Cette solution de chauffage-rafraîchissement qui profite de l’inertie des structures béton existe peu en France au contraire de l’Allemagne. Particularité, elle bouleverse l’organisation traditionnelle du chantier.
En utilisant la structure béton du bâtiment comme stockage thermique, la dalle thermo-active permet de réduire le coût du système de production d’énergie, qui peut être dimensionné au plus juste. Le béton est un bon matériau pour accumuler les calories ou les frigories excédentaires.
D’après les études de l’institut allemand de l’Enob, si une dalle de béton de 14 cm d’épaisseur est refroidie ou chauffée de 2 K, cela correspond à un stockage d’environ 190 Wh/m2, de calories ou de frigories. Soit une capacité de 23 W/m2 pendant huit heures. Les échanges thermiques avec l’air bénéficient de la grande surface de la dalle. Ils ont lieu à 60 % par radiation et 40 % par convection.
Connue en anglais sous le terme générique de CCTC (concrete core temperature control), la dalle active est essentiellement pratiquée dans les pays anglophones et germanophones (Allemagne, Autriche, Suisse, Hollande…). En 2003, environ un tiers des immeubles commerciaux en Allemagne utiliserait le CCTC.
Les fabricants adaptent leurs produits destinés aux planchers ou plafonds chauffants. Pour le constructeur Roth, la commercialisation en France de leur dalle active, dite « Isocore », n’aura pas lieu avant 2014. Ils souhaitent obtenir un Avis technique avant de commercialiser en France ce produit déjà disponible à l’international.
Stockage et régulation thermique
Avec la dalle active, la conception énergétique du bâtiment optimise le rôle de la structure béton, qui devient le système principal de stockage et déstockage de l’énergie thermique. Rarement mis en oeuvre en habitat individuel, le procédé est exploité pour les bâtiments commerciaux ou de bureaux (1).
Les nappes de tuyaux souples qui servent d’échangeurs thermiques sont placées avant coulage au centre de la structure en béton, dans les dalles ou le radier, voire dans les murs afin de créer des barrières thermiques.
Un système additionnel de chauffage ou de rafraîchissement est indispensable. La dalle active, qui n’est pas une source d’énergie, peut être utilisée avec de faibles différences de températures avec les sources de chaleur (en hiver) ou de froid (en été).
Elle peut être couplée avec des sources d’énergie alternatives comme le solaire, la pompe à chaleur, les tours de refroidissement ou des techniques géothermiques.
L’idée est de créer un cycle vertueux entre la journée où le bâtiment est occupé et la nuit, où il se vide. En été durant la nuit, l’air extérieur peut servir à rafraîchir la dalle béton.
Une circulation thermique inverse pendant la journée permet de décharger la dalle béton de ses frigories.
En mi-saison, le même système peut être exploité de manière réversible afin d’exploiter les calories accumulées pendant certaines heures de la journée. La masse thermique de la structure est exploitée au mieux sur l’ensemble du bâtiment afin de réguler la température. Le cycle de chargement et de déchargement thermique de la masse béton peut se dérouler sur plusieurs jours.
Une mise en place pendant le gros oeuvre
L’échangeur à base de tubes est intégré directement dans la dalle ou le plancher, en serpentins ou en spiral. Les tubes sont soit en matériau plastique, soit en composites multicouches (aluminium et PE), avec un diamètre de 15 à 20 mm. Le réseau est placé au centre de la dalle, dans des zones qui ne reçoivent pas d’efforts importants, et avec un intervalle de 10 à 30 cm entre chaque tube.
Contrairement aux planchers chauffants, leur pose demande d’intervenir pendant la construction du gros oeuvre. Il faut veiller aux risques de fuite et éviter d’affaiblir des zones primordiales d’un point de vue résistance aux efforts. Le réseau de tubes est fixé entre les armatures inférieures et supérieures.
Avant de couler le béton, leur étanchéité doit être soigneusement vérifiée, par une inspection visuelle et par un test de la pression hydraulique. Après coulage, les réparations ne sont plus possibles. En général, la température de surface des dalles fluctue entre 21 et 25 °C, ce qui limite à 30 ou 40 W/m2 maximum l’échange thermique possible avec les locaux. Afin de favoriser cet échange, il est conseillé d’éviter les revêtements au sol très isolants ainsi que les plafonds suspendus.
Un béton brut est avantageux mais pose des problèmes acoustiques. Les projets réalisés ont montré qu’environ les deux tiers des transferts thermiques d’une dalle active avec l’air des locaux se font par le plafond et non par le sol qui est généralement davantage isolé. Le système de dalle active est organisé par zones du bâtiment, en fonction de leur orientation, du type d’utilisation des locaux, de la nature de la façade, des capacités de stockage de la structure…
Un projet réussi demande donc des études approfondies, une mise en oeuvre qui bouscule les habitudes et un système de régulation sophistiqué et bien pensé.
François Ploye
L’article chantier « Béton actif et vecteur air pour un bâtiment passif »
(le JDC d’avril 2012, P. 24 et 25) présente une réalisation.
« LA DALLE ACTIVE AFIN D’AMÉLIORER L’EFFICACITÉ DU RAFRAÎCHISSEMENT »
- Le chantier de la nouvelle ambassade d’Autriche à Djakarta a été confié à l’agence d’architecture viennoise Pos Architekten ZT-KG, qui a travaillé avec un architecte local Jatmika Suryabrata.
La surface de cet immeuble de deux étages, comprenant des bureaux, différentes salles de réunion et un auditorium, est d’environ 1 100 m2. Doté d’un budget équivalent à 1,7 million de dollars, le chantier démarré en 2010 a été livré en juin 2011.
L’efficacité énergétique du projet réside dans la protection solaire, brise-soleil et haie de bambous, mais aussi dans l’utilisation d’une dalle active dans le plafond du premier niveau. La ventilation n’est ainsi mobilisée que pour le renouvellement d’air et non pour le confort thermique, ce qui a permis de réduire considérablement le débit.
Une seule CTA a été placée au deuxième niveau avec une capacité de 3 700 m3/h et un taux de récupération de 80 %. Le résultat espéré est un air à 25 °C avec un taux d’humidité de 60 % et un rafraîchissement obtenu sans courant d’air inconfortable.