Transient hygrothermal behaviour of Lime-Hemp Materials

(eng) Energy use during human activities has an important impact on the environment. The building sector is responsible for one third of all primary energy used worldwide. Following sustainable development principles, energy and materials should be considered “from cradle to grave” to improve global performances of buildings. Lime-Hemp Materials (LHM) have numerous advantages: they have low embodied energy, they store CO2, they can be recycled, they adapt to new or old buildings, they give healthy environments… Based on literature and a thorough analysis of the “state of the art” of LHM use, the present work uses recent software WUFI® to quantify hygrothermal performances of LHM components under dynamic climates considering their transient behaviour. Classical assessment usually assumes permanent transfer and neglects the influence of sun, rain or wind. All hygrothermal parameters necessary to input LHM-wall (“wall” mixture) in the database of the software are measured and discussed. Thermal and hygric inertia are introduced through 2x2 combined parameters: diffusivity and effusivity. Seven different types of multi-layer components are then compared through WUFI® simulations. The influence of sun, rain and wind is analysed for the Belgian reference climate. Thermal and hygric inertia of those components are expressed through a new set of parameters characterizing their transient behaviour. LHM-wall components appear to have high thermal and hygric inertia. With this model, the yearly demand of energy predicted by the software (taking into account the influence of sun, rain, wind and transient effects) is similar to the results obtained with classical assessment. If new research is suggested, the present work demonstrates that, for equivalent components in term of thermal transport coefficient, components with high thermal and hygric inertia offer a higher comfort feeling in winter and in summer. The results of this work should be used to improve our knowledge regarding the transient behaviour of a wide range of other sustainable building components, and to optimize their performance in relation to the climate under which they are subjected

(fre) La consommation énergétique des activités humaines a des répercutions importantes sur l’environnement. Le secteur du bâtiment est responsable d’au moins un tiers de la consommation d’énergie primaire mondiale. Selon les principes du développement durable, l’énergie et les matériaux devraient être considérés « du berceau à la tombe » pour améliorer la performance globale des bâtiments. Les Matériaux Chaux-Chanvre (MCC) ont de nombreuses qualités : faible énergie grise, stockage de CO2, recyclable, adapté tant aux constructions neuves qu’à la rénovation/restauration des bâtiments existants, faible impact sur la santé… S’appuyant sur la littérature et sur une analyse fouillée de l’« état de l’art », la présente thèse utilise le logiciel WUFI® Pro 4.1 pour quantifier les performances d’éléments de mur intégrant des MCC sous des régimes climatiques dynamiques en considérant leur comportement transitoire. En général, l’évaluation des performances hygrothermiques réalisée par calcul théorique qui fait l’hypothèse d’un régime permanent et qui néglige les effets du soleil, de la pluie et du vent. Tous les paramètres hygrothermiques nécessaires pour introduire le MCC-mur (mélange « mur ») dans la base de données du logiciel ont été mesurés et sont discutés en détail. L’inertie thermique et hydrique sont présentés via 2x2 paramètres combinés : la diffusivité et l’effusivité. Sept types d’éléments de mur sont ensuite comparés au travers de simulations avec WUFI®. L’influence du soleil, de la pluie et du vent est analysé pour une année type belge. L’inertie thermique et hydrique de ces éléments de mur sont exprimés par une nouvelle série de paramètres caractérisant leur comportement dynamique. Les résultats montrent que les composants constitués de MCC-mur ont une forte inertie thermique et hydrique. Néanmoins, la demande annuelle d’énergie prévue par le logiciel (en tenant en compte l’influence du soleil, de la pluie et du vent et des effets transitoires) est, pour toutes les parois, du même ordre que l’évaluation donnée par calcul théorique. Si des recherches complémentaires sont suggérées, la thèse démontre que pour des éléments de mur équivalent du point de vue de leur coefficient de transmission thermique, les éléments ayant une forte inertie thermique et hydrique offrent un meilleur confort en hiver et en été. Les résultats présentés peuvent être utilisés pour améliorer la connaissance des comportements transitoires d’une large gamme d’éléments de construction « durable », et pour optimiser leur performance en relation avec le climat auquel ils sont soumis.