Confort au vent – Balcons
En quelques mots
EOLIOS a apporté son expertise technique dans la compréhension et la modélisation de l’aéraulique extérieure à grand volume en relation via la réalisation d’étude CFD.
Etude du confort au vent pour des balcons
Année
2023
Client
Localisation
France
Typologie
Air & Vent
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Etude du vent sur une barre d’immeuble
Évaluation du confort thermique des occupants sur les balcons : quels enjeux ?
Avant toute construction d’un nouveau bâtiment mettant en jeu des espaces individuels extérieurs tels que les balcons, il est nécessaire d’évaluer le confort thermique des occupants sur les balcons et d’identifier les zones éventuellement problématiques. Pour se protéger du vent, il existe une multitude de moyens à mettre en œuvre sur un balcon. La solution étudiée ici est la présence de panneaux coulissants ne fermant pas totalement le balcon. Les vents sont plus froids et ont une amplitude plus élevée en hiver. Cependant, si le balcon n’est pas entièrement fermé pendant cette période, il n’est pas utilisable en raison des températures très basses.
L’objectif de l’étude de vent est de vérifier le profil de vitesse du vent sur les balcons de l’immeuble, principalement ceux qui se trouvent aux étages les plus hauts, puis de proposer des alternatives pour optimiser le confort des habitants sur leur balcon.
L’analyse climatique du site est une étape fondamentale pour une étude de confort sur balcons. Elle permet de déterminer la vitesse maximum atteinte sur une année et les vents dominants du site grâce aux roses des vents.
Les études CFD ont permis de visualiser les différents phénomènes aérauliques pour différentes orientations de vents, ce qui permis l’optimisation de la géométrie afin d’avoir le meilleur rendement possible de l’éolienne.
Niveau de confort sur les balcons
Amplitude des vents sur les balcons : quand deviennent-ils inoccupables ?
Avant la construction d’un bâtiment , la question du confort des occupants se pose. Les balcons sont usuellement soumis aux vents. En fonction de leur amplitude, ces vents peuvent rendre les balcons inoccupables. Il est donc nécessaire de s’assurer qu’un bon niveau de confort sur les balcons est possible, dû moins au printemps et en été lorsqu’il fait assez beau et chaud. Les balcons sont notés inconfortables lorsque le vent est supérieur à 1 m/s.
Voici quelques ordres de grandeurs des vitesses de vent V:
- V < 0,2 : vitesse dans un espace fermé
- 0,2 < V < 0,5 : vitesse dans un espace fermé quand on ouvre la fenêtre donc avec un courant d’air
- 0,4 < V < 1 : brise
- V > 1 : lorsqu’un ventilateur est en marche
- V > 2 : vent désagréable
Simulation CFD du vent autour de l'immeuble
Focus sur les balcons : pourquoi seule leur modélisation détaillée est nécessaire dans ce projet ?
La simulation CFD permet de maîtriser les phénomènes aérauliques particuliers, induits par la géométrie particulière des balcons, par l’étude de l’écoulement de l’air autour du bâtiment. Les vitesses d’air donnent un indice sur le niveau de confort des habitants. Avant toute simulation, un modèle 3D CFD de la structure est réalisé. Dans ce projet, l’intérieur de l’immeuble n’a pas d’importance, seuls les balcons ont été modélisés en détail.
En fonction de l’origine du vent, des recirculations d’air sont parfois observées à l’arrière du bâtiment. Par conséquent, une partie de l’air arrivé au sol, va être ralenti à cause des frottements et donc aura tendance à remonter vers sur le bâtiment. L’air s’engouffre alors dans certains balcons ce qui peut causer un inconfort alors même que le vent ne souffle pas en direction de la façade du bâtiment. Ce phénomène particulier est à prendre en compte avant de construire tout immeuble.
Afin de déterminer le niveau de confort sur les balcons, une étude locale des vitesses d’air est réalisée. Il est possible d’obtenir les vecteurs vitesses au sein de chaque balcon. Cela permet d’observer les zones de recirculations qui ne sont pas dérangeantes mais aussi de détecter les zones de fortes vitesses, de passage d’air.
Solutions pour augmenter le confort des habitants
Espaces clos et garde-corps vitrés : alternatives envisageables pour maximiser le confort sur les balcons du bâtiment projet
Afin de maximiser le confort des habitants du bâtiment projet sur leurs balcons, il est nécessaire de les protéger du vent. Il est possible d’installer des brise-vents artificiels ou végétal sur pour limiter la vitesse du vent dans certains endroits, casser les turbulences ou guider les flux d’air. Dans cette étude, nous avons vu les effets des panneaux coulissants comme solution contre le vent sur les balcons. Les espaces clos et les garde-corps vitrés sont des solutions aussi envisageables pour ce bâtiment projet.
- Panneaux coulissants
Installer de nombreux panneaux coulissants sur les balcons permet d’y limiter le vent. La caractéristique principale de ces panneaux est que l’on peut les déplacer à sa guise. Cette solution semble parfaite pour l’étude considérée. En effet, la mobilité des panneaux permet de les ouvrir en été et de pouvoir aérer le balcon. Il est donc possible d’éviter les surchauffes au sein des balcons en été. De plus, en hiver, les panneaux permettent un jardin d’hiver avec un effet de serre dans le balcon et donc une augmentation de la température. Cela engendre une réduction de l’utilisation ou de la puissance du chauffage à cette période.
- Espaces clos
La solution idéale pour se protéger du vent est de créer un espace clos complètement isolé de l’extérieur. Étant complètement isolé des flux extérieurs, on ne ressent pas le vent. Ces espaces clos ont des désavantages. En effet, ils ne peuvent pas être ouverts sur l’extérieur ce qui provoque des surchauffes en été. De plus, les habitants n’ont pas le même ressenti dans une véranda et dans un balcon. Les espaces clos ne procurent pas le sentiment d’être à l’extérieur.
D’autres solutions auraient pu être envisagées telles que les garde-corps, les palissades fixes, les auvents ou les haies brise-vent ou autres brises vents végétals.
Synthèse vidéo de l'étude
L’étude du vent sur une barre d’immeuble vise à évaluer le confort thermique des occupants sur les balcons . Il est important de prendre en compte les vents froids et forts en hiver, qui rendent les balcons inutilisables. L’objectif de l’étude est de vérifier le profil de vitesse du vent sur les balcons les plus hauts et de proposer des alternatives pour optimiser le confort des habitants. Les études CFD permettent de visualiser les phénomènes aérauliques et d’optimiser la géométrie pour maximiser l’efficacité de l’éolienne.
Pour évaluer le confort des occupants sur les balcons , il est essentiel de tenir compte de l’amplitude des évents . Les balcons deviennent inconfortables lorsque la vitesse du vent dépasse 1 m/s . La simulation CFD permet de modéliser en détail les balcons, car la géométrie spécifique de ces espaces a un impact sur les phénomènes aérauliques . Une modélisation 3D de l’immeuble est réalisée, en se concentrant uniquement sur les balcons .
L’étude locale des vitesses d’air permet de déterminer le niveau de confort des occupants sur les balcons . Il est possible d’observer les zones de recirculation et de forte vitesse d’air . Pour améliorer le confort, différentes solutions sont proposées, telles que l’ installation de brise-vents artificiels ou végétaux . Les panneaux coulissants sont également une solution efficace pour limiter l’évent sur les balcons. Ils offrent la possibilité d’ ouvrir les balcons en été et de les utiliser comme des jardins d’hiver en hiver , en augmentant la température grâce à l’effet de serre.
Une autre solution consiste à créer des espaces clos complètement isolés de l’extérieur . Cependant, ces espaces ne peuvent pas être ouverts sur l’extérieur, ce qui peut provoquer des surchauffes en été et ne procurer pas la sensation d’être à l’extérieur. D’autres solutions telles que les garde-corps, les auvents ou les haies brise-vent peuvent également être envisagées.
