Cellule de tests

Cellule de tests

La validation du modèle d’enveloppe de bâtiment développé dans le cadre de cette thèse sera effectuée sur la base de comparaisons avec des mesures réalisées dans une cellule de BESTLab présentée dans ce chapitre. Les compositions des parois, de la fenêtre et de la porte de l’enceinte de test sont détaillées ici. BESTLab d’EDF R&D est un laboratoire spécialement dédié aux études des enveloppes du bâtiment et aux technologies solaires intégrées au bâtiment. Ses objectifs sont • d’étudier les performances d’enveloppes en conditions naturelles à l’échelle 1 ; • d’intégrer et d’étudier de nouveaux systèmes. A terme, il s’agit de caractériser les Bâtiments Basse Consommation (BBC) et des bâtiments rénovés selon des critères d’économie d’énergie à partir de mesures expérimentales et de modèles validés grâce aux mesures. Les impacts de l’environnement extérieur (apport solaire, température ambiante) sur le comportement thermique de ce type de bâtiment sont entre-autre étudiés. Le laboratoire a été construit sur le site EDF R&D les Renardières, à la lisière de la forêt de Fontainebleau, environ 75 km au Sud-est de Paris (48˚22’ N ; 2˚49’ E, altitude : 100 m) dans un environnement rural sans obstacle sur la face sud sur une distance de 100 m (Fig. III.2). BESTLab est composé de 12 cellules de test de dimensions 3 × 3 × 3 m environ, réparties sur deux étages (Fig.III.3). Les 6 cellules de l’étage sont mansardées, l’inclinaison de la toiture étant modifiable, tandis que chacune des 6 cellules du rez-de-chaussée disposent d’une paroi amovible exposée à l’extérieure .Les cellules sont instrumentées : des capteurs y mesurent températures d’air et de parois, pressions et rayonnement incident, tandis que le bâtiment est doté d’une station météorologique installée sur le toit. Enfin le bâtiment est piloté, de telle sorte que les cellules sont entourées d’une garde thermique conservée à une température constante de 20˚C. La cellule de test utilisée dans le cadre de notre expérience se situe au rez-de-chaussée du côté Ouest (Fig. III.4). Il s’agit d’une pièce de dimensions 2, 97 × 2, 90 × 2, 82 m, dont les 5 faces donnant sur l’intérieur du bâtiment sont fortement isolées (U < 0.1 W/(m2 .K)) et équipée d’une paroi de tests amovible donnant sur l’extérieur, munie d’une fenêtre et orientée vers l’Ouest. Les murs sont composés de couches constituées de différents matériaux – enduit, isolant, plâtre – représentant une épaisseur totale de 41 cm pour les murs latéraux Est, Sud et Nord (Tab. III.2), et 32,4 cm pour la paroi Ouest donnant à l’extérieur (Tab. III.3)La fenêtre apposée à la paroi extérieure est équipée d’un double vitrage DV 4/16/4 FEA formé d’une lame d’air de 16 mm encadrée de deux vitres de 4 mm dont les caractéristiques optiques et thermiques sont précisées dans le tableau III.4. Notons que de l’ARMAFLEX , un isolant thermique flexible noir, a été collé sur les rebords de la fenêtre. En plus d’assurer l’étanchéité et l’isolation de la fenêtre, sa couleur garanti d’éviter toute réflexion du rayonnement incident vers l’intérieur de la cellule.

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Disposition des sondes de mesure de température

 La cellule a été instrumentée par un ensemble de sondes afin de connaître précisément son comportement thermique. Les mesures réalisées auront deux applications potentielles : • soit elles serviront de conditions aux limites pour les simulations réalisées avec notre modèle ; • soit elles serviront de référence pour la validation de notre modèle. Les sondes de température utilisées, que ce soit pour mesurer la température d’air, de surface ou de dalle, sont des sondes à résistance de platine PT-100 câblées en 4 fils. Les températures de surface des parois à l’intérieur de la cellule sont mesurées par 11 sondes PT-10.Une à trois sondes sont ainsi placées sur les différentes parois (Fig.III.7) selon les coordonnées du tableau III.8. L’élément sensible est fixé au contact de la paroi et légèrement incrusté tout en venant affleurer à sa surface, puis le capteur a été recouvert d’enduit et de peinture comme le reste de la paroi. Au niveau du sol, cinq sondes ont été fixées entre l’isolant et les panneaux en CTBH et six autres ont été placées de la même façon entre l’isolant et la dalle (Fig. III.8). Les sondes sont dispersées seulement sur une moitié du plancher selon les coordonnées présentées dans le tableau III.9. Cette disposition avait été prise avant les essais, une symétrie dans les températures mesurées à ce niveau ayant été observée lors d’études préalables. Il était par ailleurs impossible de rajouter des sondes du côté opposé pour notre étude. Ainsi, par la suite, les températures mesurées au sol ont été appliquées de façon symétrique au côté opposé.Au niveau du plafond, nous ne disposons que d’une seule sonde placée entre la dalle plancher et la forme de pente. La température d’air à l’intérieur de la cellule est mesurée grâce à 3 sondes PT-100 placées à différentes hauteurs, au centre de 3 volumes fictifs représentant le tiers de la hauteur de la cellule (Fig. III.9).Cette disposition est prise pour évaluer et tenir compte de l’éventuelle hétérogénéité et stratification des températures d’air. Les sondes sont placées dans des cylindres en aluminium afin de les protéger du rayonne ment solaire incident et donc éliminer l’éventuel artéfact lié à l’absorption du rayonnement. Par ailleurs, deux globes noirs sont placés au centre de la cellule, un de 15 cm de diamètre et un autre de 9 cm de diamètre. 

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