Tirage thermique

La différence de pression ΔP entre l'air au sommet et à la base peut être exprimé par l'équation suivante[1]^,[2] :

${\displaystyle \Delta P=\;C\,p\;h\;{\bigg (}{\frac {1}{T_{o}}}-{\frac {1}{T_{i}}}{\bigg )}}$

où:
ΔP	= différence de pression, en Pa
C	= 0.0342
p	= pression absolue atmosphérique, en Pa, à corriger en fonction de l'altitude (-12Pa/m)
h	= hauteur ou distance, en m
To	= température extérieure, en K
Ti	= température intérieure, en K

Pour les bâtiments à un ou deux niveaux, h est la hauteur du bâtiment. Pour les bâtiments de grande hauteur à plusieurs niveaux, h est la distance des ouvertures situées au niveau de pression neutre (neutral pressure level, NPL) à une extrémité (soit le sommet, soit la base)[1].

La pression est la pression absolue, soit 1.013mbar (101.300Pa) au niveau de la mer en moyenne. Si h est élevé, il faut tenir compte de différence de pression de 12Pa par mètre d'altitude, au niveau de la mer, à corriger en fonction de l'altitude.

Le débit d'air déplacé par tirage thermique s'exprime par l'équation suivante[1]^,[2]^,[3] :

${\displaystyle Q=C\;S\;{\sqrt {2\;g\;h\;{\frac {T_{i}-T_{o}}{T_{i}}}}}}$

où:
Q	= débit d'air déplacé par tirage thermique, m3/s
S	= surface du flux, m2
C	= coefficient de décharge (ordinairement de 0,65 à 0,70)
g	= accélération de la pesanteur, 9,81 m/s2
h	= hauteur ou distance, m
To	= température extérieure, en K
Ti	= température intérieure, en K

Attention: ce n'est pas le même "C" dans les 2 formules débit et pression ! Q débit en m3/s, mais on ne dit pas à quelle pression et température ?

Structure de la termitière géante de l'espèce Macrotermes natalensis (en).

La ventilation naturelle (en) ou l'infiltration utilisent le tirage thermique provoqué par l'action du vent sur l'enveloppe d'un bâtiment, d'une structure.

Ce phénomène est à l'origine de l'accident du funiculaire de Kaprun et de l'incendie de King's Cross.

Ce modèle d'effet de cheminée étudié par les architectes et les ingénieurs, est connu des biologistes sous le nom de flux induit ou forcé par une force extérieure (le vent), par exemple au niveau des termitières qui forment un système complexe de ventilation naturelle[4]^,[5].

Tour aéroréfrigérante avec une forme hyperboloïde.

Les bâtiments n'étant jamais totalement étanches, le tirage thermique est toujours à l'origine d'infiltrations d'air.

Durant la saison de chauffe, l'air intérieur, plus chaud, s'élève dans le bâtiment et s'échappe en hauteur, par des fenêtres, des bouches de ventilation ou autre. En s'élevant, l'air crée une dépression au bas du bâtiment, ce qui fait pénétrer de l'air froid (appel d'air).

Durant la saison estivale, l'effet cheminée est inversé, mais généralement plus faible en raison de la plus faible différence de température entre l'intérieur et l'extérieur.

Dans les immeubles de grande hauteur modernes, qui possède une enveloppe relativement hermétique, la différence de pression entre le sommet et la base peut entraîner un effet cheminée significatif, qui doit être pris en considération au niveau de la conception. Les cages d'escalier ou d'ascenseurs tendent à accentuer le phénomène, alors que les cloisons intérieures, les planchers et les séparations incendie l'atténuent. En particulier, le tirage thermique peut accélérer la propagation des fumées en cas d'incendie.

La forme hyperboloïde des tours aéroréfrigérantes s'explique en partie par le tirage thermique qu'elle favorise en utilisant l'effet Venturi[6].