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ETUDE DU FACTEUR SOLAIRE DU SYSTEME DE TOITURE
VEGETALISEE VERDURA/HYDROPACK
Société : ETERNIT
DÉPARTEMENT ENVELOPPE
ET REVÊTEMENTS
Service DER Date
Division HTO Le 23 avril 2008
DER/HTO 2008-083- RB/LS
N° affaire : 08-009
Client seul Version 1
Unité ayant effectué les travaux : DER/HTO
Responsable des travaux : Rémi BOUCHIE
Téléphone : 01.64.68.84.86
Date de la commande : 04/03/07
Date de l’étude : Avril 2007
ETUDE DU FACTEUR SOLAIRE DU SYSTEME DE TOITURE VEGETALISEE
VERDURA/HYDROPACK
Commanditaire de l’étude :
Société : ETERNIT
BP 33
78540 VERNOUILLET
La reproduction de ce rapport d’étude n'est
autorisée que sous la forme de fac-similé
photographique intégral, sauf accord particulier
du CSTB.
Ce rapport d’étude comporte 14 pages dont 5
pages d’annexes.
CONTENU
I. OBJECTIF DE L’ETUDE................................................................................................. 4
II. DESCRIPTION SUCCINCTE.......................................................................................... 4
III. METHODOLOGIE.......................................................................................................... 5
III.1 Principe ..................................................................................................................... 5
III.2 Règles de calcul ....................................................................................................... 5
III.3 ...
ETUDE DU FACTEUR SOLAIRE DU SYSTEME DE TOITURE VEGETALISEE VERDURA/HYDROPACK
Société : ETERNIT
DÉPARTEMENT ENVELOPPE ET REVÊTEM TS EN
Service DER Date Division HTO Le 23 avril 2008 DER/HTO 2008-083- RB/LS N affaire : 08-009 ° Client seul Version 1
Unité ayant effectué les travaux : DER/HTO Responsable des travaux : Rémi BOUCHIE Téléphone : 01.64.68.84.86 Date de la commande : 04/03/07 Date de létude : Avril 2007 ETUDE DU FACTEUR SOLAIRE DU SYSTEME DE TOITURE VEGETALISEE VERDURA/HYDROPACK Commanditaire de létude : Société : ETERNIT BP 33 78540 VERNOUILLET
La reproduction de ce rapport détude n'est autorisée que sous la forme de fac-similé photographique intégral, sauf accord particulier du CSTB. Ce rapport détude comporte 14 pages dont 5 pages dannexes.
CONTENU I. OBJECTIF DE LETUDE................................................................................................. 4 II. DESCRIPTION SUCCINCTE .......................................................................................... 4 III. METHODOLOGIE .......................................................................................................... 5 III.1 Principe ..................................................................................................................... 5 III.2 Règles de calcul ....................................................................................................... 5 III.3 Hypothèses...............................................................................................................5 III.3.1 Géométrie ...................................................................................................... 5 III.3.2 Conductivité thermique et caractéristiques énergétiques des matériaux..... 6 III.3.3 Conditions aux limites.................................................................................... 6 III.3.4 Hypothèses relatives au calcul de facteur solaire......................................... 6 III.4 Formules ................................................................................................................... 7
IV. V.
RESULTATS................................................................................................................... 8 CONCLUSIONS............................................................................................................. 9
AFFAIRE N° 08-009 « STE ETERNIT « - REF DER/HTO 2008-083-RB/LS 23/04/08
Toiture végétalisée VERDURA/HYDROPACK
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I. OBJECTIF DE LETUDE Lobjectif de cette étude est de calculer, pour le compte de la société ETERNIT SAS, le facteur solaire du procédé de toiture végétalisée VERDURA/HYDROPACK. Les détails techniques ont été transmis au CSTB par la société ETERNIT SAS et sont reproduits en annexe à la fin de ce rapport. Il est important de rappeler que les résultats présentés ici ne traitent que de laspect thermique du procédé et ne préjugent en rien de son aptitude à lemploi.
II. DESCRIPTION SUCCINCTE Le système de végétalisation en pente VERDURA/HYDROPACK est un procédé léger de végétation extensive pré-cultivée des couvertures qui se compose : - dun support par plaque profilée en fibre-ciment VERDURA assurant létanchéité de la couverture. - Dune végétalisation assurée par des bacs pré-cultivés à réserve deau HYDROPACK.
Ce procédé peut être associé à une isolation en sousface, de résistance thermique variable.
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III. METHODOLOGIE III.1 Principe Le facteur solaire dune toiture se déduit en effectuant le rapport entre le flux thermique traversant la toiture, duquel est soustraite la composante liée uniquement à la différence de température entre les ambiances intérieures et extérieures, et le flux solaire incident. III.2 Règles de calcul Le calcul du facteur solaire se fait à laide dun modèle numérique unidimensionnel développé au CSTB tenant compte de leffet de la ventilation des lames dair. Un bref descriptif du modèle employé se situe au § I II.4. Ce modèle a fait lobjet dune validation expérimentale pour un cas de rampant de toiture standard. III.3 Hypothèses III.3.1 Géométrie Le modèle de ventilation étant unidimensionnel, la plaque VERDURA est modélisée par une épaisseur dair équivalente. Lépaisseur de la couche de terre est prise égale à 80 mm.
Les effets de circulations dair tridimensionnelles au niveau de la sousface des bacs ne sont pas pris en compte. La lame dair délimitée par les pannes de fixation de 75 x 65 mm² est considérée comme inerte (pas de débit dair traversant) et sans résistance thermique.
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page 6/14 III.3.2 Conductivité thermique et caractéristiques énergétiques des matériaux Leffet de la végétalisation ne sera pas pris en compte : les bacs HYDROPACK seront modélisés par une résistance thermique de terre équivalente égale à λ terre = 2 W/m.K (source : fascicule 2/5 des règles Th-U, édition 2007). Le coefficient dabsorption énergétique de la végétalisation sera pris tel que α = 0,5. Pour dautres valeur de α , une correction est possible (cf. § IV). Les émissivités de toutes les surfaces sont telles que : ε = 0,9. III.3.3 Conditions aux limites Coefficient Rayonneme t Conditions Conditions Température déchange solaire incidennt saisonnières aux limites dambiance (°C) superficiel (W/m².K) (W/m²) iAntmébriieanurcee 20 10 - Hivernales eAxmtébriiaenucree 0 25 300 Ambiance 25 8 -intérie Estivales ure Ambiance 25 13,5 500 extérieure Tableau 1 Conditions aux limites (source : règles Th-S édition 2007) III.3.4 Hypothèses relatives au calcul de facteur solaire Létude du facteur solaire est réalisée en considérant un rampant de toiture de 5 m de long. En labsence de données précises, on considèrera que la vitesse dans la lame dair varie, en été, sur une gamme variant de 0,1 à 1 m/s (conformément aux études menées par le CSTB sur une maquette de rampant de toiture traditionnel). En condition hivernale, les vitesses atteintes sont plus faibles du fait du tirage thermique moins important : la gamme de variation sera donc portée de 0,1 à 0,5 m/s. Les coefficients de transfert convectif dans la lame dair seront tels que : h aété = 5 W/m².K h ahiver = 2,5 W/m².K Le facteur solaire sera calculé pour des valeurs de résistance thermique globale (incluant les ponts thermiques intégrés) comprises entre Rp = 0 m².K/W et Rp = 7 m².K/W (par pas de 0,5 m².K/W). AFFAIRE N° 08-009 « STE ETERNIT « - REF DER/HTO 2008-083-RB/LS 23/04/08 Toiture végétalisée VERDURA/HYDROPACK
III.4 Formules
E
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Le facteur solaire est calculé à laide dun modèle unidimensionnel aux volumes finis à laide dun bilan enthalpique dans la lame dair ventilée sur chaque nud i : ρ air Q air C T i +φ 1 i = ρ Q C T i + 1 +φ i 2 p a air air p a Cela permet de remonter au facteur solaire global de la paroi intégrant leffet de la ventilation : ∑ φ 2 i − T ext − T int ) U p s = i E
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IV. RESULTATS Les résultats ci-dessous ont été obtenus à partir des hypothèses du paragraphe III.3. Les facteurs solaires sont exprimés en %. R p isolant [m².K/W] * v [m/s] 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 0,1 3,4 2,1 1,5 1,2 1,0 0,8 0,7 0,6 0,6 0,5 0,5 0,4 0,4 0,4 0,2 2,8 1,7 1,2 1,0 0,8 0,7 0,6 0,5 0,5 0,4 0,4 0,3 0,3 0,3 0,3 2,5 1,5 1,1 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,4 0,4 0,3 0,3 0,3 0,3 0,4 2,2 1,4 1,0 0,8 0,6 0,5 0,5 0,4 0,4 0,3 0,3 0,3 0,3 0,2 0,5 2,1 1,3 0,9 0,7 0,6 0,5 0,4 0,4 0,3 0,3 0,3 0,3 0,2 0,2 0,6 2,0 1,2 0,9 0,7 0,6 0,5 0,4 0,4 0,3 0,3 0,3 0,2 0,2 0,2 0,7 1,9 1,2 0,8 0,6 0,5 0,4 0,4 0,3 0,3 0,3 0,3 0,2 0,2 0,2 0,8 1,9 1,1 0,8 0,6 0,5 0,4 0,4 0,3 0,3 0,3 0,2 0,2 0,2 0,2 0,9 1,8 1,1 0,8 0,6 0,5 0,4 0,4 0,3 0,3 0,3 0,2 0,2 0,2 0,2 1 1,8 1,1 0,8 0,6 0,5 0,4 0,4 0,3 0,3 0,3 0,2 0,2 0,2 0,2 * Résistance thermique de lisolation en sousface du procédé VERDURA/HYDROPACK et tenant compte des ponts thermiques intégrés, 1 calculable à partir de la formule : R p = − 0,2 U p Tableau 2 Facteur solaire, en %, en condition estivale R p isolant [m².K/W] * v [m/s] 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 0,1 1,8 1,1 0,8 0,6 0,5 0,4 0,4 0,3 0,3 0,3 0,3 0,2 0,2 0,2 0,2 1,6 1,0 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,3 0,3 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,3 1,5 0,9 0,7 0,5 0,4 0,4 0,3 0,3 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,4 1,4 0,9 0,6 0,5 0,4 0,3 0,3 0,3 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,5 1,4 0,8 0,6 0,5 0,4 0,3 0,3 0,3 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,1 Résistance thermique de lisolation en sousface du procédé VERDURA/HYDROPACK et tenant compte des ponts thermiques intégrés, * cal = 1 − 0,2 culable à partir de la formule : R p U p Tableau 3 Facteur solaire, en %, en condition hivernale Ces facteurs solaires ont été calculés pour un coe f icient dabsorption énergétique de α = 0,5 ; pour des α di f érents, une co r ection linéaire est possible : ' s ' = s où s est le facteur solaire déterminé dans les tablea dents 0,5 uxprécé
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V. CONCLUSIONS Les calculs ont été réalisés à titre exploratoire pour obtenir des ordres de grandeur de facteur solaire pour le procédé étudié. Certains phénomènes nont pas été pris en compte, notamment :
- Circulation dair tridimensionnelle entre la sousface des bacs HYDROPACKS - Effet de la lame dair inerte délimitée par les pannes de fixation 75 x 65 mm² - Pertes de charges.
Le facteur solaire dépend essentiellement du niveau disolation de la toiture et des vitesses dair moyennes. Ces vitesses sont influencées par linclinaison du rampant : elles sont dautant plus fortes que le rampant est incliné. A défaut de mesures expérimentales précises spécifiques à ce procédé, les vitesses obtenues dans un cas de toiture standard (inclinaison de 30°, lame dair de 20 mm) sont de lordre de v = 0,3 m/s.
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ANNEXES
ANNEXE 1 : EXTRAIT DU DOSSIER TECHNIQUE
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