Sciences du bâtiment - Building science

Petit four capable de 600°C et d'appliquer une charge statique pour tester les matériaux de construction

La science du bâtiment est l'ensemble des connaissances scientifiques qui se concentre sur l'analyse des phénomènes physiques affectant les bâtiments. La physique du bâtiment, la science architecturale et la physique appliquée sont des termes utilisés pour le domaine de connaissances qui chevauche la science du bâtiment.

La science du bâtiment comprend traditionnellement l'étude de l'environnement thermique intérieur, de l'environnement acoustique intérieur , de l'environnement lumineux intérieur , de la qualité de l'air intérieur et de l'utilisation des ressources du bâtiment, y compris l'utilisation de l'énergie et des matériaux de construction . Ces zones sont étudiées en termes de principes physiques, de relation avec la santé, le confort et la productivité des occupants du bâtiment , et la façon dont ils peuvent être contrôlés par l' enveloppe du bâtiment et les systèmes électriques et mécaniques . L'Institut national des sciences du bâtiment (NIBS) inclut en outre les domaines de la modélisation des informations du bâtiment , de la mise en service des bâtiments , de l' ingénierie de la protection contre les incendies , de la conception sismique et de la conception résiliente dans son champ d'application.

L'objectif pratique de la science du bâtiment est de fournir une capacité prédictive pour optimiser les performances et la durabilité des bâtiments nouveaux et existants, comprendre ou prévenir les défaillances des bâtiments et guider la conception de nouvelles techniques et technologies.

Applications

Au cours du processus de conception architecturale, les connaissances en sciences du bâtiment sont utilisées pour éclairer les décisions de conception afin d'optimiser les performances du bâtiment. Les décisions de conception peuvent être prises sur la base de la connaissance des principes de la science du bâtiment et des directives établies, telles que le NIBS Whole Building Design Guide (WBDG) et la collection de normes ASHRAE liées à la science du bâtiment.

Des outils de calcul peuvent être utilisés pendant la conception pour simuler les performances du bâtiment en fonction des informations d'entrée concernant l' enveloppe du bâtiment , le système d'éclairage et le système mécanique conçus . Les modèles peuvent être utilisés pour prédire la consommation d' énergie au cours de la durée de vie du bâtiment, la distribution de la chaleur solaire et du rayonnement, le débit d'air et d'autres phénomènes physiques à l'intérieur du bâtiment. Ces outils sont précieux pour évaluer une conception et s'assurer qu'elle fonctionnera dans une plage acceptable avant le début de la construction. De nombreux outils de calcul disponibles ont la capacité d'analyser les objectifs de performance du bâtiment et d'optimiser la conception . L'exactitude des modèles est influencée par la connaissance du modélisateur des principes de la science du bâtiment et par la quantité de validation effectuée pour le programme spécifique.

Lorsque des bâtiments existants sont évalués, des mesures et des outils de calcul peuvent être utilisés pour évaluer les performances en fonction des conditions existantes mesurées. Un ensemble d'équipements d'essai sur le terrain peut être utilisé pour mesurer la température, l'humidité, les niveaux sonores, les polluants atmosphériques ou d'autres critères. Des procédures normalisées pour prendre ces mesures sont fournies dans les Protocoles de mesure du rendement pour les bâtiments commerciaux. Par exemple, les dispositifs d'imagerie infrarouge thermique (IR) peuvent être utilisés pour mesurer les températures des composants du bâtiment pendant que le bâtiment est en cours d'utilisation. Ces mesures peuvent être utilisées pour évaluer le fonctionnement du système mécanique et s'il existe des zones de gain ou de perte de chaleur anormal à travers l'enveloppe du bâtiment.

Les mesures des conditions dans les bâtiments existants sont utilisées dans le cadre des évaluations après occupation . Les évaluations post-occupation peuvent également inclure des enquêtes auprès des occupants du bâtiment pour recueillir des données sur la satisfaction et le bien-être des occupants et pour recueillir des données qualitatives sur la performance du bâtiment qui peuvent ne pas avoir été saisies par les appareils de mesure.

De nombreux aspects de la science du bâtiment sont la responsabilité de l' architecte (au Canada, de nombreux cabinets d' architectes emploient un technologue en architecture à cet effet), souvent en collaboration avec les disciplines de l' ingénierie qui ont évolué à la poignée « enveloppe non construction » construction de préoccupations scientifiques: Civil ingénierie , génie civil , génie parasismique , géotechnique , génie mécanique, génie électrique, génie acoustique , et le feu d' ingénierie de code. Même l'architecte d'intérieur générera inévitablement quelques problèmes de science du bâtiment.

Les sujets

Qualité de l'environnement intérieur (QEI)

La qualité de l'environnement intérieur (QEI) fait référence à la qualité de l'environnement d'un bâtiment par rapport à la santé et au bien-être de ceux qui occupent l'espace à l'intérieur. L'IEQ est déterminé par de nombreux facteurs, notamment l'éclairage, la qualité de l'air et les conditions humides. Les travailleurs craignent souvent d'avoir des symptômes ou des problèmes de santé dus à l'exposition à des contaminants dans les bâtiments où ils travaillent. L'une des raisons de cette préoccupation est que leurs symptômes s'améliorent souvent lorsqu'ils ne sont pas dans le bâtiment. Bien que la recherche ait montré que certains symptômes et maladies respiratoires peuvent être associés à des bâtiments humides, on ne sait toujours pas quelles mesures des contaminants intérieurs montrent que les travailleurs sont à risque de maladie. Dans la plupart des cas où un travailleur et son médecin soupçonnent que l'environnement du bâtiment est à l'origine d'un problème de santé particulier, les informations disponibles à partir des tests médicaux et des tests environnementaux ne sont pas suffisantes pour établir quels contaminants sont responsables. Malgré l'incertitude quant à ce qu'il faut mesurer et comment interpréter ce qui est mesuré, la recherche montre que les symptômes liés au bâtiment sont associés aux caractéristiques du bâtiment, notamment l'humidité, la propreté et les caractéristiques de ventilation.

Les environnements intérieurs sont très complexes et les occupants du bâtiment peuvent être exposés à une variété de contaminants (sous forme de gaz et de particules) provenant des machines de bureau, des produits de nettoyage, des activités de construction, des tapis et des meubles, des parfums, de la fumée de cigarette, des matériaux de construction endommagés par l'eau, croissance microbienne (fongique, moisissure et bactérienne), insectes et polluants extérieurs. D'autres facteurs tels que les températures intérieures, l'humidité relative et les niveaux de ventilation peuvent également affecter la façon dont les individus réagissent à l'environnement intérieur. Comprendre les sources de contaminants de l'environnement intérieur et les contrôler peut souvent aider à prévenir ou à résoudre les symptômes des travailleurs liés au bâtiment. Des conseils pratiques pour améliorer et maintenir l'environnement intérieur sont disponibles.

L'environnement intérieur du bâtiment couvre les aspects environnementaux dans la conception, l'analyse et l'exploitation de bâtiments économes en énergie, sains et confortables. Les domaines de spécialisation comprennent l'architecture, la conception CVC , le confort thermique , la qualité de l'air intérieur (QAI), l' éclairage , l' acoustique et les systèmes de contrôle .

Systèmes CVC

Les systèmes mécaniques, généralement un sous-ensemble des services du bâtiment plus larges, utilisés pour contrôler la température, l'humidité, la pression et d'autres aspects sélectionnés de l'environnement intérieur sont souvent décrits comme les systèmes de chauffage, de ventilation et de climatisation (CVC). Ces systèmes ont gagné en complexité et en importance (consommant souvent environ 20 % du budget total dans les bâtiments commerciaux) à mesure que les occupants exigent un contrôle plus strict des conditions, les bâtiments deviennent plus grands et les clôtures et les mesures passives sont devenues moins importantes en tant que moyen de confort.

La science du bâtiment comprend l'analyse des systèmes CVC pour les impacts physiques (distribution de la chaleur, vitesses de l'air, humidité relative, etc.) et pour l'effet sur le confort des occupants du bâtiment. Étant donné que le confort perçu par les occupants dépend de facteurs tels que les conditions météorologiques actuelles et le type de climat dans lequel le bâtiment est situé, les besoins en systèmes CVC pour fournir des conditions confortables varieront selon les projets.

Systèmes de boîtiers (enveloppes)

L'enceinte du bâtiment est la partie du bâtiment qui sépare l'intérieur de l'extérieur. Cela comprend le mur, le toit, les fenêtres, les dalles au niveau du sol et les joints entre tous ces éléments. Le confort, la productivité et même la santé des occupants du bâtiment dans les zones proches de l'enceinte du bâtiment (c'est-à-dire les zones périphériques) sont affectés par les influences extérieures telles que le bruit, la température et le rayonnement solaire, et par leur capacité à contrôler ces influences. Dans le cadre de sa fonction, l'enceinte doit contrôler (pas nécessairement bloquer ou arrêter) les flux d'humidité, de chaleur, d'air, de vapeur, de rayonnement solaire, d'insectes ou de bruit, tout en résistant aux charges imposées à la structure (vent, séisme). La transmission de la lumière du jour à travers les composants vitrés de la façade peut être analysée pour évaluer le besoin réduit d'éclairage électrique.


Durabilité du bâtiment

Une partie de la science du bâtiment est la tentative de concevoir des bâtiments en tenant compte de l'avenir et des ressources et réalités de demain. Ce domaine peut également être appelé conception durable .

Une poussée vers la construction à énergie zéro, également connue sous le nom de bâtiment à énergie nette zéro, a été présente dans le domaine de la science du bâtiment. Les qualifications pour la certification Net Zero Energy Building sont disponibles sur le site Web du Living Building Challenge .

Attestation

Bien qu'il n'y ait pas de certifications professionnelles directes ou intégrées en architecture ou en ingénierie pour les sciences du bâtiment, il existe des références professionnelles indépendantes associées aux disciplines. La science du bâtiment est généralement une spécialisation dans les vastes domaines de la pratique de l'architecture ou de l'ingénierie. Cependant, il existe des organisations professionnelles offrant des diplômes professionnels individuels dans des domaines spécialisés. Certains des systèmes d'évaluation des bâtiments écologiques les plus importants sont :

Il existe également d'autres institutions d'accréditation et de certification de la durabilité des bâtiments. Aux États-Unis également, des entrepreneurs certifiés par le Building Performance Institute, une organisation indépendante, annoncent qu'ils exploitent des entreprises en tant que scientifiques du bâtiment. Ceci est discutable en raison de leur manque de connaissances et de références scientifiques. D'un autre côté, une expérience plus formelle en sciences du bâtiment est vraie au Canada pour la plupart des conseillers en énergie certifiés. Bon nombre de ces métiers et technologues exigent et reçoivent une formation dans des domaines très précis de la science du bâtiment (p. ex., l'étanchéité à l'air ou l'isolation thermique).

Liste des principales revues scientifiques du bâtiment

  • Bâtiment et environnement : Cette revue internationale publie des articles de recherche originaux et des articles de synthèse liés à la science du bâtiment, à la physique urbaine et à l'interaction humaine avec l'environnement bâti intérieur et extérieur. Les articles les plus cités de la revue couvrent des sujets tels que le comportement des occupants dans les bâtiments, les systèmes de certification des bâtiments écologiques et les systèmes de ventilation des tunnels. Editeur : Elsevier . Facteur d'impact (2019) : 4,971
  • Energie et Bâtiments : Cette revue internationale publie des articles avec des liens explicites sur l'utilisation de l'énergie dans les bâtiments. L'objectif est de présenter de nouveaux résultats de recherche, et de nouvelles pratiques éprouvées visant à réduire les besoins énergétiques d'un bâtiment et à améliorer la qualité de l'air intérieur . Les articles les plus cités de la revue couvrent des sujets tels que les modèles de prédiction de la consommation énergétique des bâtiments, les modèles d'optimisation des systèmes CVC et l'évaluation du cycle de vie . Editeur : Elsevier. Facteur d'impact (2019): 4.867
  • Indoor Air : Cette revue internationale publie des articles reflétant les grandes catégories d'intérêt dans le domaine de l'environnement intérieur des bâtiments non industriels, y compris les effets sur la santé , le confort thermique , la surveillance et la modélisation, la caractérisation des sources et la ventilation (architecture) et d'autres techniques de contrôle de l'environnement. . Les articles les plus cités de la revue couvrent des sujets tels que l'impact des polluants de l'air intérieur et des conditions thermiques sur les performances des occupants, le mouvement des gouttelettes dans les environnements intérieurs et les effets des taux de ventilation sur la santé des occupants. Editeur : John Wiley & Fils . Facteur d'impact (2019) : 4,739
  • Building Research and Information : Ce journal se concentre sur les bâtiments, les parcs immobiliers et leurs systèmes de support. Unique à BRI est une approche holistique et transdisciplinaire des bâtiments, qui reconnaît la complexité de l'environnement bâti et d'autres systèmes au cours de leur vie. Les articles publiés utilisent des approches conceptuelles et fondées sur des preuves qui reflètent la complexité et les liens entre la culture, l'environnement, l'économie, la société, les organisations, la qualité de vie, la santé, le bien-être, la conception et l'ingénierie de l'environnement bâti. Les articles les plus cités de la revue couvrent des sujets tels que l'écart entre les performances et la consommation d'énergie réelle, les obstacles et les moteurs de la construction durable, et la politique des villes résilientes. Editeur : Taylor & Francis Group . Facteur d'impact (2019): 3.887
  • Journal of Building Performance Simulation : cette revue internationale à comité de lecture publie des recherches de haute qualité et des articles « intégrés » de pointe pour promouvoir l'avancement scientifiquement approfondi de tous les domaines de la performance non structurelle d'un bâtiment et en particulier dans le transfert de chaleur , l'air , transfert d'humidité. Les articles les plus cités de la revue couvrent des sujets tels que la co-simulation des systèmes de contrôle et d'énergie des bâtiments, la bibliothèque des bâtiments et l'impact du comportement des occupants sur la demande énergétique des bâtiments. Editeur : Taylor & Francis Group. Facteur d'impact (2019) : 3,458
  • LEUKOS : Cette revue publie des développements techniques, des découvertes scientifiques et des résultats expérimentaux liés aux applications de la lumière. Les sujets d'intérêt comprennent le rayonnement optique , génération de lumière , contrôle de la lumière , mesure de la lumière, conception d'éclairage, éclairage naturel , gestion de l' énergie , l' économie d'énergie et la durabilité. Les articles les plus cités de la revue couvrent des sujets tels que les mesures de conception de l'éclairage, les processus psychologiques influençant la qualité de l'éclairage et les effets de la qualité de l'éclairage et de l'efficacité énergétique sur l'exécution des tâches, l'humeur, la santé, la satisfaction et le confort. Editeur : Taylor & Francis Group. Facteur d'impact (2019): 2.667
  • Building Simulation : Cette revue internationale publie des articles de recherche originaux, de haute qualité, évalués par des pairs et des articles de synthèse traitant de la modélisation et de la simulation des bâtiments, y compris leurs systèmes. L'objectif est de promouvoir le domaine de la science et de la technologie du bâtiment à un niveau tel que la modélisation sera finalement utilisée dans tous les aspects de la construction de bâtiments comme une routine plutôt qu'une exception. Les articles qui reflètent les développements et applications récents des outils de modélisation et leur impact sur les progrès de la science et de la technologie du bâtiment sont particulièrement intéressants. Editeur : Springer Nature . Facteur d'impact (2019) : 2,472
  • Acoustique appliquée : Cette revue couvre les résultats de la recherche liés aux applications pratiques de l'acoustique en ingénierie et en science. Les articles les plus cités de la revue liés à la science du bâtiment couvrent des sujets tels que la prédiction de l' absorption acoustique des matériaux naturels, la mise en œuvre de dispositifs de surveillance acoustique urbains à faible coût et l' absorption acoustique des fibres naturelles de kénaf . Editeur : Elsevier. Facteur d'impact (2019): 2.440
  • Éclairage Research & Technology : Cette revue couvre tous les aspects de la lumière et de l' éclairage, y compris la réponse humaine à la lumière, génération de lumière , contrôle de la lumière , mesure de la lumière, l' éclairage des équipements de conception, l' éclairage naturel , l' efficacité énergétique de la conception d' éclairage et la durabilité. Les articles les plus cités de la revue couvrent des sujets tels que la lumière en tant que stimulus circadien pour l'éclairage architectural, les perceptions humaines du rendu des couleurs et l'influence de la taille et de la forme de la gamme de couleurs sur la préférence de couleur. Editeur : SAGE Publishing . Facteur d'impact (2019) : 2,226

Voir également

Les références