Par Isabelle Simard
Les enveloppes de bâtiments en béton préfabriqué présentent plusieurs avantages significatifs en termes de performance thermique et d’efficacité énergétique. Elles s’adaptent particulièrement bien aux bâtiments commerciaux, institutionnels et résidentiels de grande hauteur où le contrôle des fuites d’air et de pénétration de la pluie sont des éléments cruciaux.
Depuis plusieurs décennies, le béton préfabriqué a été utilisé avec succès pour créer des enveloppes durables. La préfabrication permet de réduire les coûts de fabrication, de réduire le nombre d’ouvriers requis pour construire le bâtiment et de travailler en usine dans des conditions optimales, tout en évitant d’être à la merci des conditions météorologiques.
Les enveloppes de bâtiments en béton préfabriqué associent une grande inertie thermique, une isolation efficace, une excellente étanchéité et une durabilité optimale. Elles permettent aux concepteurs de répondre aux exigences croissantes en matière de performance énergétique, d’offrir des environnements intérieurs confortables et stables, tout en respectant les contraintes économiques et environnementales.
Cette analyse présente les quatre principaux avantages des enveloppes de bâtiments en béton préfabriqué dans la conception et la construction de bâtiments modernes.
Le béton est un matériau à haute capacité thermique, ce qui signifie qu’il peut absorber, emmagasiner et lentement libérer de la chaleur. Cette propriété modère les variations de température intérieure, contribuant à une consommation énergétique plus stable et réduite pour le chauffage et la climatisation. L’inertie thermique du béton aide également à éviter les pics de demande énergétique, optimisant ainsi l’efficacité globale des systèmes de gestion climatique.
Les panneaux de béton préfabriqué peuvent intégrer des matériaux isolants directement dans leur structure. Par exemple, les panneaux sandwich en béton préfabriqué haute performance permettent de combiner la masse et l'isolation des murs, créant ainsi une enveloppe thermique avec une valeur R élevée, réduisant les pertes de chaleur en hiver et maintenant la fraîcheur en été. Autre avantage indéniable : ces murs isolés peuvent procurer jusqu’à quatre heures de résistance au feu.
Les panneaux muraux sandwich en béton préfabriqué offrent une solution de mur à la fois fonctionnelle et esthétique. Ces panneaux sont constitués de deux parois, généralement renforcées ou précontraintes, avec une couche continue d'isolant rigide (souvent du polystyrène extrudé) insérée entre elles. Ils sont disponibles dans une variété de largeurs, longueurs, épaisseurs et finitions extérieures. La préfabrication de ces panneaux en usine permet une construction rapide et économique.
La préfabrication permet un contrôle rigoureux de la qualité des jonctions et des finitions, assurant une excellente étanchéité à l’air. Moins de fuites d’air se traduit par une meilleure performance thermique globale du bâtiment, réduisant la demande énergétique et augmentant le confort des occupants.
L’intégration de fenêtres aux panneaux préfabriqués favorisera à son tour l’obtention d’une enveloppe très étanche et performante. Les panneaux prévitrés offrent une excellente protection contre la pluie, le vent et la neige. Cette solution tout-en-un gagne en popularité dans le secteur de la construction. Elle assure aux parties prenantes du projet de gagner en efficacité, de réduire les échéanciers de construction sur le site et les coûts, tout en améliorant la qualité du produit fini.
Le béton préfabriqué est intrinsèquement durable et résistant aux éléments, ce qui minimise les besoins d’entretien et assure une performance thermique constante sur la durée de vie du bâtiment. Cette durabilité est cruciale pour les bâtiments à haute performance énergétique, où la dégradation des matériaux peut compromettre l’efficacité thermique.
Revenons à la base en identifiant les composantes de l’enveloppe du bâtiment. L’enveloppe du bâtiment est définie comme étant la composante physique d’un bâtiment qui sépare le milieu intérieur de son environnement extérieur. Et la fonction de séparation physique des environnements peut être divisée en trois sous-fonctions : le soutien, le contrôle et la finition.
Soutien : Cette fonction consiste à soutenir et transférer les charges structurales provenant des environnements intérieurs et extérieurs. L'enveloppe, ou certaines de ses parties, peut être intégrée à la structure principale du bâtiment en fonction de sa conception ou de ses performances.
Contrôle : Cette fonction régule les flux entre l'intérieur et l'extérieur du bâtiment, tels que l'air, l'eau, la chaleur, le son et la lumière. Elle vise à protéger l'intérieur du bâtiment contre les éléments extérieurs et à maintenir des conditions confortables à l'intérieur. La fonction de contrôle est critique pour la performance de l’enveloppe, en particulier aux points de pénétration des connexions et des interfaces des matériaux. Les fonctions de contrôle les plus importantes en termes de durabilité sont le contrôle de la pluie, suivi par le contrôle du flux d’air, le contrôle thermique et le contrôle de la vapeur. Le niveau du contrôle d’incendie et du contrôle sonore requis varie selon les exigences du code et celles du propriétaire.
Finition : Cette fonction concerne l'apparence et la durabilité des surfaces de l'enveloppe du bâtiment. Les surfaces extérieures et intérieures doivent répondre à des critères esthétiques, de durabilité et à d'autres exigences de performance. Cependant, le besoin de finition varie et il est rare qu'une enveloppe nécessite une finition complète et uniforme sur toutes ses surfaces, à l'intérieur comme à l'extérieur.
En résumé, toutes les enveloppes de bâtiment doivent remplir les fonctions de soutien, de contrôle et de finition. Cependant, seules les fonctions de soutien et de contrôle sont toujours nécessaires. Pour éviter les problèmes de performance, il est crucial que ces fonctions soient appliquées à travers chaque ouverture, interface et assemblage de l'enveloppe.
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Sources : Canadian Precast Prestressed Concrete Institute (CPCI) : L’enveloppe du bâtiment haute performance en béton préfabriqué : le contrôle de la pluie, Ponts thermiques des façades en béton préfabriqué, Panneau de mur isolé Béton préfabriqué.
Precast concrete building envelopes offer several significant advantages in terms of thermal performance and energy efficiency. They are particularly well suited to high-rise commercial, institutional and residential buildings where controlling air leaks and rain penetration are crucial elements.
For several decades, precast concrete has been used successfully to create durable envelopes. Prefabrication makes it possible to reduce manufacturing costs, reduce the number of workers required to construct the building and work in the factory in optimal conditions, while avoiding being at the mercy of weather.
Prefabricated concrete building envelopes combine high thermal inertia, effective insulation, excellent waterproofing and optimal durability. They allow designers to meet growing requirements in terms of energy performance, to offer comfortable and stable indoor environments, while respecting economic and environmental constraints.
This analysis presents the four main advantages of precast concrete building envelopes in modern building design and construction.
Concrete is a material with a high heat capacity, meaning it can absorb, store and slowly release heat. This property moderates indoor temperature variations, contributing to more stable and reduced energy consumption for heating and cooling. The thermal inertia of concrete also helps avoid peaks in energy demand, there by optimizing the overall efficiency of climate management systems.
Precast concrete panels can integrate insulating materials directly into their structure. For example, high-performance precast concrete sandwich panels allow wall mass and insulation to be combined, creating a thermal envelope with a high R-value, reducing heat loss in winter and maintaining coolness in summer. Another undeniable advantage: these insulated walls can provide up to four hours of fire resistance.
Precast concrete sandwich wall panels offer a wall solution that is both functional and aesthetic. These panels consist of two walls, usually reinforced or pre-stressed, with a continuous layer of rigid insulation (often extruded polystyrene) inserted between them. They are available in a variety of widths, lengths, thicknesses and exterior finishes. Prefabrication of these panels in the factory allows for rapid and economical construction.
Prefabrication allows for rigorous quality control of the of joints and finishes, ensuring excellent airtightness. Fewer air leaks translate into better overall thermal performance of the building, reducing energy demand and increasing occupant comfort.
By integrating windows into the prefabricated panels, you can create a highly airtight, high-performance envelope. Pre-glazed panels offer excellent protection against rain, wind and snow. This all-in-one solution is gaining in popularity in the construction sector. It allows project stakeholders to increase efficiency, reduce on-site construction schedules and costs, while improving the quality of the finished product.
Precast concrete is in herently durable and resistant to the elements, minimizing maintenance needs and ensuring consistent thermal performance over the life of the building. This durability is crucial for high energy performance buildings, where material degradation can compromise thermal efficiency.
Let’s get back to basics by identifying the components of the building envelope. It is defined as the physical component of a building that separates the interior environment from its exterior environment. The physical separation of environments can be divided into three sub-functions: support, control and finishing.
Support : This function consists of supporting and transferring structural loadsfrom interior and exterior environments. The envelope, or parts of it, can be integrated into the main structure of the building depending on its design or performance.
Control : This function regulates flows between the interior and exterior of the building, such as air, water, heat, sound and light. It aims to protect the interior of the building from external elements and to maintain comfortable conditions inside. The control function is critical to envelope performance, particularly at penetration points of connections and material interfaces. The most important control functions in terms of durability are rain control, followed by airflow control, thermal control and vapor control. The level of fire and sound control required varies depending on code and owner requirements.
Finishing : This function concerns the appearance and durability of building envelope surfaces. Exterior and interior surfaces must meet aesthetic, durability and other performance requirements. However, the need for finishing varies and it is rare that an envelope requires a complete and uniform finish on all its surfaces, inside and out.
In summary, all building envelopes must fulfil the functions of support, control and finish. However, only the supporting and controlling functions are always required. To avoid performance problems, it is crucial that these functions are applied across every opening, interface and assembly in the envelope.
Do you have questions about precast concrete building envelopes and the different architectural solutions offered by BPDL? Our team invites architects, engineers, real estate developers, civil servants and construction professionals to lunch-and-learn presentations on precast concrete. To find out more, fill out this short form and a member of the team will contact you shortly. Download the form.
Sources : Canadian Precast Prestressed Concrete Institute (CPCI) : The high-performance precast concrete building envelope: rain control, Thermal bridges for precast concrete facades, Precast concrete insulated wall panel.
