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Ventilation croisée, effet de cheminée et autres concepts de ventilation naturelle

Rien n’est plus rationnel que d’utiliser le vent, ressource naturelle, gratuite, renouvelable et saine, pour améliorer le confort thermique de nos projets. La prise de conscience de la fin des ressources et de la demande de réduction de la consommation d’énergie tend à faire disparaître les systèmes de climatisation.

(Article traduit du magazine Archidaily)

Les architectes et les ingénieurs se tournent vers ce système plus passif pour améliorer le confort thermique. Il est évident qu’il existe des climats extrêmes dans lesquels il n’y a pas d’échappatoire, ou bien l’utilisation de systèmes artificiels, mais dans une grande partie de la surface terrestre, il est possible de fournir un flux d’air agréable au moyen de systèmes passifs.

Il s’agit d’un thème très complexe, abordé ici en les illustrant par des projets de construction. Une série de systèmes de ventilation peut aider dans les projets : ventilation naturelle transversale, ventilation naturelle induite, effet cheminée et refroidissement évaporatif, qui, combinés à l’utilisation correcte des éléments constructifs, permettent d’améliorer le confort thermique et de réduire la consommation d’énergie.

La ventilation naturelle croisée

Elle se produit lorsque des ouvertures dans un certain environnement ou une certaine construction sont disposées sur des murs opposés ou adjacents, permettant à l’air d’entrer et de sortir. Indiqué pour les bâtiments dans des zones climatiques avec des températures plus élevées, le système permet des changements constants de l’air à l’intérieur du bâtiment, en le renouvelant et en réduisant considérablement la température interne.

Prenons l’exemple de la maison Lee House de Studio MK27 qui utilise des châssis de fenêtre qui permettent une ouverture totale, qui s’ encastrent à l’intérieur des murs. La solution de conception a permis au volume d’avoir de grandes ouvertures dans deux murs placés l’un en face de l’autre, fournissant une ventilation abondante et provoquant un équilibre thermique par des changements constants d’air.

Studio MK27 © Fernando Guerra

Studio MK27 © Fernando Guerra

La ventilation naturelle induite

Elle fait référence aux systèmes d’induction thermique utilisés pour conduire le refroidissement de l’air. L’air chaud est plus léger que l’air froid. Dans ce cas, dans un environnement extérieur ou intérieur, l’air chaud monte et l’air froid descend. Dans ce système de ventilation, les ouvertures sont positionnées près du sol afin que l’air froid pénètre dans l’espace en poussant la masse d’air chaud au-dessus, où les sorties d’air sont positionnées dans le plafond.

Un excellent exemple de ce modèle est l’hôpital Sarah Kubitschek à Salvador au Brésil, conçu par l’architecte brésilien João Filgueiras Lima, qui, à travers des hangars métalliques courbes, ventile les environnements en libérant de l’air chaud et des impuretés par les ouvertures supérieures, garantissant ainsi une lumière naturelle. Il convient de souligner que dans les projets liés à la santé, on évite l’utilisation de systèmes de ventilation croisée appropriés, car ils peuvent causer la transmission de bactéries par la propagation de l’air.

Hospital Sarah Kubitschek Salvador © Nelson Kon

Hospital Sarah Kubitschek Salvador © Nelson Kon

La ventilation verticale

Dans les bâtiments verticaux,  la ventilation verticale est est couramment utilisée à travers l’effet cheminée. L’air froid exerce une pression sous l’air chaud, ce qui l’oblige à s’élever. La coupole du nouveau parlement allemand, le Reichstag, conçu par Norman Foster, est un exemple de ce système de ventilation. Grâce à un sommet avec fermeture extérieure en verre et cône inversé avec des panneaux en miroir vers le centre permettent la circulation de l’air dans le bâtiment, qui est libéré par l’ouverture au sommet.

Reichstag © Renate Dodell via Flickr

Reichstag © Renate Dodell via Flickr

La cheminée solaire

Dans la construction du nouveau siège social de l’Urban Development Company (EDU) à Medellin, un revêtement extérieur composé d’éléments préfabriqués de haute qualité permet la conduite vers une cheminée solaire interne pour rafraîchir l’air froid extérieur. Ceci est fait avec des matériaux simples qui génèrent le contrôle de la masse thermique générant un changement de température de l’air fluide constant, du froid au chaud et créant des courants d’air dans les espaces de travail.

Le système de refroidissement par évaporation

Utilisé dans les travaux de Le Corbusier à Chandigarh et d’Oscar Niemeyer à Brasilia, utilise la disponibilité de grands miroirs d’eau. Ils sont stratégiquement positionnés vers les courants d’air dominants, devant des bâtiments à ouvertures garantissant la fraîcheur aux climats secs.

Palace de Chandigarh / Le Corbusier. Image © Laurian Ghinitoiu

Palace de Chandigarh / Le Corbusier. Image © Laurian Ghinitoiu

En plus des systèmes de ventilation, des mécanismes constructifs devraient également être envisagés.

Les brise-soleil

Les brise-soleil sont d’excellents mécanismes pour garantir une ventilation naturelle qui, en plus de la lumière et du contrôle solaire, peuvent offrir une excellente qualité thermique interne.

Ventilation par brise soleil © Matheus Pereira

Le choix du type d’ouverture

La prise en compte des types d’ouvertures est indispensable. D’un point de vue pratique, pensons à un environnement dans lequel, si l’on choisit une fenêtre avec deux vitres coulissantes, il est entendu qu’à l’ouverture, seulement 50% de l’ouverture permettra au vent d’entrer.

Avec la même taille de portée, si l’on opte pour une fenêtre à une ou deux tôles ouvertes, la ventilation sera intégrale. Selon le type de fenêtre, de joint ou de porte choisi, il influencera directement la direction des vents (vertical, horizontal ou incliné) et le pourcentage de la masse d’air entrante.

Ventilation via les ouvertures © Matheus Pereira

Jouer avec les obstacles

Les obstacles devraient également être pris en compte. Pensez à un environnement avec une double hauteur de plafond, une ouverture (porte) dans la partie inférieure et deux autres ouvertures (fenêtres) positionnées sur le mur opposé au point central et au point le plus haut, et au centre, un mur mi-hauteur. Bien sûr, le mur central agira comme une barrière et imposera la direction des vents. D’autres éléments constructifs peuvent aider à résoudre le problème, comme le remplacement de la maçonnerie par des briques perforées – cobogos.

Les différentes hauteurs des ouvertures et des barrières (murs, appuis, panneaux ou meubles) disposées par l’espace influencent également directement le niveau et la vitesse de ventilation. Dans chaque projet, une attention particulière doit être portée à leur disposition en fonction du type et du niveau de ventilation requis.

References:

  • ABNT 15.575. Guia para arquitetos na aplicação da Norma de Desempenho (pdf). Acesso em 31 Dez 2017.
  • GIVONI, Baruch. Climate Considerations in Building and Urban Design.  New York: Van Nostrand Reinhold, 1998.
  • ROMERO, Marta Adriana Bustos. Princípios bioclimáticos para o desenho urbano.  2ª ed. São Paulo: Pro E, 2000.
  • VAN LENGEN, Johan. Manual do arquiteto descalço. 1ª ed. São Paulo: B4 Editores, 2014. p.46-53.

 

Notre avis : toutes ces techniques de ventilation naturelle sont des références en matière de conception architecturale et de sobriété énergétique. Si aujourd’hui les réglementations thermiques imposent des performances thermiques de haut niveau, le confort d’été est trop peu pris en compte. Pourtant, avec l’inévitable dérèglement climatique qui s’amplifie, nous devrions prendre plus souvent en compte cet élément dans nos constructions (et même rénovations), tout en travaillant sur des matériaux à faibles émissions de carbone (biosourcés ou géosourcés) !

Source

Christian
Rédacteur Build Green, passionné par l'architecture et plus précisément les habitats écologiques et alternatifs. Je plaide pour une utilisation des énergies renouvelables, des matériaux recyclés et pour un habitat respectueux de l'environnement.

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