EP2111492A1 - Bouclier chaleur et vent pour le batiment - Google Patents

Bouclier chaleur et vent pour le batiment

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EP2111492A1
EP2111492A1 EP07700664A EP07700664A EP2111492A1 EP 2111492 A1 EP2111492 A1 EP 2111492A1 EP 07700664 A EP07700664 A EP 07700664A EP 07700664 A EP07700664 A EP 07700664A EP 2111492 A1 EP2111492 A1 EP 2111492A1
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EP
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building
roof
shield
wind
heat
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EP07700664A
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EP2111492B1 (fr
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Jacques Pigerre
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Individual
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Publication of EP2111492B1 publication Critical patent/EP2111492B1/fr
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    • E04B—GENERAL BUILDING CONSTRUCTIONS; WALLS, e.g. PARTITIONS; ROOFS; FLOORS; CEILINGS; INSULATION OR OTHER PROTECTION OF BUILDINGS
    • E04B7/00—Roofs; Roof construction with regard to insulation
    • E04B7/18—Special structures in or on roofs, e.g. dormer windows
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    • E04—BUILDING
    • E04D—ROOF COVERINGS; SKY-LIGHTS; GUTTERS; ROOF-WORKING TOOLS
    • E04D13/00—Special arrangements or devices in connection with roof coverings; Protection against birds; Roof drainage ; Sky-lights
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    • E04D—ROOF COVERINGS; SKY-LIGHTS; GUTTERS; ROOF-WORKING TOOLS
    • E04D13/00—Special arrangements or devices in connection with roof coverings; Protection against birds; Roof drainage ; Sky-lights
    • E04D13/17—Ventilation of roof coverings not otherwise provided for
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • E04D—ROOF COVERINGS; SKY-LIGHTS; GUTTERS; ROOF-WORKING TOOLS
    • E04D3/00—Roof covering by making use of flat or curved slabs or stiff sheets
    • E04D3/40—Slabs or sheets locally modified for auxiliary purposes, e.g. for resting on walls, for serving as guttering; Elements for particular purposes, e.g. ridge elements, specially designed for use in conjunction with slabs or sheets
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    • E04D5/00—Roof covering by making use of flexible material, e.g. supplied in roll form
    • E04D5/04—Roof covering by making use of flexible material, e.g. supplied in roll form by making use of metal foils
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • E04F—FINISHING WORK ON BUILDINGS, e.g. STAIRS, FLOORS
    • E04F10/00—Sunshades, e.g. Florentine blinds or jalousies; Outside screens; Awnings or baldachins
    • E04F10/005—Rigidly-arranged sunshade roofs with coherent surfaces
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • E04F10/08—Sunshades, e.g. Florentine blinds or jalousies; Outside screens; Awnings or baldachins of a plurality of similar rigid parts, e.g. slabs, lamellae
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    • E04F13/00—Coverings or linings, e.g. for walls or ceilings
    • E04F13/07—Coverings or linings, e.g. for walls or ceilings composed of covering or lining elements; Sub-structures therefor; Fastening means therefor
    • E04F13/08—Coverings or linings, e.g. for walls or ceilings composed of covering or lining elements; Sub-structures therefor; Fastening means therefor composed of a plurality of similar covering or lining elements
    • E04F13/12—Coverings or linings, e.g. for walls or ceilings composed of covering or lining elements; Sub-structures therefor; Fastening means therefor composed of a plurality of similar covering or lining elements of metal or with an outer layer of metal or enameled metal

Definitions

  • the Shield improves the comfort of the habitat in a very sunny area
  • the shield is constituted by the doubling of the existing roof by galvanized and perforated sheet metal (Figure 1 see the abstract). Shortly before laying, these sheets undergo cold rolling profiling similar to that of solid sheets for roofing and cladding. [30] The aim of the profiling is to give the sheet metal sufficient rigidity to withstand different mechanical stresses such as its own weight, that of the assemblers, the forces of the wind, if necessary that of the snow, etc. . [31] The assembly is particularly well suited to roofs covered with metal sheets, because in this case, it is done using spacers that are fixed at the fasteners of the sheets of the old roof. So that no additional preparation is needed.
  • This mechanism produces a continuous suction of the air located under the sheet which passes through the perforations and heats up in turn.
  • the air then plays a role of heat transfer fluid which exchanges heat with the sheet while flowing in contact with it.
  • the primitive roof under the perforated plate receives very little energy in the form of infrared radiation coming from the perforated plate. It receives mostly energy from solar radiation through the holes. The heat transmitted by this radiation diffuse throughout the old cover which leads to a moderate rise in temperature. When it is dark, the temperature of the old roof remains close to the temperature of the perforated sheets. When it is light in color, its temperature may be lower, up to two degrees below.
  • the model was made of laminated wood 12 mm thick. The wood was then tarred to resist humidity and insects. The basic cover was made using a marine-blue coated sheet metal. [52] This placed this model in the worst conditions with respect to radiation.
  • Table 1 presents an extract from the temperature measurements campaign carried out on the model and the experimental house during the "small summer of March” of the year 2006. These are temperatures actually recorded and not of averages.
  • the rows in the table correspond to a temperature record taken on the same day between 1 am and 12.30 pm
  • the conditions of sunshine and wind are substantially identical.
  • the average speed was between 5 and 6 m / s, with gusts of up to 10 m / s for about 5 to 10 seconds, but spaced from 2 to 15 minutes.
  • Indication (b) designates the bottom of the model or a room (non-conditioned) located on the first floor of the experimental house and, [73] the index (c) designates the height of the model or the experimental house (ie the volume located directly under the sheet).
  • Table 1 compares different shield configurations with the roof without a shield. Surveys on the model show the effectiveness of ventilation on a small surface (even without a shield).
  • the bare sheet temperatures reached a peak: 62 ° C on the wind side and up to 75 ° C on the wind side (West side).
  • the gap between the old cover and the sheet of the shield also plays a role, but there is interesting performance from the smallest gaps (80 mm).
  • FIG. 8 The diagram in Figure 8 defines a spacer of the type used for the experimental house. For assembly convenience, it is recommended to arrange the spacer with the opening facing downwards.
  • the flap 2 - flap 3 assembly must be as close as possible to the top of a corrugation of the sheet to be covered.
  • the dimension (a) shall extend from 15 to 20 mm (maximum and spread between the two ends of the spacer) the distance between axes of two successive vertices.
  • the base of the retractor may be bent under load.
  • the explanation is that the fastening screws must imperatively pass through the tops of these corrugations, and that there must be room inside the spacer to introduce the key that is used to tighten these screws.
  • the retractor is ready to receive the 30 x 50 mm rectangular section cleat on which the perforated plate of the shield itself will be fixed.
  • the distance separating two successive spacers may be equal to about one and a half times the dimension (a) of Figure 8.
  • the length of 300 mm may be increased and even doubled without affecting the resistance of all in geographical areas little exposed to strong winds. It will then be ensured that the distance between two spacers is less than or equal to the dimension (a).
  • a simple nip of the spacer allows the maintenance of the cleat during assembly, but it can also strengthen this maintenance with a temporary adhesive film visible in Figure 13b.
  • the perforated plate is fixed using short, conventional roofing screws (galvanized lag screw, diameter 6 mm and 40 mm under head). These are the screws that provide the link cleat / spacer and the perforated sheet metal / cleat link.
  • a correctly placed screw must pass through the perforated plate and the top of the spacer before sinking into the cleat.
  • the most unfavorable winds are those that have a strong component in a direction perpendicular to the lower edge of the roof.
  • the most exposed roofs in this case are roofs with two slopes. When the wind is oriented parallel to the roof, it generates relatively uniform pressure on the entire roof.
  • the pressure losses caused by the perforated sheets reduce the flow velocities which, compared to a conventional roof, leads to a decrease in the pressure difference between the inside of the building and the outside of the roof.
  • the following two paragraphs are devoted to two-slope roofs exposed to winds perpendicular to the edge of the ridge.
  • the leeward zone relatively calm compared to the previous one, is an area of almost uniform low pressure.
  • the rollers generated by the passage of the top of the roof can even have a plating effect by folding the air on the roof. This effect is all the more marked as the wind is strong.
  • connection of these ridge boards with the sheets of the shield body must be made using rivets (diameter 5 mm for type A sheets, diameter 6 mm for type B plates), and this at least one rivet per bank, as shown by the distribution of rivets on the shield of the experimental house shown in the photo of Figure 16.
  • the "heat and wind shield for the building” improves the comfort inside the buildings it covers by reducing the roof temperature and allowing a more homogeneous temperature in the different rooms. This naturally leads to saving the energy used for air conditioning.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Civil Engineering (AREA)
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  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
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  • Building Environments (AREA)
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  • Roof Covering Using Slabs Or Stiff Sheets (AREA)

Description

Description BOUCLIER CHALEUR ET VENT POUR LE BATIMENT
[I] Domaine d'application:
[2] bâtiment et travaux publiques
[3] Domaine Technique :
[4]
1. économie et maîtrise de l'énergie,
[5]
1. protection des toitures des bâtiments contre les vents violents
[6] Problèmes techniques :
[7]
1. les toitures exposés aux forts ensoleillements emmagasinent de l'énergie sous forme de chaleur et en rayonnent de grandes quantités vers l'intérieur des bâtiments. [8]
1. Les toitures exposées aux vents violents subissent des efforts mécaniques importants pouvant conduire à leur arrachement [9] Solution apportée :
[10] Doublage des toitures et des murs verticaux à l'aide de tôles perforées. Plusieurs types de tôles perforées disposant de trous de différents diamètres peuvent être utilisées selon le résultat souhaité (voir « 2-1 Les propriétés physiques utilisées »).
[II] Avantages : [12]
1. Le Bouclier améliore le confort de l'habitat en zone fortement ensoleillée,
[13]
1. permet une économie d'énergie sur l'utilisation de climatiseurs et ceci avec un investissement peu coûteux en raison du faible coût des matériaux utilisés, [14]
1. rend l'habitat plus sûr en cas d'exposition à des vents violents.
[15] Sommaire de la description :
[16]
1. 1. Présentation
[17]
1. 2. Performances
[18] 2-1 Les propriétés physiques utilisées
[19] 2-2 Quelques relevés de mesures effectuées sur une maquette et sur la maison expérimentale. 1. 3. Exemple d'écarteurs et Montage du bouclier
[21]
1. 3-1 Les écarteurs
[22]
1. 3-2 Montage du bouclier
[23]
1. 4. Action du vent sur le bouclier
[24] 4-1 coté au vent
[25] 4-2 coté sous le vent
[26]
1. 5. Conclusion
[27]
[28]
1. 1- Présentation
[29] Le bouclier est constitué par le doublage de la toiture existante par des tôles galvanisées prélaquées et perforées (Figure 1 voir l'abrégé). Peu de temps avant la pose, ces tôles subissent un profilage par laminage à froid semblable à celui des tôles pleines destinées à la couverture et au bardage. [30] Le profilage a pour but de donner à la feuille de tôle une rigidité suffisante pour résister à différentes sollicitations mécaniques telles que son poids propre, celui des monteurs, les efforts du vent, le cas échéant celui de la neige etc. . [31] Le montage est particulièrement bien adapté aux toitures couvertes de tôles métalliques, car dans ce cas, il se fait à l'aide d'écarteurs que l'on fixe au niveau des fixations des tôles de l'ancienne toiture. De sorte qu'aucune préparation complémentaire n'est nécessaire. [32] On trouve déjà sur le marché de telles tôles perforées dont la destination actuelle est principalement le bardage. [33] Dans ce qui suit, on trouvera la comparaison des performances de deux types de tôles perforées à titre d'illustration, mais tout type de tôle perforée peut convenir pour la réalisation d'un bouclier chaleur et vents. [34] Dans ce qui suit également sont détaillés des éléments servant à définir le bouclier de toiture, mais ces élments consernent également le bouclier de mur, qui est bien plus facile à monter (voir détails à la fin du paragraphe 3-2). [35]
1. 2- Performances [36] 2-1 Les propriétés physiques utilisées :
[37] Par temps calme, ou côté sous le vent d'une toiture, dès qu'une tôle perforée est éclairée par le soleil (Figure 2), il apparaît une différence de température entre la couche d'air en contact avec la tôle, côté éclairée, et les couches d'air voisines. L'air chauffé, moins dense que l'air froid s'élève par effet d'Archimède et se dilue dans l'atmosphère ambiante, loin de la tôle.
[38] Ce mécanisme produit une aspiration continue de l'air situé sous la tôle qui passe à travers les perforations et s'échauffe à son tour. L'air joue alors un rôle de fluide caloporteur qui échange de la chaleur avec la tôle en circulant à son contact.
[39] II en résulte un maintien de la température de la tôle à des valeurs proches de celle de la température ambiante de l'air. Toutefois, on a mesuré des températures de tôle perforée pouvant aller jusqu'à 8 °C au dessus de la température ambiante côté sous le vent de la maison expérimentale.
[40] La toiture primitive située sous la tôle perforée reçoit très peu d'énergie sous forme de rayonnement infrarouge provenant de la tôle perforée. Elle reçoit surtout de l'énergie provenant du rayonnement solaire passant par les trous. La chaleur transmise par ce rayonnement diffuse dans l'ensemble de l'ancienne couverture ce qui conduit à une élévation modérée de sa température. Quand elle est de couleur foncée la température de l'ancienne toiture reste voisine de la température des tôles perforées. Quand elle est de couleur claire, sa température peut être inférieure, jusqu'à deux degrés en dessous.
[41] Par temps de vent modéré (vitesses inférieures à 15 m/s), on observe un gradient de vitesse dans l'écoulement de l'air. Celui-ci s'établit des valeurs faibles vers les valeurs plus élevées à mesure que l'on s'éloigne de la toiture. La vitesse de l'air est ainsi plus élevées sur la face supérieure des tôles perforées que sur leur face inférieure. Il résulte de ce gradient de vitesse une aspiration naturelle de l'air situé entre toiture et tôle perforée à travers les perforations. C'est l'effet Bernoulli qui explique ce phénomène : dans un fluide en écoulement subsonique, une augmentation de vitesse s'accompagne d'une diminution de pression.
[42] Ce phénomène rend encore plus efficace le refroidissement des tôles perforées.
Deux sortes de tôles ont été testées et sont représentées sur la Figure 3 à l'échelle 1.
[43] Le choix d'un type de tôle devra être guidé par la protection que l'on souhaite privilégier :
[44]
1. • s i la protection contre les vents est moins urgente, comme c'est le cas en
Guyane, on choisira des tôles ayant de petites perforations car elles sont plus couvrantes et donnent au bouclier de meilleures performances pour la protection contre la chaleur. Par exemple avec les tôles du Type A (Figure 3a ), la surface couverte est de 85,5 % de la surface totale, c'est à dire que seule 14,5 % de la surface de l'ancienne toiture reçoit encore les rayons du soleil. [45]
1. • Avec les tôles du Type B (Figure 3b), il n'y a que 77,3 % de la toiture qui est à l'ombre, c'est à dire que la surface restant éclairée par le soleil est de 22,7 % de la surface totale de la toiture. L'ancienne toiture reçoit plus de chaleur, par contre, les trous étant plus grands, en cas de grand vent, les pertes de charge subies par le vent sont plus importantes, ce qui diminue le risque d'arrachement de l'ensemble de la couverture.
[46] 2-2 mesures effectuées sur une maquette et sur la maison expérimentale
[47] Deux types de structures ont été utilisées pour tester les performances du « bouclier chaleur et vent pour le bâtiment ». Une maison expérimentale, que l'on voit en photo Figure 4 et une maquette présentée en détail à l'aide des Figures 5, 6 et 7. La maquette a eu pour objet de vérifier l'opportunité de mettre au point un dispositif tel que le « bouclier chaleur et vent ». Elle a permis en effet de mettre en évidence des performances intéressantes en matière de protection contre la chaleur. Mais, elle a également montré ses limites du fait de sa petite taille. La maison expérimentale, quant à elle, a permis de confirmer les résultats obtenus avec la maquette. En outre, elle a également permis de révéler de manière plus nette des phénomènes à peine perceptibles sur la maquette, tels que des gradients de température le long des tôles. [48]
1. -Figure 5 : vues de définition de la maquette à l'échelle de 3,5 cm pour 1 m.
[49]
1. -Figure 6 : positions des points de mesure et désignation des températures mesurées. [50]
1. -Figure 7 : photos de la maquette avec et sans bouclier.
[51] La maquette a été réalisée en bois lamellé-collé de 12 mm d'épaisseur. Le bois a ensuite été goudronné, afin de résister à l'humidité ambiante et aux insectes. La couverture de base quant à elle a été réalisée à l'aide d'une tôle prélaquée de couleur bleu marine. [52] Ceci a placé cette maquette dans les pires conditions qui soient vis à vis du rayonnement.
[53] L'écart d entre tôle inférieure et tôle supérieure pouvait varier de 80 à 300 mm grâce à un dispositif adapté visible sur la photo de la Figure 7a. La Figure 6 permet de repérer schématiquement les lieux où les températures ont été relevées et ceci dans trois configurations : [54] 1. • sans protection (Figure 6a),
[55]
1. • avec une protection par une tôle pleine de couleur bleu ciel (Figure 6b), [56]
1. • avec une protection par une tôle perforée de type A (Figure 6c). [57] Le Tableau 1 présente un extrait de la campagne des mesures de températures effectuées sur la maquette et la maison expérimentale au cours du « petit été de Mars » de l'année 2006. Il s'agit de températures réellement relevées et non de moyennes.
[58] Les lignes du tableau correspondent à un relevé de températures effectué le même jour entre 1 Ih du matin et 12 h 30. Pour chaque ligne, les conditions d'ensoleillement et de vents sont sensiblement identiques. Pour les vents, la vitesse moyenne était comprise entre 5 et 6 m/s, avec des rafales pouvant atteindre 10 m/s pendant environ 5 à 10 secondes, mais espacées de 2 à 15 minutes.
[59] Les faces sur lesquelles les températures ont été relevées sont orientées vers la direction des vents dominants : plein Est pour la maquette et Est, Nord-Est pour la maison expérimentale.
[60] Dans la colonne « Relevés » Mq désigne la maquette, et M E la maison expérimentale.
[61] Dans la colonne « état » on peut lire l'état de la protection : [62] TN toiture nue [63] B Pl bouclier en tôle pleine [64] Perfo bouclier en tôle perforée Type A pour la maquette et Type B pour la maison expérimentale.
[65] Dans la colonne « d (mm) » sont reportés les écarts entre bouclier et ancienne toiture en millimètres. [66] Remarque : pour faire le lien entre la figure 6 et le tableau 1, il faut remplacer dans le tableau la lettre d par la lettre gréque delta. De même q doit être lu thêta
[67] Tableau 1 : relevé de températures Mars 2006
[68] Les températures en degré Celsius sont désignées par la lettre q .
[69] Dans la colonne q est reportée la température ambiante relevée avec un thermomètre à mercure (précision 0,1 °C). La mesure de q a été effectuée dans une a zone ombragée et à l'abri du vent. [70] L'indice (i) indique que la température a été mesurée à l'intérieur de la maquette (à environ 200 mm de la paroi) ou de la maison expérimentale (au cœur de la pièce), à l'aide du thermomètre à mercure. [71] L'indice (s) indique une température de surface mesurée à l'aide d'un thermomètre à infrarouge avec une précision de 0,5 °C, ceci pour tenir compte de la dispersion des mesures au voisinage d'un point. [72] L'indices (b) désigne le bas de la maquette ou une pièce (non climatisée) située au premier étage de la maison expérimentale et, [73] l'indice (c) désigne le comble de la maquette ou de la maison expérimentale (c'est à dire le volume situé directement sous la tôle). [74] Le tableau 1 permet de comparer différentes configurations de boucliers avec la toiture sans bouclier. Les relevés sur la maquette montrent l'efficacité de la ventilation sur une surface de petite taille (même sans bouclier). [75] Pour la maison expérimentale, les températures de tôle nue atteignent des sommets : on notera 62 °C côté exposé au vent et jusqu'à 75 °C à l'abri du vent (côté Ouest). [76] L'écartement entre ancienne couverture et tôle du bouclier joue également un rôle, mais on constate des performances intéressantes dès les plus faibles écarts (80 mm).
Par contre, il est inutile d'augmenter indéfiniment cet écart, car au delà de 200 mm, on n'observe plus d'amélioration des performances thermiques. En revanche, des écarts plus importants peuvent être envisagés pour la protection contre les grands vents.
[77] Pour la maison expérimentale, un écart d (delta ) de 175 mm a été choisi pour tenir compte des résultats obtenus sur la maquette. On notera le faible écart entre la température ambiante et la température de la tôle perforée (dernière ligne du tableau), qui démontre l'efficacité du bouclier dans cette configuration.
[78]
1. 3- Exemples d'écarteur et Montage du bouclier
[79] 3-1 Les écarteurs
[80] Le schéma de la Figure 8 définit un écarteur du type de ceux utilisés pour la maison expérimentale. Pour des commodités de montage, il est recommandé de disposer l'écarteur avec l'ouverture tournée vers le bas.
[81] Les écarteurs doivent être adaptés au type de tôle des toitures à doubler. On notera donc des caractéristiques communes (cote fixes sur la Figure 8), des propriétés communes (décrite ci-après), et des cotes variables d'un type de tôle à couvrir à l'autre (cotes a principalement, b et c Figure 8).
[82] Propriétés communes à tous les écarteurs :
[83] pour des raisons de résistance, l'ensemble rabat 2 - rabat 3 doit se trouver le plus près possible du sommet d'une ondulation de la tôle à couvrir.
[84] Dans le cas des tôles ayant des ondulations à sommet plat (Figures 8 et 9a), cette condition est facile à réaliser. Il suffit de s'assurer que la cote ( a ) soit égale ou dépasse de 10 mm maximum la distance entre les plis externes de deux ondulations successives (10 mm à répartir entre les deux extrémités).
[85] Pour les tôles qui ont des ondulations à sommet arrondi (Figure 9b et 9c), la cote ( a ) doit dépasser de 15 à 20 mm (maximum et à répartir entre les deux extrémités de l'écarteur) la distance entre les axes de deux sommets successifs.
[86] Si cette condition n'est pas respectée on risque de faire fléchir, sous charge, la base de l'écarteur. L'explication est que les vis de fixation doivent passer impérativement par les sommets de ces ondulations, et qu'il faut garder de la place à l'intérieur de l'écarteur pour introduire la clé qui doit servir au serrage de ces vis.
[87] On notera cependant que pour les tôles dites « tôles ondulées », il est possible de faire coïncider des sommets d'ondulations avec les bords de l'écarteur (avec dépassement possible de 5 mm, Figure 9c).
[88] La cote ( a ) sera alors choisie de manière à ce que l'écarteur couvre plusieurs ondulations tout en ayant une longueur égale ou supérieure à 300 mm. Pour chaque extrémité de l'écarteur, une vis de fixation sera placée au niveau du sommet d'ondulation le plus proche de cette extrémité.
[89] La deuxième cote variable est la cote ( b ). Celle-ci dépend du type de protection envisagé. Les relevés du Tableau 1 ont montré que le bouclier est déjà efficace avec un écart de 80 mm entre tôles. L'écarteur correspondant aura une plus grande résistance mécanique. [90] Pour la maison expérimentale l'écart de 175 mm a été obtenu avec une cote b = 150 mm à laquelle on ajoute la hauteur de l'ondulation de 25 mm. [91] Un calcul par éléments finis a permis d'établir que l'écarteur pour lequel b = 150 mm résiste à la flexion et au flambage si l'on n'excède pas l'effort F dans la configuration de la Figure 10. [92] Le calcul indique que la valeur limite de cet effort lorsqu'il est disposé parallèlement au toit et orienté vers le bas (Figure 10) est de 1800 Newtons. La zone la plus sollicitée est celle des rabats 2 et 3. [93] Une charge aussi élevée peut être atteinte lors du montage par l'effet du poids du monteur lui même. Aussi est-il prudent de recommander aux monteurs de ne pas prendre appui sur le sommet d'un écarteur pendant les opérations de montage. [94] Bien entendu, plus on augmente la cote ( b) et plus l'écarteur risque de fléchir sous charge. Pour les valeurs de ( b) supérieures à 150 mm, il est recommandé d'augmenter la cote ( c) de la base de l'écarteur et d'ajouter un second rivet au dessus du premier (
Figure 11) [95] La série de photos de la Figure 12 montre les différentes étapes de la réalisation d'un écarteur sur le chantier par l'artisan monteur. L'exemple montré conduit à la fabrication d'un écarteur de la maison témoin : [96]
1. (a) Découpe dans un profilé en U (60 mm; 150 mm; 35mm) d'une longueur de
430 mm, [97]
1. (b) Découpe des rabats 1, 2 et 3,
[98]
1. (c) Pliage du rabats 1 vers l'extérieur du profil en U,
[99]
1. (d) Pliage du rabats 2 vers l'intérieur du profil en U,
[100]
1. (e) Pliage du rabats 3 de sorte qu'il recouvre le rabats 2,
[101]
1. (f) Pose du rivet pour l'assemblage des rabats 2 et 3, (la tête de rivet doit être à l'intérieur de l'écarteur pour permettre le montage de la vis de fixation), [102]
1. (g) Mise en place de l'écarteur sur la toiture. L'écarteur doit se trouver juste au dessus de la poutre où était fixée la tôle de la toiture. Il faut si possible utiliser les trous existants et ne pas oublier de placer une rondelle de caoutchouc entre la tôle et l'écarteur de manière à assurer l'étanchéité.
[103]
1. (h) Pose de la vis de fixation. L'utilisation d'une cale en papier goudronné, placée entre l'écarteur et la tôle, permet de rigidifier l'assise de l'écarteur, mais n'est pas obligatoire.
[104]
1. (i) L'écarteur est prêt à recevoir le tasseau de section rectangulaire 30 x 50 mm, sur lequel sera fixée la tôle perforée du bouclier proprement dit.
[105] 3-2 Montage du bouclier
[106] La distance séparant deux écarteurs successifs peut être égale à environ une fois et demie la cote ( a ) de la Figure 8. la longueur de 300 mm peut être augmentée et même jusqu'à être doublée sans pour autant affecter la résistance de l'ensemble dans les zones géographiques peu exposée aux vents violents. On veillera alors à ce que la distance entre deux écarteurs soit inférieure ou égale à la cote ( a ). Une fois l'écarteur posé sur l'ancienne toiture, il reçoit le tasseau qui vient s'encastrer dans sa partie supérieure ( Figure 13a). Au préalable, le tasseau a reçu un traitement fongicide et a été entièrement recouvert d'un film d'aluminium goudronné (type film d'étanchéité pour réparation de toiture). Ce film a pour vocation de protéger le tasseau de l'attaque des insectes et de l'humidité.
[107] Un simple pincement de l'écarteur permet le maintien du tasseau pendant le montage, mais on peut aussi renforcer ce maintien à l'aide d'un film adhésif provisoire visible sur la Figure 13b.
[108] II vaut mieux éviter de fixer le tasseau sur l'écarteur à l'aide de vis placées sur son sommet, car les têtes de vis risquent de rayer le revêtement organique sous la tôle perforée pendant sa mise en place.
[109] Après sa mise en place, la tôle perforée est fixée à l'aide de vis courtes, classiques pour toiture (type tire-fond galvanisé, diamètre 6 mm et 40 mm sous tête). Ce sont ces vis qui assurent la liaison tasseau/écarteur et la liaison tôle perforée/tasseau.
[110] Une vis correctement placée doit traverser la tôle perforée et le sommet de l'écarteur avant de s'enfoncer dans le tasseau.
[111] Pour limiter la surface des vis en contact avec les eaux de pluie, il est préférable de placer ces vis en fond d'ondulation du profilé de tôle perforée (Figure 13b).
[112] Pour faciliter le montage, il est préférable d'utiliser des vis lubrifiées (à l'aide de graisse à pneu par exemple).
[113] Pour un bouclier de mur, la fabrication et le montage des écarteurs est semblable à ceux des Figures 12 et 13. On disposera simplement les écarteurs et leurs tasseaux en lignes horizontales espacées de 1,20 m. Ces écarteurs peuvent avoir une cote a (Figure 8) fixée à 300 mm et un espace horizontal de 600 mm devra être respecté entre deux écarteurs consécutifs. Les tôles perforées seront fixées de sorte qu'il subsiste un espace d'au moins 300 mm entre la base de la tôle et le sol. Pour fixer une taille limite des tôles perforées pour les boucliers de murs, on pourra limiter la hauteur atteinte par les tôles de sorte que leur sommet lorsqu'elles sont montées pénètrent tout juste dans la zone d'ombre projetée par la toiture à 9 heure du matin coté EST et 17 heures coté OUEST. De cette manière l'efficacité du dispositif ne sera pas affecté, mais pour des raisons esthétiques, on peut aussi adopter des dimensions plus grandes. On gardera cependant un espace d'au moins 300 mm entre le sommet de tôle et le dessous de la toiture pour permettre une bonne circulation de l'air dans l'espace entre mur et tôle.
[114]
1. 4- Action du vent sur le bouclier
[115] Les vents les plus défavorables sont ceux qui ont une forte composante dans une direction perpendiculaire à l'arrête inférieure de la toiture. Les toitures les plus exposées dans ce cas sont les toitures à deux pentes. Lorsque le vent est orienté parallèlement à la toiture, il génère des pressions relativement uniformes sur toute la toiture. Les pertes de charges que provoquent les tôles perforées diminuent les vitesses d'écoulement ce qui, par rapport à une toiture classique, conduit à une diminution de l'écart de pression entre l'intérieur du bâtiment et l'extérieur de la toiture. Les deux paragraphes qui suivent sont donc consacrés aux toitures à deux pentes exposées à des vents perpendiculaires à l'arrête du faîtage.
[116] 4-1 coté au vent
[117] C'est la face de toiture la plus sollicitée mécaniquement. A proximité de la toiture, coté au vent, les lignes de courant du vent s'inclinent en direction de la pente (Figure 14). Il s'en suit un gradient de pression croissant à mesure qu'on s'éloigne du centre de courbure (relation déduite du Théorème de Bernoulli), c'est à dire à mesure qu'on s'approche de la tôle. Dans le même temps, les vitesses sont distribuées selon un gradient qui varie en sens opposé.
[118] De ce fait deux phénomènes coexistent au voisinage du bouclier :
[119] à sa base, l'air s'engouffre sous les tôles perforées en passant à travers les trous et entre les écarteurs, ce qui entraîne de grandes pertes de charges, et une forte diminution des vitesses de l'air sous les tôles perforées. A titre indicatif, avec des vents de 10 m/s, il a été mesuré, à l'aide d'un anémomètre à fil chaud, des courants d'air de 3 à 4 m/s sous la tôle perforée de la maquette.
[120] Plus haut sur la structure, les vitesses sont plus élevées sur la face supérieure des tôles perforées que sur leur face inférieure. Il s'en suit une aspiration des filets d'air circulant sous la face inférieure et l'existence de zones de dépression situées juste au dessus de chaque perforation de la tôle (Figure 15).
[121] Ces mécanismes ont des effets qui ont tendance à se compenser : il y a une action de plaquage exercée par le vent sur la base du bouclier et un effet d'aspiration qui diminue l'effet de plaquage dans la partie supérieure.
[122] Globalement, la présence du bouclier diminue les vitesses de l'air qui s'écoule sur la toiture.
[123] Par rapport à une structure sans bouclier, le résultat est que le bouclier produit une diminution de l'écart de pression entre l'intérieur et l'extérieur de la maison.
[124] 4-2 côté sous le vent
[125] La zone sous le vent, relativement calme par rapport à la précédente, est une zone de basses pressions quasiment uniformes. Les rouleaux générés par le passage du sommet de la toiture peuvent même avoir un effet de placage en rabattant l'air sur la toiture. Cet effet est d'autant plus marqué que le vent est fort.
[126] Les pressions les plus basses sont atteintes au voisinage du faîtage à cause de l'air qui circule sous les tôles perforées.
[127] Pour résumer, en cas d'exposition à des vents violents, les zones les plus exposées aux basses pressions sont situées près du faîtage de la toiture.
[128] Pour renforcer la protection du bouclier dans ces zones, il est donc indispensable de diminuer le plus possible l'écart entre les écarteurs situés sur la poutre la plus proche du faîtage.
[129] De plus, la tôle perforée faisant office de faîtière et les autres tôles qui réalisent la liaison entre deux pans du bouclier doivent avoir des bords libres (Figure 16), c'est à dire sans pli.
[130] La liaison de ces faîtières avec les tôles du corps de bouclier doivent être réalisées à l'aide de rivets (diamètre de 5 mm pour les tôles de type A , diamètre de 6 mm pour les tôles de type B ), et ceci à raison d'au moins un rivet par rive, comme le montre la distribution de rivets sur le bouclier de la maison expérimentale visible sur la photo de la Figure 16.
[131]
1. 5- Conclusion
[132] Le « bouclier chaleur et vent pour le bâtiment » améliore le confort à l'intérieur des bâtiments qu'il recouvre en diminuant la température de toiture et en permettant d'obtenir une température plus homogène dans les différentes pièces. Ceci conduit naturellement à économiser l'énergie utilisée pour la climatisation.
[133] En diminuant la vitesse des vents en contact direct avec lui, il renforce la résistance du bâtiment en cas de vent violent. On notera que les faîtières jouent aussi un rôle primordial pour diminuer les risques d'arrachement par le vent au niveau du sommet de la toiture.

Claims

Claims
[1] Doublage des toitures et des murs verticaux des bâtiments à l'aide de tôles perforées.
Le doublage est réalisé à l'aide d'écarteurs dont les dimensions, la conception et la disposition sur l'ancienne toiture ou sur le mur caractérisent le «Bouclier chaleur et vents pour le bâtiment » . L'efficacité du « Bouclier chaleur et vents pour le bâtiment » dépend essentiellement de ces écarteurs et de leur montage correct.
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