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  • C O L E P O L Y T E C H N IQ U EF DR A LE D E L A U SAN NE

    FACULTE D'ENVIRONNEMENT NATUREL, ARCHITECTURAL

    ET CONSTRUIT

    NERGTIQUE DU BTIMENT

    Section de Gnie Civil, 4me/5me anne

    Nicolas Morel et Edgard Gnansounou

    (nouvelle dition du cours prcdemment donn par Claude-Alain Roulet et Arnaud Dauriat)

    Septembre 2008

  • NERGTIQUE DU BTIMENT

    TABLE DES MATIERES 1 Introduction et rappels de physique du btiment ................................................................ 1

    1.1 A quoi sert l'nergtique du btiment ?................................................................... 1 1.1.1 Le btiment est un gros consommateur d'nergie .............................................. 1 1.1.2 Le btiment devrait tre confortable .................................................................. 1 1.1.3 Suivant la conception, la consommation varie normment.............................. 2 1.1.4 Applications de l'nergtique du btiment ......................................................... 2 1.2 Quelques rappels de physique du btiment............................................................. 3 1.2.1 Capacit thermique ............................................................................................ 3 1.2.2 Modes de transfert de chaleur ............................................................................ 3 1.2.3 Rayonnement solaire.......................................................................................... 4 1.2.4 Rayonnement solaire et matire......................................................................... 5 1.2.5 Position du soleil et angles solaires ................................................................... 6 1.3 Exercices ................................................................................................................. 8

    2 Les besoins de l'occupant.................................................................................................. 10 2.1 Confort .................................................................................................................. 10 2.1.1 Confort thermique ............................................................................................ 10 2.1.2 Facteurs d'inconfort supplmentaires............................................................... 15 2.1.3 Utilit du modle de confort thermique ........................................................... 18 2.2 Qualit de lair ...................................................................................................... 18 2.2.1 Source de polluants et concentrations.............................................................. 19 2.2.2 Concentration de composs gazeux ................................................................. 19 2.2.3 Concentration en vapeur d'eau et humidit relative ......................................... 21 2.2.4 Odeurs .............................................................................................................. 23 2.3 Aration................................................................................................................. 24 2.3.1 Ncessit de l'aration...................................................................................... 24 2.3.2 Dbit minimum requis ..................................................................................... 24 2.3.3 Conditions gnrales pour une bonne qualit d'air .......................................... 26 2.4 Exercices ............................................................................................................... 27

    3 Bilan thermique d'lments du btiment........................................................................... 29 3.1 Matriaux d'isolation............................................................................................. 29 3.1.1 Conductivit thermique.................................................................................... 29 3.1.2 Isolants et conducteurs de la chaleur................................................................ 30 3.1.3 Qualit des isolants thermiques........................................................................ 30 3.1.4 Les diffrents matriaux sur le march ............................................................ 32 3.1.5 Application des isolants thermiques ................................................................ 35 3.1.6 Autres effets des isolants thermiques............................................................... 38 3.1.7 Homognisation de l'isolation thermique....................................................... 38 3.2 Transmission thermique........................................................................................ 42 3.2.1 lments plans forms de couches................................................................... 42 3.2.2 Ponts thermiques .............................................................................................. 48 3.2.3 Transmission thermique des fentres............................................................... 57 3.2.4 Coefficients de transmission thermiques admissibles...................................... 58 3.3 Caractristiques thermiques dynamiques.............................................................. 59 3.3.1 Dfinitions........................................................................................................ 59 3.3.2 Caractristiques dynamiques des matriaux .................................................... 60 3.3.3 Rponse indicielle d'un lment de construction ............................................. 61 3.3.4 Rponse harmonique d'un lment de construction......................................... 63 3.3.5 Modle de paroi en rponse harmonique ......................................................... 65 3.3.6 Calcul approch de la capacit thermique........................................................ 69 3.3.7 Exemples.......................................................................................................... 70 3.4 Aration................................................................................................................. 72

  • 3.4.1 Effets de l'aration ............................................................................................72 3.4.2 Modlisation de l'aration.................................................................................72 3.4.3 Effet de chemine .............................................................................................74 3.4.4 Ouvertures de ventilation .................................................................................77 3.5 Exercices................................................................................................................79

    4 Bilan thermique du btiment .............................................................................................81 4.1 Bilan nergtique...................................................................................................81 4.1.1 Dlimitation du systme ...................................................................................82 4.1.2 Diagramme de Sankey......................................................................................83 4.1.3 Bilan thermique instantan ...............................................................................84 4.1.4 Bilan thermique moyen ....................................................................................85 4.1.5 Dperditions .....................................................................................................86 4.2 Dperditions par transmission ...............................................................................86 4.2.1 Limites du volume chauff ...............................................................................87 4.2.2 Transmission directe vers l'extrieur ................................................................87 4.2.3 Transmission travers les espaces non chauffs..............................................88 4.2.4 Dperditions par le sol......................................................................................88 4.3 Dperditions par ventilation ..................................................................................91 4.3.1 Dperditions .....................................................................................................91 4.3.2 Rcupration de chaleur ...................................................................................92 4.4 Apports d'nergie solaire et gains internes ............................................................94 4.4.1 Principe du captages solaire passif ...................................................................94 4.4.2 Calcul des gains solaires passifs.......................................................................95 4.4.3 Gains internes ...................................................................................................99 4.5 Besoins de chauffage ...........................................................................................100 4.5.1 Taux d'utilisation ............................................................................................100 4.6 Exercices..............................................................................................................103

    5 Installations techniques ...................................................................................................104 5.1 Introduction .........................................................................................................104 5.1.1 De l'nergie finale l'nergie utile .................................................................104 5.1.2 Sources d'nergie finale..................................................................................104 5.1.3 lments de l'installation de chauffage ..........................................................108 5.1.4 Besoins