Physique du Bâtiment III – Cours 3

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1 Physique du Bâtiment III – Cours 3
Planning du cours Physique du Bâtiment III: Les parties opaques de l’enveloppe Cours Date Matière du cours 1 19 septembre Flux de chaleur, Valeur U 2 26 septembre Isolation des murs, Bilan thermique net 3 ← 3 octobre Ponts thermiques, pertes vers le sol 4 10 octobre Condensation, évaporation 5 17 octobre Condensation / assèchement, méthode de Glaser 6 24 octobre Méthode des pascal-jours 7 31 octobre Résumé/Questions & TEST 8 7 novembre Réflexion / absorption du son, isolation acoustique 9 14 novembre Protection contre les bruits extérieurs / intérieurs 10 21 novembre Protection contre les bruits de choc, installation techniques 11 28 novembre Thermocinétique 12 5 décembre Les 4 parties sont: Physique de la fenêtre Bilan énergétique Eclairage naturel Eclairage artificiel Physique du Bâtiment III – Cours 3 Dr Jérôme KAEMPF

2 Physique du Bâtiment III – Cours 3
Isolation des murs, bilan thermique net Retour sur l’Exercice Série 2, Isolation translucide 𝐼 𝑖𝑛𝑐 𝑄 𝑖 Gains – Pertes: 𝑄 𝑛𝑒𝑡 = 𝑄 𝑖 −𝐽 𝑠,𝑖→𝑒 𝐽 𝑠,𝑖→𝑒 𝑄 𝑖 = 𝐼 𝑖𝑛𝑐 ⋅𝑎⋅ 𝑅 𝑒 𝑅 𝑡𝑜𝑡 𝑅 𝑒 avec: La résistante extérieure 𝑅 𝑒 depuis l’absorbeur est: dans le cas initial, la résistance de la couche d’air limite extérieure dans le cas rénové avec isolation translucide, la somme des résistances de l’extérieur à l’absorbant (incluant l’isolation translucide) Le bilan thermique net et spécifique est de: Dans le cas initial: −14.1 W/ m 2 (perte thermique) Dans le cas rénové (avec isolation translucide): +19 W/ m 2 (gain thermique) → Avec isolation translucide: gains solaires même en hiver à travers les murs → Attention aux surchauffes en été (protections solaires pour les murs) Vidéo -> Historique isolation -> Isolation passe à l’extérieur -> Eviter les ruptures de l’isolation pour éviter les ponts thermiques Physique du Bâtiment III – Cours 3 Dr Jérôme KAEMPF

3 Physique du Bâtiment III – Cours 3
Ponts thermiques, pertes vers le sol Introduction – Ponts thermiques, rappel du cours de 1ère année Dans quelle situation la résistance totale équivalente d'éléments en série n'est pas simplement égale à la somme des résistances de ces éléments ? Donnez deux exemples de configuration d'enveloppe de bâtiment où ce phénomène apparaît. Réponse: Chaque fois que des éléments en série ne sont pas traversés par une même densité de flux de chaleur. → ponts thermiques Exemples: deux endroits où une inhomogénéité dans l’épaisseur d’un élément du bâtiment → ponts thermiques géométriques Exercice sur la valeur g d’un simple et double vitrage. Analogue au bilan net du mur. Source: Exercices de Physique du Bâtiment I/II, Prof. Jean-Louis Scartezzini, Dr Andreas Schüler Physique du Bâtiment III – Cours 3 Dr Jérôme KAEMPF

4 Physique du Bâtiment III – Cours 3
Ponts thermiques, pertes par le sol Introduction – Images infra-rouges Densité de flux de chaleur différente par endroits → Température de surface différente par endroits → Visible à la caméra infra-rouge (diagnostic de bâtiments) 20°C Repérer les ponts thermiques Evaluer l’enveloppe d’un bâtiment (CECB) Exercice sur la valeur g d’un simple et double vitrage. Analogue au bilan net du mur. Coins des bâtiments Source: Photographies thermiques réalisés par Guillaume Pointet Physique du Bâtiment III – Cours 3 Dr Jérôme KAEMPF

5 Physique du Bâtiment III – Cours 3
Ponts thermiques, pertes par le sol Deux types de ponts thermiques 1) Dus à la géométrie Une petite zone de réchauffement (intérieure) correspond à une grande zone de refroidissement (extérieure) – pour un climat froid Exemple: Coin d’un bâtiment Exercice sur la valeur g d’un simple et double vitrage. Analogue au bilan net du mur. Physique du Bâtiment III – Cours 3 Dr Jérôme KAEMPF

6 Physique du Bâtiment III – Cours 3
Ponts thermiques, pertes par le sol Deux types de ponts thermiques 2) Dus aux matériaux Présence de matériaux ayant une plus grande conductibilité Exemple: Parois métalliques extérieures de l’EPFL Les parois de protection métalliques sont fixées au béton par des attaches métalliques qui coupent l’isolation Exercice sur la valeur g d’un simple et double vitrage. Analogue au bilan net du mur. Physique du Bâtiment III – Cours 3 Dr Jérôme KAEMPF

7 Physique du Bâtiment III – Cours 3
Ponts thermiques, pertes par le sol Effets des ponts thermiques 1) Condensation de l’humidité (→ cours 4) 2) Pertes thermiques plus importantes de l’enveloppe du bâtiment → préoccupation majeure de l’Office Fédéral de l’Energie Extraits choisis du Catalogue des ponts thermiques: «Des mesures constructives devraient permettre de les limiter au maximum.» → assurer la continuité de l’isolation au maximum «Les normes exigent de tenir compte des ponts thermiques pour le justificatif d’isolation.» → SIA 380/1:2009, L’énergie thermique dans le bâtiment Exemple de la ventilation nocturne pour baisser la température du mur. «On constate l’augmentation de l’importance des ponts thermiques puisque les éléments de construction sont de mieux en mieux isolés.» Source: Catalogue des ponts thermiques, 2003, Office Fédéral de l’Energie Physique du Bâtiment III – Cours 3 Dr Jérôme KAEMPF

8 Physique du Bâtiment III – Cours 3
Ponts thermiques, pertes par le sol Flux de chaleur tenant compte des ponts thermiques 𝐽 𝑖→𝑒 = 𝑈⋅𝑆⋅ 𝜃 𝑖 − 𝜃 𝑒 pertes thermiques surfaciques + 𝜓⋅𝑙⋅ 𝜃 𝑖 − 𝜃 𝑒 pertes thermiques linéiques + 𝜒⋅ 𝜃 𝑖 − 𝜃 𝑒 pertes thermiques ponctuelles 𝐽 𝑠,𝑖→𝑒 = 𝑈+ 𝜓⋅𝑙 𝑆 + 𝜒 𝑆 𝑈 𝜓,𝜒 ⋅ 𝜃 𝑖 − 𝜃 𝑒 𝜓: pont thermique linéique W/ m⋅K 𝑙: longueur caractéristique m 𝜒: pont thermique ponctuel W/K Pont thermique linéique Exemple: Dalle de balcon SIA 380/1: max. 0.3 W/(m⋅K) Pont thermique ponctuel Exemple: Pilier en béton SIA 380/1: max. 0.3 W/K Isoler les murs c’est ajouter de l’isolant Note: Pour l’exemple de la dalle de balcon, la longueur caractéristique 𝑙 est sa longueur. Physique du Bâtiment III – Cours 3 Dr Jérôme KAEMPF

9 Physique du Bâtiment III – Cours 3
Ponts thermiques, pertes par le sol Flux de chaleur tenant compte des ponts thermiques Question: Dans un pan de mur de 60 m2 de valeur U de 0.2 W/( m 2 K), on considère un balcon de 10 m de longueur. Si l’on satisfait la norme SIA 380/1 pour le pont thermique linéique du balcon, quelle est l’augmentation relative de la valeur U compte tenu du pont thermique ? Pont thermique linéique Exemple: Dalle de balcon SIA 380/1: max. 0.3 W/( m 2 K) 𝐽 𝑠,𝑖→𝑒 = 𝑈+ 𝜓⋅𝑙 𝑆 + 𝜒 𝑆 𝑈 𝜓,𝜒 ⋅ ⋅ 𝜃 𝑖 − 𝜃 𝑒 Réponse: L’ancienne valeur U de 0.2 W/( m 2 K) devient 𝑈 𝜓,𝜒 =0.25 W/( m 2 K), soit une augmentation des pertes thermiques de 25 %, ce qui est non-négligeable. Isoler les murs c’est ajouter de l’isolant Physique du Bâtiment III – Cours 3 Dr Jérôme KAEMPF

10 Physique du Bâtiment III – Cours 3
Ponts thermiques, pertes par le sol Détermination de 𝜓 et 𝜒 Logiciels spécialisés de simulation 2D ou 3D des flux de chaleur Isoler les murs c’est ajouter de l’isolant HEAT 2D – Eléments uniformes en 2D Exemple d’une dalle de balcon HEAT 3D – Eléments complexes en 3D Exemple d’un coin de bâtiment → détermination du flux de chaleur, et des valeurs 𝜓 et 𝜒 équivalentes Physique du Bâtiment III – Cours 3 Dr Jérôme KAEMPF

11 Physique du Bâtiment III – Cours 3
Ponts thermiques, pertes par le sol Catalogue des ponts thermiques 𝜓 et 𝜒 pré-calculés et tabulés 1.1 Dalle de balcon 1.2 Toiture plate avec avant-toit 1.3 Toiture plate avec mur d‘acrotère 2.1 Dalle d’étage 2.2 Raccord de paroi sous la dalle sur sous-sol 2.3 Raccord d’une paroi intérieure à la façade 3.1 Toiture plate sans avant-toit 3.2 Raccord au bas d’une toiture en pente 3.3 Raccord au pignon d’une toiture en pente 3.4 Pied de façade 3.5 Encorbellement (élément en porte-à-faux) 4.1 Elargissement du cadre de fenêtre 4.2 Caisson de store 5.1 Embrasure de fenêtre 5.2 Allège de fenêtre 5.3 Linteau de fenêtre Isoler les murs c’est ajouter de l’isolant 6.1 Piliers (colonnes) → 𝜒 6.2 Fixation de façade ventilée Source: Catalogue des ponts thermiques, 2003, Office Fédéral de l’Energie Physique du Bâtiment III – Cours 3 Dr Jérôme KAEMPF

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Ponts thermiques, pertes par le sol Catalogue des ponts thermiques Extrait 1.1 Dalle de balcon Goujons d’ancrage (tige filetée avec écrou) → Exercice Série 3 Isoler les murs c’est ajouter de l’isolant Source: Catalogue des ponts thermiques, 2003, Office Fédéral de l’Energie Physique du Bâtiment III – Cours 3 Dr Jérôme KAEMPF

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Ponts thermiques, pertes par le sol Flux de chaleur par le sol – isolation Température du sol stable par rapport à l’air ambiant → pertes thermiques relativement moins importantes La température du sol varie selon la profondeur (→ cours 11) et la saison Règle générale: isoler les zones où 𝜃 𝑡𝑒𝑟𝑟𝑎𝑖𝑛 <8°C Pertes thermiques moins importantes -> on trouve bcp de bâtiments qui n’ont pas d’isolation en sous-sol (exemple de cette maison en IR). Physique du Bâtiment III – Cours 3 Dr Jérôme KAEMPF

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Ponts thermiques, pertes par le sol Flux de chaleur par le sol – calcul simplifié Selon SIA: 𝜃 𝑡 =8°C où 𝜃 𝑡 est la température du terrain considérée comme constante Flux de chaleur (W): 𝐽 𝑖→𝑡 =𝑈⋅𝑆⋅ 𝜃 𝑖 − 𝜃 𝑡 et 𝜃 𝑡 =8°C, 𝑅 𝑡𝑜𝑡 = 1 ℎ i + 𝑗=1 𝑛 𝑅 𝑗 ℎ e [norme SIA 380/1:2009] [norme SIA :2003] avec: 𝑈=1/ 𝑅 𝑡𝑜𝑡 , et où: Note: → pas de couche d’air extérieure et pas d’isolation due au terrain ℎ 𝑒 → ∞ Exemple: Un mur avec une valeur U standard de 0.2 W/( m 2 K) devient ~0.202 W/( m 2 K) soit une augmentation de +0.8% pour tenir compte du lien direct avec le terrain (conduction pure) Pertes thermiques moins importantes -> on trouve bcp de bâtiments qui n’ont pas d’isolation en sous-sol (exemple de cette maison en IR). Physique du Bâtiment III – Cours 3 Dr Jérôme KAEMPF

15 Physique du Bâtiment III – Cours 3
Isolation des murs, bilan thermique net Résumé Définition d’un pont thermique et son type (géométrique et dû aux matériaux) Calcul du flux de chaleur simplifié (avec 𝜓 et 𝜒): Calculs 2D ou 3D complexes pour obtenir 𝜓 et 𝜒 → Catalogue des ponts thermiques Calcul du flux de chaleur par le sol: 𝐽 𝑠,𝑖→𝑒 = 𝑈+ 𝜓⋅𝑙 𝑆 + 𝜒 𝑆 𝑈 𝜓,𝜒 ⋅ 𝜃 𝑖 − 𝜃 𝑒 𝜓: pont thermique linéique W/ m⋅K 𝑙: longueur caractéristique m 𝜒: pont thermique ponctuel W/K 𝐽 𝑖→𝑡 =𝑈⋅𝑆⋅ 𝜃 𝑖 − 𝜃 𝑡 et 𝜃 𝑡 =8°C Il y a toujours une partie des gains solaires qui rentrent dans le bâtiment, même lorsque celui-ci est opaque. 𝑅 𝑡𝑜𝑡 = 1 ℎ i + 𝑗=1 𝑛 𝑅 𝑗 ℎ e avec: 𝑈=1/ 𝑅 𝑡𝑜𝑡 , et où: Physique du Bâtiment III – Cours 3 Dr Jérôme KAEMPF

16 Physique du Bâtiment III – Cours 3
Isolation des murs, bilan thermique net Références (hiver 2012) Catalogue des ponts thermiques, 2003, Office Fédéral de l’Energie - Norme SIA 380/1:2009, L’énergie thermique dans le bâtiment, Société Suisse des Ingénieurs et Architectes - Bibliothèque de l’EPFL Limiter les ponts thermiques, 2010, Info-fiches-bâtiment durable, IBGE - Norme SIA :2003, Systèmes de chauffage dans les bâtiments – Méthode de calcul des déperditions calorifiques de base, SIA, 2003 - basé sur la norme européenne EN 12831:2003 Exercice sur la valeur g d’un simple et double vitrage. Analogue au bilan net du mur. Physique du Bâtiment III – Cours 3 Dr Jérôme KAEMPF