Amélioration de l'étanchéité à l'air dans quatre établissements scolaires

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Amélioration de l'étanchéité à l'air dans quatre établissements

scolaires

Shaw, C. Y.

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Pa=

C.Y. Shaw

Division des recherches en batiment

Conseil national de recherches du Canada

(3)

AM~LIORATION DE

LGTANC&IG

i

];'AIR

DANS QUATRE ~TABLISSEMENTS SCOLATRE

s

Par

C.Y. Shaw

Des e s s a i s d e transparence 5 l'air o n t St& effectugs dans quatre gcoles, avant et a p r h certains travaux d'amglioration, dans l e b u t d e dgterminer I1efficacitG de diverses mesures destinges 5 rgduire l e s fuites

d ' a i r . Le calfeutrage aux j o i n t s d e s murs aura ghgralemeat pour e f f e t d e

rgdulre les f u i t e s d'air et constituera une s o l u t i o n v a l a b l e st l e s j o i n t s

sont accessibles. Le remplacement des f enEtres p e u t aussi amsliorer l'i5tanchGitG 5 l'air mais n'est pas n~cessairement rentable. L'inspection rZguliZre des r e g i s t r e s extiirieurs ~ I I systsme de v e n t i l a t i o n mscanique p e u t contribuer de faqon continue 3 assurer une bonne iitanchGit6 dans les

Gcoles.

INTRODUCTION

Depuis 1975, la Division des recherches en bztiment (DRB) a p a r t i c i p g ,

en c ~ l l a b o r a t i o n avec le Conseil scolaire de Carleton, 3 uri programme v i s a n t

2 rgduire la consommation dt6nergIe dans l e s gcoles. Un des p r o j e t s

entrepris par la Division a consists 3 Evaluer les charges d e chauffage e t

I de refroidissement attribuables 2 l'infiltration d ' a i r dans les Ecales. A

c e t t e f i n , les f u i t e s d r a i r dans onze Ecoles o n t 5t'e _mesurks_(Fig. _1).

Des essais suppl6mentaires ont 6t6 entrepris dans un certain nombre d'entre elles pour dEterminer le pourcentage de fuite p a r l e s fenztres, l e s por&es et les mrs a i n s i que par les prises d'air du systSme de ventilation. A la s u i t e de ces essafs, le Conseil s c o l a i r e a choisi quatre S c o l e s (D, E, F

et J) pour y exEcuter des travaux dla&lioratfon de 146tanch6itE B l'air.

Une f a i s ces travaux t e r m i n k , la Division a entrepris une s k i e dfessaFs d e s t i n g s 5 gvaluer l'efficacitg des mesures correctives apportges. La prGsente Wore dgcrit l e s r g s u l t a t s d e ces essafs.

L e s caract~ristiqoes de transparence 3 l'air d e quatre 4coles ont E t 6 d5terminges 3 ltaide d e la mgthode d e pressurisatian p a r ventilateur d 5 c r i t e

dans le document de la rSf6rence 1, Un ventilateur a x i a l 2 grandes ailettes

a servi Z c r k r une pressfon n'egative 3 l'intiirfeur du bat iment. Le

ventilateur permettait d'ajuster le d 6 b i t de l'air 3 toute valeur donniZe

e n t r e O et 23 m 3 / s (0 3 50 000 pcm). Le cat6 de prise dfair du ventilateur etait raccordg par plusieurs longueurs de conduits de 0,9 m ( 3 p i ) de

dianGtre 2 un panneau de cantreplaqu'e qui remplaqait une porte dqentrGe pendant la dur6e des essais. Le dEbit d f Ecoulement de 1 ' a i r a 6tE mesurz e n

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pression totale dans le cas des & b i t s dv&coulement de lfair g l e v g s et au moyen d'ua diaphragm pour les d s b i t s d'6coulement de l ' a i r fafbles.

La diffgrence de pression rnoyanne B travers les mrs extgrieurs, mesurge au milieu d e chaque rmr 3 I t aide dlun m a n o t r e portatif, a 6tE

adopt& comme diffiZrence de pression tgmoin

a

travers 1 'envelappe du b3timent.

Lcs essais ant 6t6 rEalisCs dans les quatre 6cgles en maintenant le

s y s t h e de ventilation dcanique .en marche, puf s f e d , af in de comparer les caractSristiques

de

lv6tanch6itE

a

l'air avant et apr8s les corrections, e t ceci dam les daux conditions. Un e a s a i s ~ p p l ~ e n t a i r e a

Etf

rklis'e

Zi

lq6cole J avec le systsme de ventilation f e d et aprzs avoir s c e l l k routes les ouvertures du s y s t h e vers lmext&ieur; c e t t e expkience avait pour but de dgterdner les caractEristiques de transparence

B

I'air du mur extgrleur seuleraent. E l l e correspond

a

un essai semblable r h l i s ' e lots de la sSrie i n i t i a l e d'essais.

La Division des recher.ches en bbtiment a effect& les premiers essais de transparence 3 a i r en 1976. Apr& une inspeetian d e s gcoles, le Conseil scolaire a f a i t edcuter des trataux de correction dans quatte de celles-ci enrre 1976 et 1980. En octobrs 1980, la D i v i s i o n des recherches en batiment e n t r e ~ r e n a i ~ de nouveaux essais dans les gcoles D, E, F et J.

Les travaux d'adlioratian ntQtant pas identiques pour l e s quatre &coles, chacune est d g c r i t e sgparihent. La description des travaux a 6tE obtenue ii partir des ordxes d'ex6cutioa et 2 l a s u i t e de conversations avec des membres du personael du Conseil. Seule l'fnspection au hasard de

certains iSl6ments a permis de tirer des conclusfons quant 3 la q u a f i t s

d1ex6cution des travaux. Les descriptions qui suivent cornportent un certain nombre de coats chiffriis. Ces c d t s ne devraient pas servir B &valuer le msrite r e l a t i f des d i f f s r e n t e s mesures prfses mais seulement 3 daterminer

I importance des travaux dans chaque i5colc.

La figure 2 prgsente les caract4ristiques de t.ransparence S l'air des

quatre 6coles avant et apr'es les travaux d ' a d l i o r a t i o n .

P a r d les onze Qcoles inirlalement soumises aux essais, cette &ole

a

un &age possGdait le p l u s haut taux g l o b a l d e transparence 3 l ' a i r . Un examen des mrs rGv6la plusiwrs ouvertures non scelli5es aux intersections entre les soliws de t o i t et: le nur extsrieur. Les t r a v a x dta&ioration ont camport6 les &tapes suivantes:

1. D e s panneaux i s o l a n t s de polystyrSne de 5 cm (2 pol dqEpalsseur o n t 6ti5 fixss

a

la face i n t e r n e du m r ext'erieur, entre le f a u x p l a f o n d

et

le

support de couverture. On a tent6 d'ajuster leg panaeaux autour des s o l i v e s .

(5)

2, On a calfeutrs autour des cadres des fengtres mais pas autour des

panneaux isolants.

Le coat total de ces deux mesures correctives a

St&

d'environ 1 300$

pour la mairrdtoeuvre et les matgriaux. Comw llindiquent les figures 2 e t 3, les f u i t e s d'air, aprSs les correctfons, avaicnt d i d n u 6 de 27% lorsque le s y s t k e de ventilation mgcanique S t a i t f e d . Avec le s y s t h e en marche, l e s f u i t e s d 'air avaient diminus de 33%. Malheureusement, ces d s u l t a t s ne

permettent pas de dgterminer la valeur r e l a t i v e des d e w mesures de

correction adaptges. B i e n que le pourcentage de rhduction des f u i t e s par s u i t e dee travaux d t am6lioration soit: consid'erable, cette &ole p r k e n t e encore en cumparaison, un d g b i t de f u i t e dlair glevg.

Cette Ecole consiste en un grand bPriment 3 aire ouverte et comprend

2

une e x t r h i t g une amexe abritant un bureau e t un gymnase. Les plafonds du bureau, dea corridors e t des vestibules sont recouverts dlenduit. Un enduit

a ggalement Et6 appliquE aux plafonds des s a l l e s de classe, le long des mrs e x t i k i e u r s afin de recouvrir les j o i n t s entre le mur et le t o f t , Chacuae

d ~ a portes dWentx'5e e s t en retrair par rapport au m r ext'erieur. k s o f f i t e au-dessus de la p o r t e d1entr6e e s t le pralongement du p l a f o n d intgrieur.

L' 5 tude pr5cEdent.e avait dgmont r6 que lles mrs extEi.ieurs dt aient t rGs peu gtanches

3

l ' a i r : prZs de 81X du d'ebit t o t a l d e fuite se p r o d u i s a i t p a r 1- murs. Une inspection v f s u e l l e n t a rEvE1E aucune fissure ou ouverture Svidentes. Toutefois, un essai 3 la fun& et 3 la pression a dhontr'e que les f u i t e s d ' e i r se produisaient par d e nombreuses uuvertures dans la facade estsrieure en blocs d e bgton, ainsl. que p a r l e s apparells d'gclairage

encastrts dans les s o f f i t e s surplomhant les portes dientr&e.

O n a tentE de calfeutrer certains j o i n t s dans la faqade extgrfeure en blocs de bgton et de rEduire 1e.s f u i t e s d ' a i r autour des appareils

d

'

gclairage en las recouvrant de t61es dta l l i q u e s . Cet te t e n t a t i v e de calfeutrage par ltext'erieur n'a pas eu le succks escompt&. La f i g u r e 4(a) compare les fibits de fuite d ' a i r par le mur extgrieur lors des essais de 1976 et de 1980. Les f u i t e s dqair s o a t maintenant l'egkemnt plus 6 l e v k s qutavant.

L'inspection des installations de ventilation sur le toit a

r6v616

qu'un des registres de prise d l a i r frais ne fermait pas complStement. C e t t e

diZfectuosft~ a

St6

corrfgee avant les derniers essais. La r6duction des

fuftes dtair indfqu'ee 3 la figure 4(b, c) peut sans d a t e St re attribu'le 3

l'ajustement du volet.

Cette k a l e camprend une aile de deux &ages renfermant des s a l l e s de classe et un b'Btiment

Z

un gtage abritant le v a s e , des bureaux et des

salles de- classe, La facade extgrieure de ltaile 3 deux firages eat recolrverte de panneaux d'acier p o s k dans des cadres en aluminium. Des

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j o i n t s entre l'ossature, les panneaux et les Eengtres avaient 6t6 scellgs 2

l'aide d'un mastic dt&tanch'eit& au mornent de l a construction, pr'es de 20 ans avant les premiers e s s a i s .

La seule mesure corrective apporthe dans cette &ole a St6 d e remplacer le c a l f a t r a g e dSfectueux des j o i n t s de la faqade ext'erieure (au coGt

approxiatatff de 500S). La figure 5(a, b) indfque que les fuites d'air aprss

les travaux d'amslioration o n t connu une diminution de 30% par rapport 2 c e

qu'elles Staient B la p l u s faible diffzrence de pression. Ce rEsultat nous

a s n e 3 conclure que le scellement extsrieur n'a qu'une dur'ee d'efficacits l i d t g e e t devrait e t r e remplacE p&riodlquement dans le cadre d'un programme d ' e n t r e t i e n des batiments-

Ce batiment d'un seul Gtage en forme de U est dotE de fengtres q u i

repr'esentent 30% d e la surface des murs. AprZs le premier essai en 1976, le personnel du Conseil scolaire a procgdg 3 des essais de transparence

2

ltair

qui o n t r S v & G des fuites d r a i r importantes par les f enstres,

particuli2rement celles du mur ouest. Les trente-deux fengtres d e ce mur

ont

6t6

remplac'ees au cost d'environ 18 000$. Elles repr'esentent envfron le

tiers de toutes les fengtres de l'gcole. La figure 6(a) indique une

diminution de 20% des fuites quand le syst&e de v e n t i l a t i o n est f e d ; la figure 6 ( b ) n'indique aucune diminution lorsque le systgme e s t en marche. Le remplacement des f e n s t r e s a 6 t E surtout motiv'e par lt&tat de

dgtgrioration dans lequel e l l e s se trouvalent.

Divers travaux d1am61ioration ont 6t6 ex6cutSs dans quatre Gcoles pour rgduire l e s f u i t e ~ d ' a i r . Nous pouvons r6smer come suit les leqons tir'ees

de cette opgration:

I. k a l e D. be seellement des auvertures responsables des Luites

d'air entre le mur e t l e s solives d u toit et entre le m r et les cadres des fengtres a entralng une rgduction s e n s i b l e des f u i t e s .

2. icole J. Le scellement d'ouvertures ma1 dgfinies 2 la surface extErieure des mrs n'a entraTn5 aucune amgfioration. T o u t e f o i s ,

la rgparation d'un registre d6fectueux du systSme de ventilation a

rEduit les f u i t e s d'air.

3. Ecole E. Le scellement d'ouvertures bien d g f i n i e s responsables d e f u i t e s d t a i r dans la f a ~ a d e extiirieure a e u pour e f f e t d'amslforer 1' Stanchsit6 B 1 ' a i r .

4 . _{~ c o l e}_P. Le remplacement d'environ Le t i e r s des f e n E t r e s par de nouvelles f e n a r e s p l u s gtanches n'a p a s entraPn6 une r g d u c t i o n s e n s i b l e des f u i t e s d ' a t r .

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I . Shaw, C,P, and Jones, L. A i r Tightness and Air Infiltration of School Buildings, ASHRICE Transactions, Vol. 85,1, 1979, pp. 85-95, NBCC 18030.

L'auteur temercie le Consell scolaire d e Carleton pour avoir rendu p o s s i b l e c e t t e gtude, de &me que le personnel de gardfennage des quatre 6coles pour lnaide apportse au cwrs deo essais. 11 desire aassi souligner La participation de MM, R.G. Evans et J. Payer lors des essais sur p l a c e .

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EMSTALLATIONS CVC'

DIFF~REP~CE DE PRESSION k TRAVERS t€ MUR E X ~ R I E U R . Pa F I G U R E 1

D ~ B I T TOTAL DE f U ITE P ' A I R DES ~ C O L E S A V A N T C O R R E C T 1 ON " C V C = CHAUFFAGE, V E N T t L A T I O N . CON~DITIONMEIEMT D ' A I It

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2 0 --- w AVANT COR9ECTION U 3 0 2 3

I

VI _,-0' W = N ~ ' e $ 8 , Z

-

c? rn = 2 y. 5 m i E I-= _* 4 5 / w 3

E

z F I G U R E 3 D ~ B I T TgTAL OE f U f T E O ' A f R A V A N T E l A P R ~ S C O R R E C T I O N POUR L'EEOLE D

(a) FUlIFS DIAtR PAR LES MURS

IfNSTALIATiONS CVC EMS: 3 Y ,

---

AVANT CORRECTION A P R ~ S CORRECTION 1

I

I 1 1 1 1 1 1 1 1 I 1 1 l I L

(J FUlTES DIAIR GLOBALES

IMSTALLATIONS CVC EN MARCHE

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2 5 8 10 20 50 80 LOO F I G U R E 5 D ~ B I T TOTAL DE FUIT! D I A I R A V A M T ET A P R ? S CORRECTION POUR L ' E C Q L E E F I G U R E b n f ~ l f T n T A l nF F l l l T E n b A I R A V A N T ET