Vers une architecture durable et Réglementation thermique

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1 Vers une architecture durable et Réglementation thermique
Formation des personnes ressources : Technologie collège Vers une architecture durable et Réglementation thermique SOURCES

2 INTRODUCTION Le contexte, les enjeux Les ressources naturelles s’épuisent Les prix s’envolent Le climat se dérègle Le secteur du bâtiment est un gros consommateur d’énergie Nos engagements nationaux et internationaux nous obligent à maîtriser les consommations dans le secteur du bâtiment

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6 THERMIQUE DU MUR

7 DEPERDITIONS

8 Le coefficient de transmission thermique d'une paroi "U"
Le coefficient de transmission thermique d'une paroi est la quantité de chaleur traversant cette paroi en régime permanent, par unité de temps, par unité de surface et par unité de différence de température entre les ambiances situées de part et d'autre de la paroi. Le coefficient de transmission thermique est l'inverse de la résistance thermique totale (RT) de la paroi. U = 1 / RT U s'exprime en W/m²K Plus sa valeur est faible et plus la construction sera isolée.

9 Coefficient général de transmission U :
Le coefficient de transmission global U s'exprime par la formule : La propagation de la chaleur à travers une paroi : Une paroi séparant deux ambiances de températures différentes, constitue un obstacle plus ou moins efficace, au flux de chaleur qui va s'établir de la chaude vers la froide. La chaleur va devoir : pénétrer dans la paroi, traverser les différentes couches de matériaux constituant la paroi, traverser des couches d'air éventuelles, et sortir de la paroi.

10 La résistance thermique d'échange superficiel (Ri et Re)
La transmission de la chaleur de l'air ambiant à une paroi et vice versa se fait à la fois par rayonnement et par convection. hi, le coefficient d'échange thermique superficiel entre une ambiance intérieure et une paroi est la somme des quantités de chaleur transmise entre une ambiance intérieure et la face intérieure d'une paroi, par convection et par rayonnement, par unité de temps, par unité de surface de la paroi, et pour un écart de 1 K entre la température de la résultante sèche de l'ambiance et la température de surface. > hi s'exprime en W/m²K. Ri, la résistance thermique d'échange d'une surface intérieure est égale à l'inverse du coefficient d'échange thermique de surface intérieure hi Ri = 1/hi > Ri s'exprime en m²K/W. he, le coefficient d'échange thermique superficiel entre une paroi et une ambiance extérieure est la somme des quantités de chaleur transmise entre la face extérieure d'une paroi et une ambiance extérieure, par convection et par rayonnement, par unité de temps, par unité de surface de la paroi, et pour un écart de 1 K entre la température de la résultante sèche de l'ambiance et la température de surface. > he s'exprime en W/m²K. Re, la résistance thermique d'échange d'une surface extérieure est égale à l'inverse du coefficient d'échange thermique de surface extérieure he Re = 1/he > Re s'exprime en m²K/W.

11 Conductivité d’un matériau
La conductivité thermique est définie comme étant une grandeur physique qui caractérise la capacité de la plupart des métaux ou autres matériaux à transférer la chaleur par conduction. Pour que le transfert ait lieu, deux matériaux sont placés de proche en proche avant la transmission thermique. Cette grandeur est une constante qui donne la quantité de chaleur qui peut être transmise sur une unité de surface précise, dans une unité de temps déterminé, sous une température définie.  en W/m K

12 LE PONT THERMIQUE  Définition du pont thermique. Un pont thermique est une partie de l'enveloppe du bâtiment où la résistance thermique, par ailleurs uniforme, est modifiée de façon sensible par: 1- la pénétration totale ou partielle de l'enveloppe du bâtiment par des matériaux ayant une conductivité thermique différente comme par exemple les systèmes d'attaches métalliques qui traversent une couche isolante Et/ou 2- un changement local de l'épaisseur des matériaux de la paroi ce qui revient à changer localement la résistance thermique. 3- une différence entre les surfaces intérieure et extérieure, comme il s'en produit aux liaisons entre parois.

13 Types de ponts thermiques.
Il existe principalement deux types de ponts thermiques : 1- les ponts thermiques linéaires ou 2D caractérisés par un coefficient linéique  exprimé en W/(m.K) (exemple : liaison en partie courante entre un plancher et un mur extérieur). La déperdition en W/K à travers un pont thermique linéaire se calcule en multipliant le coefficient linéique par son linéaire exprimé en mètre. 2- les ponts thermiques ponctuels ou 3D caractérisés par un coefficient ponctuel X exprimé en W/K (exemple : liaison entre un plancher et deux murs perpendiculaires de façade). Le coefficient ponctuel exprime la déperdition en W/K à travers le pont thermique en question.

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15 FORMULES GENERALES POUR CALCUL DE BILAN THERMIQUE
Les déperditions de base d’un local chauffé i sont égales à la somme des :  i en W Déperditions par transmission (parois et ponts thermiques)  T , i Déperditions par « ventilation »  V , i . Les déperditions de base par transmission  T , i = HT,i (int,i - e )  HT,i : coefficient de déperdition par transmission en W/K (int,i - e ) : écart de température en K Les déperditions de base par ventilation  V , i = HV,i (int,i - e )  HV,i : coefficient de déperdition par ventilation en W/K

16 coefficient HT,ie Il est égal à la somme pour chaque paroi de
Ht = ∑(U * A +  * l ) A surface intérieure de la paroi L longueur du pont thermique Les coefficient U et  sont déterminés, dans le cas le plus compliqués, à l’aide des règles TH-U ( U, Uw,  ). La norme donne des tableaux de valeurs forfaitaires pour les 

17 coefficient HT,ig Il se calcule :
De façon précise à l’aide des règles TH-U En utilisant des coefficients intermédiaires et des tableaux de valeurs  Modalités de calcul des coefficients liés à la ventilation H V , i HV,i  = 0 ,34 * V°I V°i est le débit d’air à chauffer pour le local i en m3/h ; Il est la somme de plusieurs facteurs : Débit dû aux infiltrations V°inf , i Débit d’air insufflé par le système de ventilation V°su , i Débit d’air extrait « excédentaire » par le système de ventilation V°mech, inf, i

18 Débit de fuite

19 CALCUL DE BILAN THERMIQUE
D =  T , i + V , i = HT,i (int,i - e ) + HV,i (int,i - e )  en W

20 Présentation du diagramme de l’air humide

21 Utilisation du diagramme

22 Vers une architecture durable
Introduction  Implantation et bio-climatisme L’ARCHITECTURE : Les stratégies de conception

23 Introduction IL FAUT REDESSINER NOS VILLES ET VILLAGES :
La meilleure source d'énergie est celle que l’on ne consomme pas ! Donc, pour limiter les déplacements des habitants, le bon sens voudrait que l'on trouve tout à proximité. Il faudrait revenir à une mixité des zones : habitat / travail / commerces / culture / loisirs / santé /... Favoriser le commerce de proximité qui est tué par les concentrations commerciales (qui pullulent en périphérie). Retrouver des services (culture / loisirs / santé) entre les zones d’habitat et de travail. Le tout relié par des transports en commun. Crée également de l’emploi localement et une mixité sociale.

24 Pour commencer, quelques priorités :
Transport Économies d’énergies Construction bioclimatique Urbanisme Matériaux Éclairage public

25 Sans oublier les aspects sociaux
Il ne faut surtout pas rater cette prise de conscience environnementale pour repenser une nouvelle façon de vivre et de travailler ensemble. Retrouver des zones de convivialité dans les quartiers et favoriser le lien social et intergénérationnel : Crèches jumelées avec des maisons de retraites ; Installer des espaces de jardins pour cultiver et apprendre, même en ville ; Répartir des locaux de rencontre pour les jeunes, les fêtes de quartier, des activités de voisinage, associatives ou artistiques,… ; Créer des points de covoiturage, favorisés par des sites internet ; Dans chaque parking, pouvoir trouver des voitures partagées ; Généraliser les vélibs avec des circuits dédiés,…

26 En conclusion Dans les nouvelles décisions et modifications des textes (PLU, POS, SCOT,…) suite au Grenelle, il serait bien d’intégrer pour l’urbanisme : des notions de convivialité et de proximité, … et du bon sens. Associer aux équipes de décisions la pluridisciplinarité (sociologues, artistes, travailleurs sociaux, humanistes, associations,…), pour contrer le lobbying mercantile.

27 Voici quelques propositions sur un urbanisme qui intègrerait économie d’énergies ; lien social et lieux de convivialités. La notion du triangle : LOGEMENT / TRAVAIL /COMMERCES LOISIRS, illustré par ce dessin : Si l’on conçoit encore les villes en séparant les zones, on induit forcément des déplacements, sources de bien des maux (pollutions, isolement, exclusion, temps de transport au détriment des autres activités,…) Maintenant, si l'on ressert ce triangle, au sein même de la ville, on crée une mixité des zones, en réduisant les distances de déplacements. En créant des locaux ouverts aux rencontres des habitants du quartier (gérer par une association) on peut favoriser la convivialité... Il faut également réserver des rues aux modes de déplacements doux…

28 Implantation et bio-climatisme
L'architecture bioclimatique est une discipline de l'architecture qui recherche un équilibre entre la conception et la construction de l'habitat, son milieu (climat, environnement, ...) et les modes et rythmes de vie des habitants. Implantation et bio-climatisme

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30 Définition BIOCLIMATISME !
Le bioclimatisme  consiste à trouver la meilleure adéquation entre "la vie et la nature", dans le but de réduire au maximum les besoins thermiques. BIO : c'est "la vie, lié à la nature«  CLIMATISME : c'est l’adaptation de l'habitation à son environnement. Le bioclimatisme utilise: le soleil, le vent, le sol, pour un confort thermique inépuisable, tout en préservant l'environnement. Extrait d' Eco-logis, ou la maison à vivre". Thomas SCHMITZ GÜNTHER Edition : KÖNEMANN

31 DEMARCHE BIOCLIMATIQUE !
Une démarche bioclimatique se développe sur trois axes : capter la chaleur, la transformer/diffuser la conserver. Trouver un équilibre entre ces trois exigences, sans n’en négliger aucune, c'est suivre une démarche bioclimatique cohérente. Dans les régions chaudes (de type méditerranéen par exemple), un quatrième axe fondamental doit être pris en compte : se protéger de la chaleur et l'évacuer. Cet axe, a priori contradictoire avec les précédents, est la base d'une conception bioclimatique bien comprise.

32 Une maison bioclimatique se caractérise par :
des ouvertures de grande dimension au sud qui apporteront beaucoup de chaleur en hiver (quand le soleil est bas), et moins en été (surtout si elle est protégée par un auvent). très peu d'ouvertures au nord car elles auront un bilan presque nul en été et fortement négatif en hiver. peu d'ouvertures à l'est (soleil du matin) car elles auront un bilan presque nul en été et négatif en hiver. peu d'ouvertures à l'ouest (soleil du soir) car elles apporteront beaucoup de chaleur en été, mais en perdra en hiver. une fenêtre zénithale ou inclinée aura un bilan positif été comme hiver.

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35 Répartition des pièces

36 L’ARCHITECTURE : LES STRATÉGIES DE CONCEPTION
Architecture et climat on peut distinguer 3 stratégies constructives : Þ la stratégie du chaud Þ la stratégie du froid Þ la stratégie de l’éclairage L’ARCHITECTURE : LES STRATÉGIES DE CONCEPTION

37 DU MACRO AU MICRO Chaque construction oblige à hiérarchiser les stratégies différemment, d’où l’importance de définir les besoins… Dans tous les cas, une approche du macro au micro est pertinente. DU MACRO AU MICRO Topographie Végétation Plan masse Volumétrie Compacité Orientations Inertie Ouvertures

38 Topographie Etude du terrain

39 La végétation

40 Plan de masse

41 Volumétrie, Compacité

42 Inertie hiver et mi-saison
En hiver et en mi-saison, lors d’une journée bien ensoleillée, une forte inertie (courbe rouge) permet d’emmagasiner les apports solaires et de décaler le pic de température intérieure plus tard dans journée, quand la température extérieure sera plus basse. Une faible inertie (courbe verte), par contre, n’amortit que très peu le pic de température intérieure, qu’il ne retarde que de quelques heures seulement. L’inertie thermique agit donc comme une régulation naturelle du climat intérieur. Par contre, pour les maisons passives l’effet de l’inertie sera moins prononcé, parce que la température intérieure reste quasi constante jour et nuit

43 INERTIE D’ETE En été, les apports de chaleur reçus pendant la journée pourraient conduire à une surchauffe considérable. Une bonne inertie (courbe rouge) permet de stocker la chaleur reçue en journée pour la restituer pendant la nuit, lorsque la température extérieure s’est refroidie. Pour les maisons passives l’effet de l’inertie sera moins prononcé.

44 Ouvertures Choix des ouvertures: Les couleurs de surface :
a) Prévoir une grande fenêtre plutôt que plusieurs petites fenêtres. En effet, une grande ouverture à la lumière naturelle occasionne moins d’éblouissement qu’une petite car elle augmente le niveau d’adaptation des yeux et diminue le contraste de luminance et la sensation d’éblouissement qui lui est associée ; b) Voiler le ciel par l’utilisation d’une protection solaire ; c) Voiler en partie le ciel en assombrissant la fenêtre par un élément déflecteur (lightshelf, murs de refends, débords de toiture...) ; d) Voiler en partie le ciel en disposant à l’extérieur des éléments moins lumineux que le ciel (atrium, cour intérieure) ; e) Situer les percements en hauteur (ouvertures zénithales, clere-stories…), afin de limiter l’éblouissement direct puisque la plupart des tâches visuelles nécessitent une vue horizontale ou vers le bas ; Les couleurs de surface : f) Diminuer le contraste fenêtre-châssis en augmentant le coefficient de réflexion du châssis au moyen de couleurs claires et mates ; g) Diminuer le contraste mur-fenêtre en éclairant le mur qui contient la fenêtre ; h) Diminuer le contraste mur-fenêtre en augmentant le coefficient de réflexion du mur qui contient la fenêtre ;  i) Diminuer le contraste mur-fenêtre en augmentant la part indirecte de l’éclairage naturel au moyen de parois très claires ; j) Favoriser les revêtements mats car ils diffusent la lumière

45 Optimiser la ventilation nocturne
Unilatérale : ouverture sur une seule façade Transversale : ouvertures sur des façades opposées Par tirage thermique ou effet de cheminée

46 LES DIFFERENTES STRATEGIES
La stratégie du chaud La stratégie du froid La stratégie de l’éclairage naturel

47 EN HIVER (stratégie du chaud)
En hiver, Il importe de : Capter l’énergie solaire gratuite à travers les surfaces vitrées orientées au sud. Se protéger du froid, en isolant l’enveloppe extérieure du bâtiment et en minimisant les ouvertures subissant les vents froids au nord. Conserver l’énergie accumulée à l’intérieur de l’habitat en recherchant la meilleure capacité d’accumulation dans les matériaux utilisés (inertie thermique).

48 EN ETE (stratégie du froid)
En été, il faut : Se protéger de l’ensoleillement direct en rapportant un écran pare-soleil ou un écran de végétation caduque. Minimiser les apports internes de chaleur par le degré d’inertie des parois. Dissiper la chaleur excessive accumulée à l’intérieur de l’habitat en ventilant la nuit. Refroidir naturellement l’air par l’utilisation de plans d’eau extérieurs. Minimiser les apports internes de chaleur.

49 LA STRATEGIE DE LA LUMIERE NATURELLE :
L’habitat bioclimatique s’emploie à tirer le meilleur parti possible de la lumière naturelle (stratégie de la lumière naturelle). Contrairement aux apports solaires, toutes les orientations peuvent apportées de la lumière naturelle. Elle varie bien sur en qualité et quantité, le but étant d’assurer un éclairage suffisant et uniforme suivant les fonctions des pièces et le type d’activités. Par contre un trop fort rayonnement solaire peut être source de gêne, dans ce cas on tentera de contrôler l’éclairement de la lumière naturelle en évitant l’éblouissement, par la mise en place de stores, voilages, écrans mobiles, etc...

50 LES PARAMETRES DE CONFORT

51 Le bilan thermique de l’homme.
Confort = équilibre entre l'homme et l'ambiance. La température du corps humain est d’environ 33°C à la surface et de 37°C à l’intérieur. Cette chaleur est produite par l’homme lors de la « combustion » chimique des aliments. La température du corps est donc supérieure à la température extérieure pratiquement durant toute l’année en Europe. La figure ci-dessus considère le sentiment de confort thermique  exprimé par les sujets eux-mêmes. Il s'agit de pourcentages prévisibles d'insatisfaits (PPD), exprimés sur l'axe vertical, pour des personnes au repos en position assise (celle qui font la sieste au bureau, par exemple !), ou pour des personnes effectuant un travail léger (= travail de bureau).

52 La température ambiante confortable

53 Influence des rayonnements

54 Calcul de la température opérative
Une bonne image du confort thermique est donnée par la température de confort (ou T° opérative), moyenne arithmétique entre la température de l'air et la température des parois. Tconfort = (Tair + Tparois) / 2 Température de surface d'une paroi nettement plus faible que la température ambiante. Cette relation simple s'applique pour autant que la vitesse de l'air ne dépasse pas 0,2 m/s.

55 Cas du vitrage Généralement les simples et les doubles vitrages ordinaires sont considérés comme des parois froides, c'est à dire qu'un inconfort inévitable dû à un rayonnement froid se produit à leur proximité. Ce phénomène est d'autant plus important que la surface est grande. Température de surface d'un simple vitrage. Température de surface d'un double vitrage. Température de surface d'un double vitrage basse émissivité.

56 La plage de confort température-humidité

57 ASPECTS SOCIAUX ET CULTURELS
Age Vitesse de l'air Activités Vitesses résiduelles Réactions Situation 0 à 0,08 m/s Plaintes quant à la stagnation de l'air Aucune 0,13 m/s Situation idéale Installation de grand confort 0,13 à 0,25 m/s Situation agréable mais à la limite du confort pour les personnes assises en permanence Installation de confort 0,33 m/s Inconfortable, les papiers légers bougent sur les bureaux Grandes surfaces et magasins 0,38 m/s Limite supérieure pour les personnes se déplaçant lentement 0,38 à 0,5 m/s Sensation de déplacement d'air important Installations industrielles et usines où l'ouvrier est en mouvement Minimum Maximum Travaux très légers 20°C 30°C Travaux légers 18°C Travaux semi lourds 15°C 26,7°C Travaux lourds 12°C 25°C

58 Sensation de froid Vitesse de l'air [m/s]
Refroidissement équivalent [°C] 0,1 0,3 1 0,7 2 1,0 3 1,6 4 2,2 5 3,0 6 4,5 7 6,5 8

59 L’inertie thermique

60 L'INERTIE THERMIQUE Une inertie ?… Deux inerties !
On parle souvent d'inertie thermique au singulier concernant une paroi. Mais, plus précisément, nous pouvons distinguer deux types d'inertie de nature différente : l’inertie de transmission et l’inertie par absorption. L'inertie de transmission Agit en résistant à la transmission de la température et de la chaleur. Elle ne concerne que les parois opaques de l'enveloppe d'un bâtiment. Concrètement, l'inertie de transmission augmente quand, pour les matériaux de paroi : La diffusivité diminue (a) La conductivité diminue (λ) L'épaisseur augmente (e) L’inertie par transmission fait plutôt appel à des matériaux légers que sont les isolants. L'inertie par absorption Réduit les variations de température en absorbant (ou restituant) la chaleur (la puissance thermique).

61 INERTIE L'inertie thermique d'un matériau est évaluée à l'aide des deux paramètres suivants : la diffusivité : α = λ / (ρ * c) [m²/s] l'effusivité : E = √ (λ * ρ * c) [ J. s1/2K-1.m-2] où : λ conductivité thermique [W . m-1 . K-1] ρ la masse volumique du matériau en [kg.m-3] c la capacité thermique massique du matériau en [J.kg-1.K-1] L'effusivité d'un matériau est sa capacité à échanger de l'énergie thermique avec son environnement . Pour garantir le confort d'été (éviter les surchauffes) on essaiera d'utiliser un matériau possédant les caractéristiques suivantes : une faible diffusivité, pour que l'échange d'énergie thermique entre le mur et le climat intérieur se fasse le plus lentement possible. Ceci conduit à choisir un matériau possédant une capacité thermique (ρ * c) élevée une forte effusivité thermique pour que le mur stocke au maximum l'énergie thermique du climat extérieur

62 Ouate de Cellulose (insufflée)
Exemple ρ ρ * c   Diffusivité E Effusivité Prix Energie grise Classement Total points [kg/m³] [Wh/m³ K] [W . m-² . K- 1] [m²/h] J. s1/2K-1.m-2 €/cm et m2 Kwh/ m³ Laine de bois 55 31 0.038 0.001 65.12 1.75 35 1 Points 4 9 8 5 7 33 Liège expansé (vrac) 60 0.05 74.69 3.1 85 2 25 Ouate de Cellulose (insufflée) 0.035 62.49 50 6 3 32 Perlite expansée 80 22 0.002 62.9 1.9 230 Polyuréthanne rigide 30 12 0.025 32.86 1100 Laine de mouton 10 0.007 25.09 1.2 Laine de lin 1.1 15.8 0.036 45.25 1.5 Polystyrène 0.011 19.44 450 21 Chanvre 11.6 0.003 39.83 27

63 L'effusivité thermique EF
« Chaleur subjective ». Mesure la rapidité avec laquelle la température superficielle d'un matériau se réchauffe. Ef ≤ à 0,33 = Matériaux chauds Ce coefficient caractérise la manière dont un matériau transporte des flux thermiques. Les matériaux qui se réchauffent vite se refroidissent tout aussi rapidement si la tendance s'inverse ! Les matériaux « subjectivement froids » demandent un plus grand flux de chaleur sur un temps plus long pour que s'installe une sensation de confort (augmentation des dépenses énergétiques) Les matériaux « subjectivement chauds » contrecarrent l'inconvénient que peut représenter une trop grande inertie thermique (déphasage sur une douzaine d'heures) L'Ef est un critère précieux pour choisir le type de paroi intérieures adapté au type de chauffage et/ou au type d'utilisation de la pièce.

64 L'effusivité thermique
Si Ef est élevé, le matériau absorbe rapidement beaucoup d'énergie sans se réchauffer notablement. Au contraire, si Ef est bas le matériau se réchauffe plus vite : • Ef ≤ à 0,33 matériaux « subjectivement chauds » dont la température s'adapte instantanément à celle d'une surface voisine • Ef compris entre 0,33 et 0,67 matériaux encore considérés comme « chauds ». • Ef compris entre 0,67 et 1,25 matériaux qui donnent une impression de neutre à fraîche ; ils s'adaptent sans trop tarder à des variations de température. • Ef est > à 1,25 matériaux perçus comme froids alors même qu'ils constituent d'excellents réservoirs pour stocker la chaleur et qu'ils maintiennent la maison chaude. • Matériaux Ef faible « subjectivement chauds » : Pour les pièces orientés vers l'Est ou au Nord, celles qui sont ombragées, ou celles qui sont peu utilisées Si le système de chauffage réagit vite • Matériaux Ef élevé « subjectivement froids » Pour les pièces ouvertes vers le Sud ou à l'Ouest et celles qui reçoivent des apports solaires par le toit Pour les pièces utilisée quotidiennement qui bénéficient d'apports solaire passifs ou si la maison est équipé d'un système de chauffage à grande inertie (plancher chauffant, poêle de masse)

65 La diffusivité thermique a
Représente la vitesse de pénétration et d'atténuation d'une onde thermique dans un milieu. λ est la conductivité thermique du matériau ρ est la masse volumique du matériau c est la chaleur spécifique massique du matériau (en J/kg.°C) Physiquement, la diffusivité thermique est la capacité d'un matériau à imposer sa température au milieu extérieur. Cette grandeur est fortement liée à l'effusivité thermique. Par exemple, une chaise en métal et un tabouret en bois dans une pièce sont exactement à la même température (celle de la pièce). Pourtant la chaise parait plus froide que le tabouret. Cela s'explique par le fait que la diffusivité du métal est plus élevée que celle du bois, ainsi les transferts de chaleurs s'effectuent plus rapidement. Notre corps perd plus rapidement de la chaleur ce qui donne cette sensation de froid. a = λ / (ρ.c)

66 Parois respirante Une paroi respirante fonctionne grâce à un différentiel de pression intérieur-extérieur qui permet de faire migrer l’air lentement dans les murs, de l’ambiance présentant la pression la plus élevée à l’ambiance dont la pression est la moins élevée avec lesquels il échange peu à peu ses calories et son eau excédentaire. Pour respecter ce principe, la mise en œuvre de parois respirantes nécessite le respect de conditions suivantes : - la paroi sera la plus homogène possible, donc sans ponts thermiques pour éviter les concentrations d’humidité, - les matériaux de construction devront être des matériaux perméants ayant tous une capacité hygroscopique moyenne à élevée, tels : bois, laine de bois, laine végétale ou animale, terre cuite, chaux, plâtre, etc, - les matériaux seront disposés de telle sorte que leur résistance à la vapeur d’eau ou leur valeur Sd soit en dégressivité de l’intérieur vers l’extérieur.

67 Principe de fonctionnement
Son principe de fonctionnement est simple : trois composants de base (peau interne, isolant, peau externe) calculés les uns par rapport aux autres afin d’accélérer le transit d’air, d’eau et de vapeur de l’intérieur vers l’extérieur. Ce qui entre dans le mur en ressort tout naturellement sans qu’il soit nécessaire d’établir de barrières étanches. Le matériau isolant est choisi principalement pour ses propriétés hygroscopiques qui lui permettent d’absorber sans dommage les surplus ponctuels de vapeur d’eau et de les restituer quand les conditions le permettent tout en limitant le flux de chaleur vers l’extérieur

68 Terminologie générale – Notions techniques
La diffusion de la vapeur est caractérisée par la perméance d'un matériau. Plus un matériau est perméant, plus il permet le transfert de vapeur. Par contre l'approche écologique de l'isolation respirante prend en compte les qualités hygroscopiques de la plupart des isolants naturels. Le plus spectaculaire étant la laine de mouton qui peut absorber 30 % de son poids de vapeur d'eau sans perdre ses propriétés physiques et isolantes. Dans cette optique il ne s'agit plus de placer une barrière de vapeur pour en interdire le transfert mais d'adapter la perméance du pare-vapeur (qui se place côté chaud du local à isoler) aux qualités de respiration de la paroi extérieure. Dans certains cas, comme l'isolation sur combles perdus où la masse d'air sous la toiture, elles constituent une paroi très respirante qui excluent le pare-vapeur. Ainsi le volant hygrométrique de l'isolant peut être utilisé au maximum pour participer à la régulation de l'humidité à l'intérieur du bâtiment.

69 Qualité de l’air La qualité de l’air dans les bâtiments est souvent moins bonne que celle à l’extérieur. La raison de ce constat est double : o Tant les occupants que leurs diverses activités sont sources d’eau, de CO2 et d’autres polluants. Le bâtiment lui-même, les revêtements, le mobilier, les plantes également. o Les espaces clos favorisent l’accumulation des polluants. Pour la vapeur d’eau, on parlera de pourcents d’humidité relative. Pour les matières radioactives, de becquerels par m³ d’air.

70 Polluants physico-chimiques :
o Les matériaux pris isolément peuvent émettre des substances nocives pour la santé. On peut citer les solvants organiques présents dans les colles et les résines, le formaldéhyde et d’autres substances de traitement de surface ou agents conservateurs de matériaux. Bio-contaminants (poussières, moisissures, champignons, …) : o Essentiellement, on évitera les matériaux difficile à entretenir et présentant un risque élevé d’accumulation de poussière (par exemple, les moquettes). o Lors d’activités générant des poussières, comme des travaux d’aménagement, on pensera à ouvrir les fenêtres pour ventiler intensivement le local. o La condensation de la vapeur d’eau en des endroits spécifiques peut entraîner le développement de moisissures et devenir source de polluants affectant la qualité de l’air ambiant. Pour limiter les condensations et le développement de moisissures, on peut jouer sur un effet tampon des matériaux. Certains matériaux, de par leurs propriétés hygroscopiques, permettant d’absorber rapidement de grandes quantités de vapeur (argile, enduits à la chaux, panneaux de plâtre, etc.) s’ils sont en contact avec l’ambiance humide. Ce faisant, ils atténueront les pointes de production de vapeur et ainsi un rôle de régulateur.

71 Les modes constructifs
Bio-contaminants : o Le choix et la mise en œuvre d’un pare-vapeur ou freine-vapeur couplé à l’isolant, le traitement des ponts thermiques et la ventilation des locaux influencent la formation ou pas de condensation et, par conséquent, la présence de moisissure. Polluants physico-chimiques : o Des modes de mise en œuvre permettent d’éviter les sources de pollution chimiques que sont les colles et solvants. Par exemple, on privilégiera des fixations mécaniques plutôt que chimiques.

72 La production de chaleur
Le bon choix d’un système de production de chaleur minimisera le risque de production de polluants tels que le monoxyde de carbone CO, NOx, le dioxyde de carbone CO2, … On évitera tout contact entre l’ambiance et les produits de la combustion en choisissant des appareils à combustion fermés. On veillera également à ce que le système de ventilation ne perturbe pas le fonctionnement des appareils à combustion quel qu’il soit. En cas d’intoxication, une aération intensive et l’appel de secours sont indispensables.

73 La ventilation Le choix de la ventilation est primordial pour réduire les concentrations de polluants liés à l’occupation des locaux et ceux éventuellement liés aux matériaux. Le principe d’une ventilation hygiénique efficace, est d’insuffler de l’air frais dans les locaux « secs » (chambres, séjours, bureaux) par des grilles dans les châssis ou un système de pulsion mécanique, de laisser cet air transiter dans le bâtiment, souvent en passant sous les portes, puis d’extraire dans les locaux « humides » (cuisines, WC, salles de bain) par des cheminées naturelles ou des ventilateurs. Une ventilation bien dimensionnée suffit à évacuer la plupart des polluants dont le dioxyde de carbone CO2

74 LE SYSTEME CONSTRUCTIF
Un exemple : LE BLOC FIXOLITE C’est un bloc de coffrage de 30 cm d’épaisseur avec isolation intégrée côté extérieur, fabriqués à partir d’un béton de fibres de bois, composés de copeaux de bois de texture homogène et d’essences non acides, dépoussiérés, minéralisés et agglomérés au ciment Portland, intégrant côté extérieur un isolant thermique. Ce bloc de coffrage se pose à sec (sans mortier ni colle), les uns sur les autres, comme un jeu de construction, puis une fois le mur monté reçoit un béton coulé dans ses cavités.

75 Isolation par l’extérieur ou par l’intérieur ?
Isolation par l’intérieur Mur extérieur isolé par l’intérieur Mur extérieur isolé par l’extérieur Avantage : – réduction des coûts de chauffage dans les pièces rarement occupées. Inconvénients : – capacité d’accumulation thermique du mur non utilisée, – variations de température rapides au niveau de la maçonnerie, – conduites dans le mur non protégées contre le gel, – ponts thermiques, – pare-vapeur la plupart du temps nécessaire côté intérieur pour prévenir la formation d’eau de condensation.

76 Isolation par l’extérieur
Avantage : – excellente isolation thermique, – réduction drastique des coûts de chauffage, – pas de ponts thermiques prononcés, – exploitation optimale de la capacité d’accumulation thermique du mur, – climat ambiant agréable, – protection contre la chaleur en été, – pas de dégradations dues à la température, – grande liberté de conception des façades, – valorisation du bâtiment. Inconvénient : – ne convient pas aux façades des bâtiments classés monuments historiques.

77 Choix d’un matériau, Analyse du cycle de vie ou Eco conception d’un bâtiment

78 L’éco conception La mise en place d’une stratégie efficace d’éco conception conduit à fonctionner en deux temps. En premier lieu, la réflexion doit permettre d’élaborer les outils. Les axes de cette réflexion : • optimisation des sites de production pour conduire, à terme, à des chantiers sans nuisances environnementales ; • définition de technologies de production pour des systèmes constructifs plus économes ; • diffusion de bonnes pratiques avec, entre autres, des notices d’utilisation sur le mode d’emploi des ouvrages. En second lieu, une série d'objectifs sont définis, dans une stratégie d'ensemblier. Les objectifs à court terme : • redéfinition de la conception des ouvrages en partenariat avec la MO et la MOE ; • maîtrise du volume des prélèvements et des rejets polluants résultants d’un ouvrage ; • optimisation de la chaîne de valeurs en travaillant, en amont, avec les fournisseurs industriels et, en aval, avec les sous-traitants. Cette démarche d'éco conception est calquée sur les pratiques issues de l'industrie. Cette démarche est appuyée par l'Ademe (Agence de l'environnement et de la maîtrise de l'énergie).

79 La notion de cycle de vie
Une construction ne doit plus être pensée comme un simple chantier, mais bien comme un bâtiment qui durera entre 30 et 50 ans, voire plus. L’éco conception suppose que l’analyse des flux ne se limite plus à la stricte construction, mais intègre également l’analyse des flux propres à la période d’utilisation du bâtiment. L’analyse de l’ensemble de ces flux dans le temps est l’analyse du cycle de vie d’un bâtiment. Elle doit être réalisée avant le début du chantier. Le modèle générique de l’éco conception est donc conçu sur l’analyse de la totalité des flux dans les différentes phases de vie d’un bâtiment.

80 Les piliers de l’éco conception
L’éco conception repose sur trois grands principes : • la définition des flux mobilisés par l’ouvrage projeté ; • la quantification de ces flux pour mieux les considérer ; • le travail sur des choix appropriés pour les réduire. Pour cela nous avons 12 indicateurs : Chaque flux interagit avec le système écologique et son volume est converti en impact environnemental. Les douze indicateurs suivants ont été définis par des organismes scientifiques et sont largement répandus parmi les praticiens de l'analyse de cycle de vie. L’effet de serre L’eutrophisation La formation d’ozone photochimique L’odeur Le taux de toxicité humaine Les ressources naturelles L’énergie primaire L’eau utilisée Les déchets ultimes Les déchets radioactifs L’écotoxicité

81 Notion d’énergie grise
L’énergie grise représente la quantité d’énergie requise pour la fabrication d’un produit. L’extraction des matières premières nécessaires à la fabrication, le processus de transformation grâce auquel on obtient un produit fini, le transport, le stockage, l’utilisation, la destruction du produit : tout est comptabilisé afin de définir l’écobilan du produit.

82 Voir P 43 Exemple

83 RT2005

84 Le contexte, les enjeux

85 Le contexte, les enjeux Les prix s’envolent
Le prix du baril de pétrole a été multiplié par 2.8 en 4 ans Le fioul domestique a augmenté de 30.8% en 2005

86 Le contexte, les enjeux Une contribution importante des bâtiments aux GES

87 Le contexte, les enjeux Des engagements nationaux et internationaux Le protocole de Kyoto Stabiliser les émissions de CO2 au niveau de celles de 1990 à l’horizon 2010 Plan Climat 2004 Chapitre Bâtiment Ecohabitat Directive européenne performance énergétique des bâtiments

88 Le contexte, les enjeux Lutter contre l’effet de serre
Limiter les effets irréversibles du changement climatique Maîtriser les loyers et les charges Amortir l’envolée du prix de l’énergie Encourager les systèmes et les techniques constructives performants Contribuer à l’indépendance énergétique nationale Favoriser la compétitivité économique de l’ingénierie, des techniques et produits français

89 UN PEU D’HISTOIRE 1955 coef. G1 - résidentiel
1974 coef. G – résidentiel DEPERDITIONS 1976 coef. G1 non résidentiel 1980 label haute isolation (résidentiel) 1982 coef. G et B résidentiel BESOINS 1983 labels HPE & solaires (résidentiel) 1988 coef. GV, BV et C résidentiel G1 non résidentiel, reconduction HPE) 2000 réglementation en consommations et confort d'été tous bâtiments, hors refroidissement 2005 réglementation en conso + refroidissement et C max

90 Les objectifs de la RT 2005 En application de la directive performance énergétique des bâtiments et du Plan climat 2004 Un objectif d’amélioration de la performance énergétique d’au moins 15% (40% en 2020) Une limitation du recours à la climatisation

91 Les orientations de la RT 2005

92 La RT 2005 Prise en compte des consommations de refroidissement Prise en compte des consommations d’éclairage en tertiaire et en résidentiel Respect d’un maximum de consommation énergétique par m2 SHON (Surface Hors Œuvre Nette) Présentation d’une justification

93 Limitation du recours à la climatisation

94 H3

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98 Le principe général de la RT2005 Pas de changement par rapport à la RT2000
Le projet est comparé à un bâtiment « de référence » Le bâtiment de référence est « théorique » Le bâtiment de référence est le jumeau du projet même géométrie mais les caractéristiques thermiques de ses composants fixés à une valeur de référence définie réglementairement La consommation d’énergie de votre bâtiment doit être inférieure à celle du bâtiment de référence

99 Le principe général de la RT

100 Le principe général de la RT

101 Le principe général de la RT

102 Le principe général de la RT

103 Le principe général de la RT

104 L’application 2 possibilités : Appliquer une solution technique
Système à points, sans calcul Justification possible pour les maisons individuelles, le confort d’été Faire réaliser un calcul Calcul réalisé par un bureau d’étude thermique Utilisation de logiciels agrées par le CSTB Mise à disposition d’une synthèse d’étude thermique

105 L’application

106 Respecter la RT 2005 Respect d’une consommation maximale par m2 de SHON Nécessite une réflexion conjointe des architectes et thermiciens dès la conception Consommation : Cep’ ≤ Cep’ max Cep’ max = consommation maximale de chauffage,refroidissement et ECS en kWh ep/m2/an Auxiliaires et éclairage exclus Permet de comparer facilement la performance des projets

107 Respecter la RT 2005

108 Les nouvelles zones climatiques
Meilleure évaluation du C Les variations géographiques sont différentes en été et en hiver Les années type ont été recalées pour respecter les moyennes climatiques H3

109 LES ENERGIES RENOUVELLABLES

110

111 Eau chaude sanitaire – production solaire

112

113 PERFORMANCES DES SYSTEMES

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115 Chauffage – rendement

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119 Ventilation : Maison individuelle

120 Deuxième partie LA RÉGLEMENTATION THERMIQUE POUR LES BÂTIMENTS EXISTANTS « GLOBALE »
Arrêté relatif à la performance énergétique des bâtiments existants de surface supérieure à 1000 m², lorsqu’ils font l’objet de travaux de rénovation importants

121 champ d’application LA RT « GLOBALE » – CHAMP D’APPLICATION
Bâtiments respectant simultanément les trois conditions suivantes : Surface hors œuvre nette (SHON) supérieure ou égale à m² Coût des travaux de rénovation thermique supérieur à 25% du coût de la construction Date d’achèvement de la construction du bâtiment postérieure au 1er janvier 1948 Travaux de réhabilitation thermique portant sur l’enveloppe, les installations de chauffage, de production d'eau chaude, de refroidissement, de ventilation et d'éclairage

122 principes similaires à ceux de la RT 2005
LA RT « GLOBALE » principes similaires à ceux de la RT 2005 Consommation d’énergie primaire Cep du bâtiment inférieure ou égale à la consommation de référence Niveaux de référence et règles de calcul définies par arrêté (méthode de calcul Th-CE ex) Consommation maximale Pour les bâtiments résidentiels : consommation conventionnelle d’énergie pour le chauffage, le refroidissement et la production d’eau chaude sanitaire inférieure ou égale à un coefficient maximal Cepmax Pour les bâtiments non résidentiels : Cep après travaux inférieure de 30% à Cep avant travaux

123 principes similaires à ceux de la RT 2005
LA RT « GLOBALE » principes similaires à ceux de la RT 2005 Confort d’été Concerne les zones de catégorie CE1 (consommations de référence liées au refroidissement nulles) Tic inférieure ou égale à la température intérieure conventionnelle de référence Ticréf Caractéristiques thermiques minimales Respect de toutes les caractéristiques minimales réglementaires Limite au principe de compensation

124 Les 8 points de la RT « élément par élément » Exemples de rénovation
Arrêté du 3 mai 2007 relatif aux caractéristiques thermiques et à la performance énergétique des bâtiments existants LA RÉGLEMENTATION THERMIQUE POUR LES BÂTIMENTS EXISTANTS « ÉLÉMENT PAR ÉLÉMENT » Généralités Les 8 points de la RT « élément par élément » Exemples de rénovation

125 Parcs résidentiel et non résidentiel comparés*
LA RT « ÉLÉMENT PAR ÉLÉMENT » – GÉNÉRALITÉS Parcs résidentiel et non résidentiel comparés* Parc résidentiel 31,5 millions de logements (2,3 milliards de m²) 514 TWh pour les résidences principales Parc non résidentiel 875 millions m² de surfaces chauffées 221,2 TWh (hors artisanat, armées et éclairage public) *Source : ADEME

126 Parc existant résidentiel déperditions énergétiques
LA RT « ÉLÉMENT PAR ÉLÉMENT » – GÉNÉRALITÉS Parc existant résidentiel déperditions énergétiques Moyennes pour une maison d’avant 1975 non isolée* Ventilation et infiltrations 20-25 % Toit 25-30 % Mur 20-25% (extérieur) 15% (mitoyen) Fenêtres 10-15 % Ponts thermiques 5-10% Chauffage Rendement insuffisant Plancher bas 7-10% (sol) *Source : ADEME

127 Parc existant résidentiel consommations énergétiques
LA RT « ÉLÉMENT PAR ÉLÉMENT » – GÉNÉRALITÉS Parc existant résidentiel consommations énergétiques Les pourcentages clé Eau chaude sanitaire 16% Cuisson 7% Chauffage 66% Autres 12% *Source : ADEME 2006

128 Surface hors oeuvre nette (SHON) > 1000 m²
LA RT « ÉLÉMENT PAR ÉLÉMENT » – GÉNÉRALITÉS champ d’application Tous les bâtiments existants non soumis à la RT « globale » Travaux pour lesquels la date d'acceptation des devis ou de passation des marchés, ou, à défaut, la date d'acquisition des équipements, systèmes et ouvrages, est postérieure au 31 octobre 2007 Exceptions : bâtiments devant garantir des conditions particulières de température, d’hygrométrie ou de qualité de l’air Surface hors oeuvre nette (SHON) > 1000 m² SHON < 1000 m² Coût des travaux de rénovation thermique > 25% du coût de la construction Coût des travaux de rénovation thermique < 25% du coût de la construction < 1948 art. 1

129 champ d’application Exemptions possibles
LA RT « ÉLÉMENT PAR ÉLÉMENT » – GÉNÉRALITÉS champ d’application Exemptions possibles Pour les bâtiments classés ou inscrits à l’inventaire lorsque les travaux sur l’enveloppe modifient l’aspect extérieur En cas de catastrophe naturelle, technologique, actes de vandalisme... pour les travaux sur l’enveloppe Dans le cas de travaux sur l’enveloppe de bâtiments anciens (matériaux spécifiques) art. 6 et 15 art. 7 et 16 art. 2

130 Quand ? Lors de travaux de
LA RT « ÉLÉMENT PAR ÉLÉMENT » – GÉNÉRALITÉS cadre d’application Quand ? Lors de travaux de Rénovation Amélioration Installation Remplacement Quoi ? Exigences de caractéristiques thermiques et de performances énergétiques des équipements, ouvrages et systèmes installés ou remplacés

131 L’autorisation de dépassement du coefficient d’occupation des sols : une incitation à la performance énergétique. L’arrêté du 3 mai 2007 Pour en bénéficier, les constructions neuves de logements collectifs, de maisons individuelles groupées, d’immeubles à usage tertiaire doivent répondre aux critères des niveaux THPE EnR ou BBC du label « haute performance énergétique ». Pour les maisons individuelles isolées neuves, le bénéfice du dépassement du COS peut être accordé à la double condition : d’avoir un niveau de consommation inférieur de 20 % au moins à la consommation de référence résultant de l’application de la RT 2005 et de respecter une des quatre conditions portant sur l’utilisation des énergies renouvelables ou de pompes à chaleur performantes.

132 LE DPE

133 Qu'est-ce qu'un DIAGNOSTIC DE PERFORMANCE ENERGETIQUE ?
Le diagnostic de performance énergétique (DPE) est une évaluation qui renseigne sur la quantité d'énergie consommée par un bâtiment et évalue sa performance énergétique, ainsi que l'impact de sa consommation en termes d'émissions de gaz à effet de serre. Il se traduit par un document dont le contenu et les modalités d'établissement sont réglementés. Il s'inscrit dans le cadre de la politique énergétique définie au niveau européen afin de réduire la consommation d'énergie des bâtiments et de limiter les émissions de gaz à effet de serre.

134 Le Diagnostic de Performance Energétique décret du 15 /09/2006
Concerne tous les types de bâtiments ( individuel, collectif, non résidentiel) Evaluation des consommations en kWh/m²/an. (chauffage, ECS, Ventilation, refroidissement, éclairage) Evaluation des Taux de CO². Recommandations et Orientations. Délivrance par un expert agréé (Défini en conseil d’Etat). Validité du diagnostic pendant 10 ans.

135 Quelles opérations nécessitent un DPE ?
Le DPE doit être établi à l'occasion de la vente ou de la construction de tout bâtiment ou partie de bâtiment clos et couvert, quel que soit son usage. Il doit également être établi à l'occasion de la mise en location d'un logement ou d'un bâtiment à usage principal d'habitation. L'obligation de fournir un DPE s'applique actuellement en France métropolitaine uniquement. Le DPE n'est pas obligatoire pour les opérations portant notamment sur les bâtiments suivants : - certaines constructions provisoires ; - un bâtiment indépendant dont la surface est inférieure à 50 mètres carrés (un logement, quelle que soit sa taille, lorsqu'il est situé dans un bâtiment dont la surface est supérieure à 50 m², est cependant soumis au DPE) ; - certains bâtiments à usage agricole, artisanal ou industriel, autres que le local servant à l'habitation ; - un monument historique classé ou inscrit à l'inventaire en application du code du patrimoine - un bâtiment ou partie de bâtiment neuf, dont la température normale est inférieure ou égale à 12°C ; - un logement à la vente qui ne dispose pas de système de chauffage fixe (même s'il existe un dispositif de production d'eau chaude), ou qui n'a pas d'autre moyen de chauffage qu'une cheminée à foyer ouvert ; en revanche, le DPE est obligatoire pour un logement à la vente pourvu d'un équipement de chauffage de type insert, chaudière, chauffage électrique fixe.

136 Le contenu du DPE Le contenu du DPE est réglementé.
Il ne faut pas confondre le DPE avec tout autre diagnostic ne répondant pas aux mêmes exigences qui pourrait vous être proposé par des professionnels non certifiés pour l'établir. Le DPE décrit le bâtiment ou le logement et ses équipements de chauffage, de production d'eau chaude sanitaire, de refroidissement, de ventilation, ainsi que les conditions de leur utilisation. Il indique suivant les cas, soit la quantité d'énergie effectivement consommée (sur la base de relevés de consommations d'énergie), soit la consommation d'énergie estimée pour une utilisation standardisée du bâtiment ou du logement. Deux étiquettes classent le logement ou le bâtiment, en fonction de sa performance énergétique et de la quantité de gaz à effet de serre émise.

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