le contex te général les général ités · l’inertie thermique permet de moins chauffer pour...
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La rég
Lement
ation
Avant toît “casquette” protection estivale
Déperditions limitées
Capter l’énergie
Hiver angle solaire 21°
Ventilation
Captage du rayonnement solaire
Stocker et distribuer l’énergie Espace
tampon
VentMasque végétal
persistant
Masque végétal à feuillage caduque : ombre l’été
Vitres 10-15%
Sols 7-10%
Murs 25%
Toiture 30%
ExtérieurIntérieur
Inertie de transmission
Absorption 20°
Restitution 16°
Stoc
kage
Iner
tie d’
abso
rptio
n
DeS enjeux MAjeuRS
Le beSoIn Du pARtIcuLIeR et LeS obLIgAtIonSLes préoccupations du particulier : réduire les charges et les loyers grâce à la diminution des consommations énergétiques.
un enjeu pLAnétAIRe
Lutter contre l’effet de serre : les accords de Rio, de Kyoto et de Copenhague fixent des objectifs de limitation des émissions de CO2.
un enjeu éconoMIque
Encourager les systèmes et les techniques constructives performants : contribuer à l’indépendance énergétique nationale et favoriser la compétitivité économique de l’ingénierie, des techniques.
Les consommations d’énergie dans l’habitation• Chauffage 56%• Electricité 19%• Eau chaude 18%• Cuisson 7%
La conception bioclimatique permet de maximiser les apports gratuits en travaillant sur l’implantation du bâtiment, sa forme, son emplacement. L’architecture bioclimatique désigne une manière de construire qui protège et utilise des composants du climat pour chauffer ou rafraîchir l’habitation, c’est aussi un moyen écologique de protéger l’environnement.Les pièces à vivre et au moins 60% des surfaces vitrées sont orientées au sud.
L’isolation thermique a pour objectif de minimiser l’énergie de chauffage qui s’échappe du bâtiment.
Selon l’ADEME, la chaleur s’échappe d’une maison mal isolée à :• 30% par les combles et la toiture : c’est la priorité en termes
d’isolation• 25% par les murs• 10-15% par les vitres et fenêtres• 7-10% par les sols
L’inertie thermique permet de moins chauffer pour obtenir la température voulue et restituer de la fraîcheur l’été également. Concrètement les murs et planchers vont stocker une partie de l’énergie produite pendant la journée pour la restituer la nuit.
LA conceptIon bIocLIMAtIque
L’ISoLAtIon tHeRMIque
L’IneRtIe tHeRMIque
Le ConteXte généraL LeS généraLitéS
L’objectif déclaré est de limiter les consommations énergétiques des bâtiments neufs pour deux raisons essentielles :• Chaque année nous consommons 3 fois plus d’énergie
fossile que nous en découvrons•Limiter les émissions de gaz à effet de serre
On distingue l’inertie d’absorption et l’inertie de transmission.
La régLementation énergétique
Transport routier130 Mt
Autres14 Mt
BâtimentRésidentiel-Tertiaire121 MtIndustriemanufacturière99 MtAgricultureSylviculture71 Mttransformationd’énergie63 Mt
emission de co2 dans l’air en France : 498 Mt
La rég
Lement
ation
atomes ordonnésforte interactionmatière dense
atomes désordonnésforte interactionmatière dense
température
atomes désordonnéschocs aléatoires
matière peu dense
éneRgIe - AgItAtIon
Sens du flux thermique
Conduction
Rayonnement
EnvironnementChaud
EnvironnementFroid
Paroi
Rayonnement
*Exemples donnés sur des murs
LA teMpéRAtuRe
LA teMpéRAtuRe eSt une MeSuRe De L’AgItAtIon DeS pARtIcuLeS
Par exemple, plus un gaz est chaud, plus ses molécules se déplacent rapidement. L’agitation moléculaire est appelée agitation thermique. La température est une mesure de cette agitation. L’absence d’agitation thermique correspond au zéro absolu 0°K (zéro Kelvin) : les molécules auraient alors une vitesse nulle. C’est la température la plus basse qui puisse exister (donc toutes les températures en Kelvin sont positives). La chaleur est le transfert de l’agitation thermique d’un corps à un autre, même si dans le langage courant elle est assimilée à l’énergie d’agitation elle-même.
… SouS FoRMe De cHALeuR
on appelle flux de chaleur traversant une surface donnée la quantité de chaleur qui s‘en écoule, pendant l’unité de temps. Le transfert d’énergie s’effectue du milieu le plus chaud vers le milieu le plus froid. Tous les corps (solide, liquide ou gazeux) subissent ce phénomène d’échange qui se poursuit jusqu’à ce qu’ils possèdent la même agitation (température). L’utilisation de matériaux isolants ou conducteurs permet d’intervenir sur l’intensité de l’énergie transmise. Le premier ralenti le transfert d’agitation, le deuxième le facilite. L’échange d’énergie se fait par conduction, rayonnement et convection. Ces modes de transmission sont bien souvent “cumulés“. L’unité de mesure légale de la chaleur est le Watt (W).
cette AgItAtIon Se tRAnSMet Du cHAuD VeRS Le FRoID…
conDuctIon Ce transfert se fait dans les milieux solides donc sans déplacement de matière à l‘échelle macroscopique. L’agitation (énergie cinétique) des particules est donc transmise par contact de proche en proche. Par analogie, dans un boulier de Newton la conduction est représentée par les billes qui restent immobiles tout en transmettant l‘énergie cinétique.
conVectIon Ce transfert, qui se fait dans les milieux liquides et gazeux, entraîne un déplacement macroscopique de matière. Par exemple, l’eau au fond d’une casserole sur le feu chauffe et se dilate. Elle remonte donc à la surface où sa température s’abaissera au contact de l’air ambiant induisant un courant circulaire. Dans un boulier de Newton la convection est représentée par les billes d’extrémité qui se déplacent.
RAyonneMent Ce transfert s’opère dans tous les milieux, vide compris, par ondes électromagnétiques, donc sans nécessité de matière. L’exemple le plus représentatif est le rayonnement solaire qui réchauffe la terre après avoir traversé le vide spatial.
LeS tRoIS MoDeS De tRAnSFeRtS tHeRMIqueS
Le cALcuL De LA RéSIStAnce gLobALe : Rglobal
tHermique aPPLiquée À La ConStruCtion tHermique aPPLiquée À La ConStruCtion
Le sensLes particules agitées (environnement chaud) mettent en mouvement les particules calmes (environnement froid).
objectifMinimiser l’énergie consommée pour obtenir la température souhaitée. Principal levier : maximiser le R
La régLementation énergétique
φ : flux de chaleur (W)Δt : écart de température des faces
extrêmes de la paroiS : surface de la paroi traversée
perpendiculairement par le flux (m2)R : résistance thermique globale de la
paroi (m2.K/W)
φ = Δ t.S. Rglobal
Rparoi : résistance thermique de la paroi (conduction), en m².K/Whi : coefficient d’échange thermique intérieur (convection et rayonnement).he : coefficient d’échange thermique extérieur (convection et rayonnement).
Rglobal = 1hi
1he
+ Rparoi +
paroi monocouche La résistance de la paroi est fonction de l’épaisseur et de la conductivité thermique du matériau.
paroi multicoucheLe calcul se fait en additionnant les résistances de chaque couche.
paroi hétérogène Le calcul se fait en additionnant les flux de chaleur de chaque partie.
Le cALcuL DeS RéSIStAnceS De pARoIS*φ : flux de chaleur qui traverse la
couche (en W)e : épaisseur de la couche (en m)λ : conductivité thermique du
matériau composant la couche (en W/m.K)
Matériaux λ (W/m.K)Béton de ciment 1,75 à 2Béton de pierre ponce 0,26Béton cellulaire 0,23Plâtre 0,8Mortier de ciment 1,3Polystyrène expansé 0,04 à 0,03
Rparoi = eλ
Rparoi =eλ
+ +e1λ1
e2λ2 φglobal = φmur = φfenêtre
La rég
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: Déphasage : Amortissement
Faible inertie thermique Forte inertie thermique
L’IneRtIe DoIt StAbILISeR LA teMpéRAtuRe IntéRIeuRe…
… et De SA cApAcIté De StocKAge De L’éneRgIe
ceLA DépenD De LA VIteSSeD’AbSoRptIon Du MuR…
eFFuSIVIté : Vitesse d’absorption par convection ou rayonnement
…De LA RApIDIté De pRopAgAtIon DAnS LA pARoI…
DIFFuSIVIté
… Par le biais de deux phénomènes de stockage et de délai de restitution de la chaleur emmagasinée :• le déphasage D qui s’exprime en heure (h)• l’amortissement A qui s’exprime en °C
Comme l’indiquent les schémas qui suivent, théoriquement, c’est au solstice d’été que la température est la plus élevée car c’est la date à laquelle le soleil est le plus haut dans le ciel, l’énergie apportée est donc maximale, au contraire c’est au solstice d’hiver que la température est minimale. L’énergie apportée est d’autant plus grande que le soleil est haut dans le ciel.
L’inertie thermique d’un bâtiment est donc sa capacité à stocker et à restituer de l’énergie dans sa structure (murs, planchers…) en toute saison.
Elle définit la vitesse à laquelle le bâtiment se refroidit ou se réchauffe. Elle permet d’amortir les variations de température.Cette inertie peut être :une inertie de transmission (à travers les parois soumises à l’exposition solaire)ouune inertie d’absorption (capacité à stocker la chaleur du local dans les parois internes ou périphériques)
LeS AppoRtS SoLAIReS à VALoRISeR
Le FonctIonneMent De L’IneRtIe : LeS Deux pRIncIpAux typeS
LeS MeSuReS
tHermique aPPLiquée À La ConStruCtion LeS notionS De tHermique
objectifMinimiser l’influence thermique extérieure sur l’environnement thermique intérieur.
La régLementation énergétique
Inertie de transmission
Inertie d’absorption
LA cApAcIté tHeRMIqueElle représente la quantité d‘énergie qu’emmagasine un matériau avant d’augmenter sa température de 1°C. Plus la capacité thermique d’un matériau est grande plus il faut d‘énergie pour
augmenter sa température d’1°C. Ce paramètre est fonction de la masse volumique du matériau et de sa chaleur spécifique.
Inertie quotidienne L’inertie quotidienne est utilisée pour calculer l’amortissement des températures intérieures sur une période de vingt-quatre heures.
Inertie séquentielle L’inertie séquentielle est utilisée en confort d’été pour calculer l’amortissement des températures intérieures sur une période de douze jours.
La rég
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Surfaces principalement exposées(1)
(1) Exprimées en surfaces unitaires
ApportsartificielsApports
naturels gratuits
sdb
ch1
bureau
ch2
garagebuanderie
bureauséjour / salon
Le pRIncIpe De conceptIon bIocLIMAtIque
L’expoSItIon
Comme cela est expliqué précédemment, les apports solaires varient au cours de la journée et au cours de l’année (hauteur du soleil dans le ciel).En été, l’exposition est maximale sur la face est (matin), la toiture (midi) et la face ouest (soir). En hiver, l’exposition est maximale sur la face Sud durant pratiquement toute la journée.
LA FoRMe
Il s’agit de trouver un compromis entre les surfaces exposées et le principe de compacité (moins la surface en contact avec l’extérieur est grande moins les pertes sont importantes).
La conception bioclimatique a pour objectif d’optimiser les relations entre l’environnement soumis au climat, l’habitation et l’habitant. Cette approche permet de renouer le lien qui existait entre les habitations et leur environnement. Ceci afin de minimiser les équipements de régulation thermique et les apports extérieurs.La figure ci-contre donne un aperçu des différents paramètres pris en compte dans la conception bioclimatique.
VentILAtIonElle est essentielle car, en été, une surventilation nocturne permet d’évacuer la chaleur accumulée. De plus, certains systèmes de ventilation permettent de minimiser la perte énergétique liée au renouvellement de l’air.
b pARoIS RéFLectRIceSElles permettent d’augmenter l’apport solaire lorsqu’en hiver le soleil est plus bas dans le ciel. Les rayons solaires peuvent, de plus, atteindre les parois intérieures pouvant stocker l’énergie dans la journée et la restituer la nuit venue (exemple : certaines terrasses, volets horizontaux…).
A pRotectIon SoLAIReElle minimise la quantité de rayons solaires qui entre dans l’habitation en été lorsque le soleil est haut dans le ciel (exemple : pergola, stores…).
c SuRFAceS D’écHAnge DeS pARoISLa surface d’échange des parois doit être prise en compte pour le stockage et la restitution de la chaleur. Certaines parois n’ont qu’une face d’échange (façades…) car elles sont associées à un isolant thermique. D’autres parois possèdent deux faces d’échange (refends, cloisons…).
L’objectif de cet aspect de la bioclimatique est de positionner les pièces en fonction de l’activité des occupants et des apports extérieurs pour minimiser la “régulation artificielle” des températures.
espaces non chauffés(garage, cellier, placard, entrée…)ouà température abaissée(couloirs, sanitaires, buanderie…)
Pièces d’activités diurnes(séjour, cuisine…)
LA DISpoSItIon DeS pIèceS SuIVAnt L’ActIVIté De L’occupAnt
LeS notionS D’arCHiteCture LeS notionS D’arCHiteCture
La régLementation énergétique
midi
68°21°
matin
soir
soir
matin
leverHIVER
ÉTÉ
midi
Sud
Est
LA geStIon DeS FLux
pièces à tempérer (chambres, bureaux…)
En été risque de surchauffe en fin d’après midi
pièces à tempérer(chambres, bureaux…)
En été la luminosité et le réchauffement se font au lever du soleil
c c b
A
La rég
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ation
(1) Pour les zones ou parties de zone de catégorie CE1(2) De parois déprédatives, hors plancher bas
cep ≤ cepmaxet
bbio ≤ bbiomaxet
tic ≤ ticref(1)
LeS AMbItIonS De LA Rt 2012
LeS zoneS cLIMAtIqueS
Elles restent inchangées par rapport à la précédente réglementation :
LeS exIgenceS
Les objectifs de la Rt 2012 sont de réduire les besoins de chauffage (diviser par 2 à 3) et éclairage (réduire de 30%) des bâtiments. Pour cela la réglementation veut favoriser l’utilisation d’équipements performants thermiquement
(chauffe-eau thermodynamique, triple vitrage, ventilation double flux…) et des énergies renouvelables (capteurs solaires,…).
λ W/m.K Coefficient de conductivité thermique. Plus le λ est faible, plus le matériau est isolant
R m².K/W Résistance thermique. Plus le R est élevé, plus la paroi ou le produit est isolant
up W/m².K Coefficient de déperdition thermique de la paroi. Plus le Up est petit, plus la paroi est isolante (=1/R global)
ψ W/m.K Coefficient de transmission linéique. Plus le ψ est faible, plus la déperdition par la liaison est faible
cepKWhep/m² de
SHON/an
Consommation en énergie primaire annuelle d’un bâtiment (chauffage, production Eau Chaude et Sanitaire, refroidissement, ventilation et éclairage en tertiaire)
cep réf Consommation en énergie primaire calculée à partir de références fixées par Arrêté
cep max Consommation maximale en énergie primaire établie par zone climatique (chauffage, production d’ECS et refroidissement)
u bât W/m².K Coefficient moyen de déperdition thermique par les parois et les baies du bâtiment
u bât réf W/m².K Coefficient moyen de référence des déperditions (avec des surfaces de vitrage de référence)
u bât base W/m².K Coefficient de base de déperdition (même méthode que U bât réf avec les surfaces exactes de vitrage du projet)
u bât max W/m².K Coefficient maximal de déperdition de base (Ubât max = Ubât base x coefficient suivant type bâtiment)
tIc °C Température Intérieure Conventionnelle du bâtiment atteinte en été, fenêtres fermées
LeS nouVeAux pARAMètReS
bbio Nbre de points Besoin BIOclimatique conventionnel en énergie d’un bâtiment pour le chauffage, le refroidissement et l’éclairage
bbio max Nbre de points Besoin BIOclimatique maximal en énergie d’un bâtiment pour le chauffage, le refroidissement et l’éclairage artificiel
SHonRt m2 Surface de plancher Hors OEuvre Nette au sens de la RT. Elle est égale à la Surface Utile du bâtiment ou partie du bâtiment multipliée par un coefficient dépendant de l’usage défini
SuRtm2 Surface utile d’un bâtiment ou partie de bâtiment au sens de la RT
La régLementation rt 2012 La régLementation rt 2012
La régLementation énergétique
perméabilité à l’air sous 4pa(2)
Maison individuelle ou accolée : 0,6 m3/(h.m2)bâtiments collectifs d’habitation : 1,0 m3/(h.m2)
LeS conSoMMAtIonS conVentIonneLLeS en éneRgIe pRIMAIRe
LeS pARAMètReS
Les consommations conventionnelles du bâtiment sont évaluées en terme d’énergie primaire qui représente l’énergie finale (celle consommée par le bâtiment) à laquelle s’ajoute l’énergie nécessaire à la production, le stockage éventuel et l’acheminement de cette énergie finale jusqu’au bâtiment.
Le ratio qui permet d’évaluer l’énergie primaire en fonction de l’énergie finale est :
Source d’énergie Ratio énergie primaire / énergie finale
Fossile 1
Bois 1
Electrique 2,58
La rég
Lement
ationconSoMMAtIon conVentIonneLLe MAxIMALe
D’eneRgIe pRIMAIRe (cepMAx)
La consommation conventionnelle maximale d’énergie primaire est déterminée comme suit :
cepmax = 50 x Mctype x (Mcgéo x Mcalt x Mcsurf x McgeS) .
coef
ficie
nt d
em
odul
atio
n
Selon type bâtiment et catégorie (CE1/CE2)
Selon localisation géographique
Selon altitude
Selon surface moyenne des logements
Selon les émissions de gaz à effet de serre des énergies utilisées
beSoIn bIocLIMAtIque conVentIonneL en éneRgIe MAxIMAL (bbIoMAx)
bbiomax = bbiomax moyen x ( Mbgéo x Mbalt x Mbsurf )
Catégorie CE1 : 60 / Catégorie CE2 : 80
coef
ficie
nt
de m
odul
atio
n
Selon localisation géographique
Selon altitude
Selon surface moyenne des logements
Un local est de catégorie CE2 s’il est muni d’un système de refroidissement et si l’une des conditions suivantes est respectée :• simultanément, le local est situé dans une zone à usage d’habitation, ses baies sont
exposées au bruit BR2 ou BR3, et le bâtiment est construit en zone climatique H2d ou H3 à une altitude inférieure à 400 m ;
• simultanément, le local est situé dans une zone à usage d’enseignement, ses baies sont exposées au bruit BR2 ou BR3, et le bâtiment est construit en zone climatique H2d ou H3 à une altitude inférieure à 400 m ;
• le local est situé dans une zone à usage de bureaux, et ses baies sont exposées au bruit BR2 ou BR3 ou ne sont pas ouvrables en application d’autres réglementations ;
• le local est situé dans une zone à usage de bureaux et le bâtiment est construit soit en zones climatiques H1c ou H2c à une altitude inférieure à 400 m, soit en zones climatiques H2d ou H3 à une altitude inférieure à 800 m.
Les autres locaux sont de catégorie CE1.Une zone ou une partie de zone est de catégorie CE2 si tous les locaux autres qu’à occupation passagère qu’elle contient sont de catégorie CE2. Elle est de catégorie CE1 dans les autres cas.
RAppeLS - généRALItéS
pour garantir la qualité de mise en œuvreTraitement de ponts thermiques• Ratio de transmission thermique linéique moyen global
≤ 0,28 W/m2SHONRT.K)• Coefficient de transmission thermique linéique moyen entre
les planchers intermédiaires et les murs extérieurs ψ9 ≤ 0,6 W/(m.K)
pour garantir le confort d’habitation• Surface minimale des baies (1/6ème de la surface habitable)• Mise en œuvre de protections solaires
pour accélérer le développement des énergies renouvelables• Généralisation en maison individuelle notemment d’esu
chaude sanitaire
pour un bon usage du bâtiment• Système de mesure ou d’estimation des consommations
d’énergie par usage (Fiche application éditée par le Ministère)• Information de l’occupant
pour une qualité énergétique globale• Production locale d’énergie non prise en compte au-delà de
l’autoconsommation (12kWhep/m2.an)
2 niveaux de performance• HQE ou BBC+ Bbiomax - 10% Cepmax - 10%
• THPE ou BBC++ (harmonisation avec référentiel Effinergie+)
Bbiomax - 20% Cepmax - 20%
Dans les 2 cas• Mesure d’étanchéité du réseau aéraulique : classe A• En maison individuelle, justifier de la formation obligatoire
des intervenants à la perméabilité à l’air• Qualification ou certification obligatoire du BET• Déduction de PV de 12 kWhep/m2
• Suivi de consommation par mesure a minima par énergie• Guide d’usage à la livraison du bâtiment
La régLementation rt 2012 La régLementation rt 2012
La régLementation énergétique
cAtégoRIeS ce1 et ce2
Arrêté du 26 octobre 2010 relatif aux caractéristiques thermiques et aux exigences de performance énergétique des bâtiments nouveaux et des parties nouvelles de bâtiments.
queLqueS peRSpectIVeS - LAbeLS D’étAt enVISAgéS