1. Conductance d’un bâtiment sans espace tampon

L5C : Environnement thermique et maîtrise énergétique Cours n° 08 > Performance thermique d’un bâtiment

1. Conductance d’un bâtiment sans espace tampon 2. Conductance d’un bâtiment avec espaces tampons 3. Conclusions utiles pour la conception architecturale

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Les illustrations de ces cours ne sont utilisées qu’à des fins pédagogiques

Ce cours s’appuie principalement sur les travaux de Pierre Lavigne

1. Conductance d’un bâtiment sans espace tampon

• En régime permanent, on considère que la puissance de chauffage ou de

climatisation nécessaire pour un bâtiment est égale au flux de chaleur qui sort ou qui entre.

P=φ=U

.∆T

• La conductance totale d’un édifice est l’addition des flux sortants ou entrants.

• Si on ne s’intéresse qu’aux dimensions architecturales du bâtiment (on néglige pour cela et dans un premier temps les déperditions par le renouvellement d’air liés aux VMC), on a deux types de pertes :

– Les pertes surfaciques (liées aux surfaces de l’enveloppe : murs, sols, toitures)

• L’unité de travail est le m2

– Les pertes linéiques (liées aux jonctions entre des éléments : ponts thermiques, tableaux des portes et des fenêtres…)

• L’unité de travail est le m

1. Conductance d’un bâtiment sans espace tampon

• La conductance totale d’un édifice U_T est la somme des pertes surfaciques et des pertes linéiques :

U

= ∑U

.S

+ ∑ψ

.l

• S_n : surface d’une des parties courantes constitutives n, de la partie d’enveloppe considérée

• U_n : coefficient de transmission surfacique de la surface S_n

• L_n : longueur d’une des parties singulières constitutives n de la partie d’enveloppe considérée

• ψ_n : coefficient de transmission linéique de la singularité n de longueur l_n

• Avec n couvrant TOUTES les surfaces et les singularités linéiques de l’enveloppe

2. Conductance d’un bâtiment avec des espaces tampons

• Un espace tampon est un volume : – Non chauffé

– Contigu à au moins une des surfaces du bâtiment

– Potentiellement traversé par un débit d’air (q) (voulu ou non)

Espace habitable et chauffé

Espace tampon (non chauffé)

∆T

∆T₁

∆T₂

Espace ventilé (q : débit d’air) U_c (paroi contiguë)

U_tp(espace tampon) On a donc : ∆T = ∆T₁ + ∆T₂

2. Conductance d’un bâtiment avec des espaces tampons

• La puissance reçue par l’espace tampon = U_c.∆T₁

• La puissance perdue par l’espace tampon = U_tp.∆T₂ + Aq.∆T₂

• (Aq.∆T₂ étant la puissance emportée par le débit d’air qui traverse l’espace tampon)

• On recherche : ∆T₁

• En régime permanent, les deux puissances sont égales :

• U_c.∆T₁ = U_tp.∆T₂ + Aq.∆T₂ soit : U_c.∆T₁ = (U_tp+ Aq).∆T₂

• Comme : ∆T = ∆T₁+ ∆T₂on a ∆T₂= ∆T -∆T₁

• On a donc : U_c.∆T₁ = (U_tp+ Aq).(∆T-∆T₁)

• Soit : (U_c + U_tp+ Aq).∆T₁ = (U_tp+ Aq).∆T

• On a alors ∆T₁ = [ (U_tp+ Aq) / (U_c + U_tp+ Aq) ].∆T

• On pose τ = (U_tp+ Aq) / (U_c + U_tp+ Aq) et donc ∆T₁ = τ ∆T

• τ est sans dimension. On prend couramment A = 0,34 pour le calcul.

2. Conductance d’un bâtiment avec des espaces tampons

• On nomme :

• Si on considère τ.∆T , τ est le coefficient de réduction de température

• Si on considère τ.∆U_c , τ est le coefficient de réduction de conductance

• On a donc :

• τ.∆U_{c =} τ ⁽∑U_n.S_n + ∑ψ_n.l_n)

• Ainsi pour une enveloppe complète disposant d’espaces tampons, la conductance totale d’un édifice est :

U

= ∑U

.S

+ ∑ψ

.l

+ ∑τ (∑ U

.S

+ ∑ψ

.l

)

Concerne la partie d’enveloppe donnant directement sur

l’extérieur

Concerne une partie d’enveloppe contiguë avec un espace

tampon

Dans la pratique on peut le calculer, mais souvent,

τ

pour des configurations classiques

Application !

3. Conclusions utiles pour la conception architecturale

Concernant les espaces tampons :

• Les espaces tampons réduisent de façon d’autant plus importante la conductance totale d’un espace habitable que la conductance de l’espace habitable est grande, c’est-à-dire thermiquement médiocre.

Autrement dit :

• l’effet relatif des espaces tampons sur la conductance d’espaces habitables est réduit lorsque leur enveloppe est de bonne qualité thermique (faible conductance).

3. Conclusions utiles pour la conception architecturale

Concevoir avec une échelle d’édifice la plus grande possible…

Mais bien entendu, en relation avec les enjeux sociaux et urbains !!!

Si on compare des constructions ayant la même caractéristiques de conception thermique et les mêmes proportion d’ouvertures on trouve pour des unités de 100 m² :

Immeuble Maison individuelle U_T = 174,4 W/°C

116,4 76,4 112,4

106,4

90,4 66,4

Données : Upartie opaque = 0,4 W/°C U_ouvertures = 3,3 W/°C U_fondations= 1,2 W/°C

3. Conclusions utiles pour la conception architecturale

Concernant les pertes linéiques :

• Les éléments de maçonnerie creux permettent d’obtenir des ψ plus faibles que ne le permet le béton.

• Lorsque refends et dalles pénètrent dans les murs d’enveloppe ψ augmente.

• Les ψ sont nettement plus faibles lorsque l’isolant est continu.

• Lorsque les menuiseries sont fixées directement sur un refend ou lorsque ce dernier traverse une façade légère, pour obtenir un ψ faible, on doit ajouter une correction isolante à l’extérieur.

• Les dalles qui communiquent avec l’extérieur entraîne un ψ relativement élevé.

• Le bois étant mauvais conducteur (sans être un isolant), les liaisons des planchers sur poutraison de bois, et en général les structures bois, ne donnent lieu qu’à des ψ négligeables.

• > Se référer aux matériaux et fabricants pour les valeurs de ψ

3. Conclusions utiles pour la conception architecturale

• De façon générale :

• Prévoir des surfaces vitrées nécessaires à l’éclairage et à la vue, sur-vitrer entraîne rapidement une forte perte de chaleur l’hiver (sans parler du confort d’été).

• En effet, malgré l’usage de fermetures de bonne qualité, et sauf à prendre des vitrages très performants, mais très onéreux ou à utiliser les nouveaux isolants translucides, actuellement, les surfaces vitrées ont des conductances parfois jusqu’à 10 fois plus grande que les surfaces opaques.

• Seul les isolants permettent d’obtenir des U faibles pour des épaisseurs de construction économique.

• Les enveloppes à structure bois permettent d’obtenir des U faible et de rendre négligeables presque tous les ψ , sauf ceux liés aux fondations.

• L’ isolation par l’extérieur rend aussi les ψ négligeables.

• Les ouvertures doivent toujours se situer au droit de l’isolant (que celui ci soit à l’intérieur ou à l’extérieur) pour que le ψ du tableau soit négligeable.