Physique du Bâtiment III – Cours 4

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1 Physique du Bâtiment III – Cours 4
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 superficielle 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 4 Dr Jérôme KAEMPF

2 Physique du Bâtiment III – Cours 4
Ponts thermiques, pertes par le sol Retour sur l’Exercice Série 3, Impact des ponts thermiques Pont thermique linéique 𝐽 𝑠,𝑖→𝑒 = 𝑈+ 𝜓⋅𝑙 𝑆 + 𝜒 𝑆 𝑈 𝜓,𝜒 ⋅ 𝜃 𝑖 − 𝜃 𝑒 𝑈 𝜓,𝜒 −𝑈 𝑈 ≅157% (!!) Pertes par le terrain (W): 𝐽 𝑖→𝑡 =𝑈⋅𝑆⋅ 𝜃 𝑖 − 𝜃 𝑡 et 𝜃 𝑡 =8°C, avec: 𝑈=1/ 𝑅 𝑡𝑜𝑡 , et où: 𝑅 𝑡𝑜𝑡 = 1 ℎ i + 𝑗=1 𝑛 𝑅 𝑗 ℎ e Exercice sur la valeur g d’un simple et double vitrage. Analogue au bilan net du mur. Sans isolation: 405 W, avec isolation: 18.6 W Physique du Bâtiment III – Cours 4 Dr Jérôme KAEMPF

3 Physique du Bâtiment III – Cours 4
Ponts thermiques, pertes par le sol Introduction – Effets des ponts thermiques -11°C Isolation non-exécutée 9°C Vue du balcon Exemple de la ventilation nocturne pour baisser la température du mur. 1) Condensation de l’humidité de l’air 2) Pertes thermiques plus importantes de l’enveloppe du bâtiment (→ cours 3) Physique du Bâtiment III – Cours 4 Dr Jérôme KAEMPF

4 Physique du Bâtiment III – Cours 4
Ponts thermiques, pertes par le sol Introduction – Effets des ponts thermiques: Condensation superficielle -11°C Isolation non-exécutée 9°C Vue de l’intérieur Exemple de la ventilation nocturne pour baisser la température du mur. Condensation superficielle 𝜃 𝑠 : température de surface intérieure du mur 𝜃 𝑝𝑟 : température du point de rosée si: 𝜃 𝑠 < 𝜃 𝑝𝑟 Physique du Bâtiment III – Cours 4 Dr Jérôme KAEMPF

5 Physique du Bâtiment III – Cours 4
Condensation Détermination de la température du point de rosée 𝜃 𝑝𝑟 Température en dessous de laquelle l’humidité de l’air se condense Exemple: 20°C à 50% d’humidité relative → point P(20°C,50%) La température peut baisser jusqu’à P’ sans condensation → point P’(9°C,100%) P 9°C P’ Isoler les murs c’est ajouter de l’isolant 𝜃 𝑝𝑟 Source: Annexe A2.4 du cours de Physique du Bâtiment I/II, Prof. Jean-Louis Scartezzini, Dr Andreas Schüler Physique du Bâtiment III – Cours 4 Dr Jérôme KAEMPF

6 Physique du Bâtiment III – Cours 4
Condensation Détermination de la température de surface 𝜃 𝑠 Exemple: Mur simple Le flux de chaleur traversant un mur est toujours constant (pas d’accumulation): int. 𝐽 𝑠,𝑖→𝑒 𝐽 𝑠,𝑖→𝑠 𝐽 𝑠, 𝑖→𝑠 = 𝐽 𝑠, 𝑖→𝑒 ext. 𝐽 𝑠, 𝑖→𝑠 : flux de chaleur (W) de l’intérieur vers la surface intérieure 𝑅 𝑖 𝑅 𝑒 Isoler les murs c’est ajouter de l’isolant Cela nous donne: 𝜃 𝑠 = 𝜃 𝑖 − 𝑅 𝑖 𝑅 𝑡𝑜𝑡 ⋅ 𝜃 𝑖 − 𝜃 𝑒 démonstration Physique du Bâtiment III – Cours 4 Dr Jérôme KAEMPF

7 Physique du Bâtiment III – Cours 4
Condensation Détermination de la température de surface 𝜃 𝑠 Questions: Déterminez la température de surface intérieure d’un mur de valeur U de 0.2 W/( m 2 K) avec 𝜃 𝑖 =20°C et 𝜃 𝑒 =0°C Peut-on déterminer la température à l’intérieur du mur? Comment? Réponses: 1) Avec 𝑅 𝑖 = 1 ℎ 𝑖 et ℎ 𝑖 =8 W/( m 2 K), on obtient 𝜃 𝑠 =19.5°C 2) Oui! Avec: où x est un point sur l’axe x défini ci-contre → 𝜃 𝑠 = 𝜃 𝑖 − 𝑅 𝑖 𝑅 𝑡𝑜𝑡 ⋅ 𝜃 𝑖 − 𝜃 𝑒 int. 𝐽 𝑠,𝑖→𝑒 𝐽 𝑠,𝑖→𝑥 ext. Isoler les murs c’est ajouter de l’isolant 𝜃 𝑠 = 𝜃 𝑖 − 𝑅 𝑥 𝑅 𝑡𝑜𝑡 ⋅ 𝜃 𝑖 − 𝜃 𝑒 x axe x 𝑅 𝑥 Physique du Bâtiment III – Cours 4 Dr Jérôme KAEMPF

8 Physique du Bâtiment III – Cours 4
Condensation Effet du mobilier sur la température de surface 𝜃 𝑠 La présence de mobilier réduit la circulation d’air et par conséquent augmente les risques de condensation Meublé: ℎ 𝑖 =2 W/( m 2 K) Armoire encastrée: ℎ 𝑖 =1 W/( m 2 K) Isoler les murs c’est ajouter de l’isolant Réduction du la conductance de la couche d’air limite intérieure en cas d’obstructions Physique du Bâtiment III – Cours 4 Dr Jérôme KAEMPF

9 Physique du Bâtiment III – Cours 4
Condensation Détermination de la quantité d’eau condensée en surface – Mollier Exemple: 20°C à 50% d’humidité relative → point P(20°C,50%) La température peut baisser jusqu’à P’ sans condensation → point P’(9°C,100%) Si 𝜃 𝑠 =4°C (< 𝜃 𝑝𝑟 ) alors condensation de: → Δ𝑥≅ 7.3−5 =2.3 g d ′ eau kg air sec P 9°C P’ 𝜃 𝑝𝑟 4°C Isoler les murs c’est ajouter de l’isolant Source: Annexe A2.4 du cours de Physique du Bâtiment I/II, Prof. Jean-Louis Scartezzini, Dr Andreas Schüler Physique du Bâtiment III – Cours 4 Dr Jérôme KAEMPF

10 Physique du Bâtiment III – Cours 4
Condensation Détermination de la quantité d’eau condensée en surface – quantité d’air sec Conservation de l’énergie: Chaleur échangée avec mur = Chaleur prise à l’air intérieur 𝐽 𝑖→𝑠 = 𝑚 𝑎𝑖𝑟 ⋅𝐶 𝑝 𝑎𝑖𝑟 ⋅ 𝜃 𝑖 − 𝜃 𝑠 chaleur de l ′ air sec + 𝑚 𝑒𝑎𝑢 ⋅𝐶 𝑝 𝑒𝑎𝑢 ⋅ 𝜃 𝑖 − 𝜃 𝑠 chaleur de l ′ humidité ≈0 car 𝑚 𝑒𝑎𝑢 ≪ 𝑚 𝑎𝑖𝑟 𝑚 𝑎𝑖𝑟/𝑒𝑎𝑢 : masse d’air sec/d’humidité kg/s 𝐶 𝑝 𝑎𝑖𝑟/𝑒𝑎𝑢 : chaleur spécifique de l’air/de l’eau J/(kg⋅K ) air int. 𝐽 𝑖→𝑠 mélange air/eau L’équation devient: ℎ 𝑖 ⋅𝑆⋅ 𝜃 𝑖 − 𝜃 𝑠 = 𝑚 𝑎𝑖𝑟 ⋅𝐶 𝑝 𝑎𝑖𝑟 ⋅ 𝜃 𝑖 − 𝜃 𝑠 où: 𝑆 est la surface du mur en contact avec l’air m 2 Isoler les murs c’est ajouter de l’isolant 𝑚 𝑎𝑖𝑟 𝑆 = ℎ 𝑖 𝐶 𝑝 𝑎𝑖𝑟 ≅ kg s⋅ m 2 = 8⋅3600 s h kg s⋅ m 2 ≅8⋅3.6 kg h⋅ m 2 Numériquement: Physique du Bâtiment III – Cours 4 Dr Jérôme KAEMPF

11 Physique du Bâtiment III – Cours 4
Condensation Détermination de la quantité d’eau condensée en surface – Final Exemple: 20°C à 50% d’humidité relative → point P(20°C,50%) Si 𝜃 𝑠 =4°C (< 𝜃 𝑝𝑟 ) alors condensation de: → Δ𝑥≅ 7.3−5 =2.3 g d ′ eau kg air sec Ce qui correspond à: 𝑔 𝑐 =2.3⋅8⋅3.6 ≅66 g d ′ eau h⋅ m 2 (!!!) P 9°C P’ 4°C Isoler les murs c’est ajouter de l’isolant Source: Annexe A2.4 du cours de Physique du Bâtiment I/II, Prof. Jean-Louis Scartezzini, Dr Andreas Schüler Physique du Bâtiment III – Cours 4 Dr Jérôme KAEMPF

12 Physique du Bâtiment III – Cours 4
Condensation Résumé Condensation superficielle si: La température du point de rosée 𝜃 𝑝𝑟 peut se déterminer au moyen du diagramme de Mollier La température de surface 𝜃 𝑠 se détermine par: Le mobilier influence la résistance interne (meublé ℎ 𝑖 =2 W/( m 2 K), armoire encastrée ℎ 𝑖 =1 W/( m 2 K)) La quantité d’eau condensée peut s’approximer à l’aide du diagramme de Mollier par: 𝜃 𝑠 < 𝜃 𝑝𝑟 𝜃 𝑠 = 𝜃 𝑖 − 𝑅 𝑖 𝑅 𝑡𝑜𝑡 ⋅ 𝜃 𝑖 − 𝜃 𝑒 𝑔 𝑐 =Δ𝑥⋅8⋅3.6 g d ′ eau h⋅ m 2 , où Δ𝑥 est la différence en teneur de vapeur d’eau entre l’air intérieur et l’air intérieur à la température de surface et à saturation Il y a toujours une partie des gains solaires qui rentrent dans le bâtiment, même lorsque celui-ci est opaque. Physique du Bâtiment III – Cours 4 Dr Jérôme KAEMPF