protection solaire extérieure. Les effets dynamiques d’ombrage, comme un pilier latéral à la fenêtre, ou la position des lamelles d’un store, sont mis en évidence par le g-box. Les mesures du coefficient g nécessitent une belle journée. Une dispersion des résultats est observée d’un beau jour à un autre, et donc il est nécessaire de pouvoir prolonger les mesures sur une série de beaux jours de façon à limiter les incertitudes aléatoires, généralement causées par les diverses conditions climatiques et d’ambiance. Les dispersions observées et les incertitudes calculées ont produit une marge d’erreur qui, évaluée à deux écart types pour avoir un intervalle de confiance de 95%, est typiquement de 0.03 - 0.06 en valeur absolue sur le coefficient g. La surévaluation du coefficient g, causé par un phénomène non pris en compte dans le modèle thermique d’un box, peut créer une erreur systématique supérieure à l’incertitude indiquée ci-dessus. C’est la raison pour laquelle des études spécifiques sont encore nécessaires pour améliorer la méthode et l’analyse des mesures. Le dispositif g-box développé dans ce projet fait preuve de très bonnes caractéristiques et présente un bon potentiel d’amélioration. Les mesures continues permettent en outre d’établir le bilan des gains solaires journaliers d’un vitrage et de sa protection solaire, ce qui ouvre des perspectives nouvelles pour prendre en compte l’influence de l’utilisateur ou de la régulation des stores.

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