ENERGETIQUE DU BATIMENT

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1 LP MIE Module UE2 2B-CEE Energétique du bâtiment I. INTRODUCTION : ENERGETIQUE DU BATIMENT Prenons l exemple d un bâtiment en hiver pour lequel on souhaiterait obtenir une température intérieure de 18 [ C] en moyenne pour 5 [ C] à l extérieur, et effectuons un bilan thermique : Ce bâtiment est soumis à des pertes calorifiques vers l extérieur, des.. Ces déperditions sont dues et sont proportionnelles à la différence de température entre l intérieur et l extérieur du bâtiment. De plus, ce bâtiment reçoit des.. que l on dit gratuits, dus à l environnement du bâtiment : Environnement intérieur :. Environnement extérieur :.. Les besoins calorifiques pour les occupants sont donc égaux à :.. Ces besoins correspondent à la puissance d émission que l on devra fournir pour assurer le confort des occupants. L installation de chauffage qui va fournir cette puissance de chauffage va elle-même être soumise à un certain nombre de pertes calorifiques. Ces pertes vont se localiser au niveau de la production (avec des pertes de combustion, c'est-à-dire au niveau du brûleur, à travers les parois de la chaudière, par les fumées chaudes) et au niveau de la distribution (avec des pertes au niveau de la tuyauterie non calorifugée). Finalement, l énergie que l on va consommer pour notre chauffage va être égale aux besoins de chauffage + pertes calorifiques de l installation. On obtient ainsi la puissance de chauffage =.. DEPERDITIONS APPORTS GRATUITS BESOINS DE CHAUFFAGE PERTES CONSOMMATION Figure 1 : Bilan thermique d un bâtiment. La principale étape d un bilan thermique consiste à effectuer un calcul de déperdition du bâtiment. Page 1

2 LP MIE Module UE2 2B-CEE Energétique du bâtiment OBJECTIFS DU CALCUL DES DÉPERDITIONS Le calcul des déperditions doit être effectué pour répondre à trois préoccupations : La plus évidente étant le dimensionnement : ce calcul nous fournira la puissance émise vers l extérieur et donc la puissance des radiateurs nécessaire. Le calcul des déperditions est également un outil de vérification. En effet, il faut essayer de limiter les déperditions du bâtiment dans la mesure du possible (en choisissant des matériaux adaptés pour les parois), afin d éviter le gaspillage d énergie. Enfin, le calcul des déperditions nous permettra d avoir accès au calcul des consommations d énergie, celles-ci lui étant proportionnelles, et donc nous permettra de vérifier que ces consommations restent raisonnables et conformes à la Réglementation Thermique RT Page 2

3 II. DÉPERDITIONS THERMIQUES D UN BÂTIMENT II-1 POSTES DE DÉPERDITIONS Coefficient de déperdition thermique par transmission à travers les H D parois donnant directement sur l'extérieur W/K H S Coefficient de déperdition thermique par transmission à travers les parois en contact direct avec le sol, un vide sanitaire ou un sous-sol W/K non chauffé H U Coefficient de déperdition thermique par transmission à travers les parois donnant sur des locaux non chauffés (à l'exception des soussols W/K et vides sanitaires) H V Coefficient de déperdition thermique par renouvellement d'air W/K Figure 2 : Postes de déperditions d un bâtiment. II-2. DÉPERDITIONS PAR TRANSMISSION : II-2-1. Transmission de chaleur Quelques hypothèses sont nécessaires pour effectuer le calcul des déperditions : On suppose un régime permanent Température intérieure de base fixée en fonction des besoins des locaux : Température extérieure : température de base hiver pour le calcul de la puissance de chauffage ou température mensuelle pour le calcul de la consommation de chauffage. Cette température est de plus fonction de la région et de l altitude. Voir document ressource en page 14. Exemple : Page 3

4 II-2-2. Transmission surfacique : Figure 3 : Transmission surfacique à travers une paroi On admet conventionnellement lorsque on ne peut pas définir la composition exacte de la parois, que les résistances thermiques d échanges superficiels intérieurs ( R si ) et extérieurs ( R se ) ont les valeurs données dans le tableau ci-dessous : Position de la paroi Angle formé avec le plan horizontal Sens du flux R en m². C/W Paroi en contact avec l extérieur Un local chauffé ou non un passage couvert Un comble un local couvert Un vide sanitaire Rsi Rse Rsi+Rse Rsi Rse Rsi+Rse Verticale > 60 Horizontal 0,11 0,66 0,17 0,11 0,11 0,22 Horizontale <60 Haut 0,09 0,05 0,14 O,O9 0,09 0,18 Bas 0,17 0,05 0,22 0,17 0,17 0,34 Page 4

5 II-2-3. Transmission linéique :( Ponts thermiques ) i Figure 4 : Transmission linéique. II-2-4. Déperditions directement vers les LNC ( Locaux non chauffés ) LCLNC LC LNC Ti Tu LNCext Te U 1, A 1 U 2, A 2 Figure 5 : Bilan thermique d une paroi située entre un LC et un LNC. Soit le bilan thermique d une paroi entre un local chauffé LC et un local non chauffé LNC : LCLNC = U 1 A 1 (Ti Tu) et LNCext = U 2 A 2 (Tu Te) Pour simplifier les calculs finaux, on peut ramener la déperdition vers le LNC à une déperdition en fonction de Ti Te Pour cela, on définit le coefficient b : 0 b 1 Par défaut pour b on prendra : Et on écrit : On peut définir les déperditions vers les locaux non chauffés comme étant égal à : - comble ventilé : b = 0,9 - comble isolé : b = 0,6 - VS ventilé : b = 0,6 - VS non ventilé : b = 0,4 Dep = Page 5

6 II-2-5. Déperditions directement vers les LNC par le plancher Ue A Figure 6 : Déperditions par le sol. Avec : U e : II-3. DÉPERDITIONS PAR RENOUVELLEMENT D AIR HV l air : La ventilation dans un bâtiment permet d assurer le confort des occupants en terme de qualité de Les déperditions par renouvellement d air sont proportionnelles au débit de renouvellement d air. Ces déperditions s expriment comme suit : Les pertes par déperditions par renouvellement d air sont proportionnelles au débit de renouvellement d air et à la différence de température entre l air du local et l air extérieur. Page 6

7 III. EVALUATION DES PERFORMANCES ENERGETIQUES Pour quantifier le caractère raisonnable de ces déperditions et consommations d énergie, on va définir des limites supérieures admissibles. Ces limites sont fournies par un texte réglementaire : La Réglementation Thermique ou RT III-1. CHAMP D APPLICATION DE LA RT 2005 La RT 2005 est applicable à tous les bâtiments neufs résidentiels ou non. Les seuls bâtiments non concernés par cette réglementation sont : Les bâtiments dont la température est inférieure à 12 [ C], Les bâtiments climatisés ou chauffés en raison d un processus industriel, Les piscines, patinoires et bâtiments d élevage. III-2. PRINCIPE DE LA RT2005 Entrée en vigueur en septembre 2006 Continuité de la RT 2000, concernant les 3 exigences Application des accords de Kyoto pour réduire l effet de serre Exigences supérieures en matière de maîtrise énergétique Exigences supérieures en matière de qualité du bâtiment III-3. LES 5 ORIENTATIONS DE LA RT 2005 Page 7

8 III-4. EXIGENCES DE LA RT 2005 Afin d obtenir les performances énergétiques désirées pour un bâtiment, la RT 2500 fixe trois exigences : Première exigence : Un coefficient de conduction maximal de référence pour chaque paroi et un coefficient de déperditions global de référence pour le bâtiment : Uparoi : coefficient de déperdition (surfacique ou linéique) de la paroi considérée. Ubât : coefficient de déperdition du volume chauffé. Valeurs garde-fous Les produits et systèmes d isolation doivent satisfaire à des caractéristiques minimales U paroi max, appelées valeurs garde-fous. Concernant les parois opaques, on sépare : Les garde-fous des parois courantes exprimées en coefficients de transmission surfacique U pouvant être retranscrits en résistances thermiques minimales requise pour chaque paroi : b : coefficient de réduction des déperditions variables selon le renouvellement d air des locaux non chauffés. Couramment, b = 0,95 Page 8

9 Les garde-fous des ponts thermiques exprimés en coefficients linéiques Y ne pouvant pas dépasser ces valeurs : Coefficient de déperdition du volume chauffé : Ubât Par rapport à un bâtiment de référence, la déperdition thermique d un bâtiment qui s effectue par le plancher, les murs, la toiture, les portes fenêtres, etc se caractérise par le coefficient Ubât (W/m².K) Avec : A 1 : Surface parois verticales opaques A 2 : Surface plancher haut et toiture A 3 : Surface plancher haut donnant sur l'extérieur en béton A 4 : Surface des planchers bas A 5 : Surfaces des portes sauf vitrées A 6 : Surfaces des ouvrants vitrés en non résidentiel A 7 : Surfaces des ouvrants vitrés en résidentiel L 8 : Linéaire de liaison périphérique des planchers bas avec le mur L 9 : Linéaire de liaison périphérique des planchers intermédiaires ou sous comble aménageable avec le mur L 10 : Linéaire de liaison périphérique de toitures ou terrasse avec le mur Page 9

10 Coefficients surfaciques de référence ai en W/m².K Coefficients de ponts thermiques de référence en W/m.K Calcul de U Bat : Page 10

11 Deuxième exigence : Une consommation maximale de référence pour le bâtiment : C : consommation globale du bâtiment en énergie primaire. ( KWhep/m 2 /an ) Valeurs de référence : (*) Sauf pour les bâtiments d habitation (pour l éclairage). Remarque concernant les KWhep/m 2 /an : Les consommations sont exprimées en énergie primaire. Par rapport à la consommation réelle en KWh, un coefficient de majoration est appliqué : Les valeurs du coefficient de majoration d énergie primaire sont les suivantes : Fioul, Gaz 1 Electricité 2,58 Solaire 0 Troisième exigence : Une température intérieure maximale de référence pour le bâtiment. Tic : température de confort d été du bâtiment. III-5. CONCLUSION Règles de la RT 2005 pour réduire les consommations du bâtiment : Favoriser les apports passifs d énergie Augmenter l isolation du bâti Respecter les valeurs de référence Ne pas atteindre les valeurs de garde-fous Bilan prévisionnel des consommations d énergies de la maison fourni par le maître d ouvrage Bilan thermique: avec les plans de la construction par un Bureau d Étude Thermique Une réglementation plus «contrôlée» avec des dispositifs de contrôle Page 11

12 IV. ESTIMATION DES CONSOMMATIONS ENERGETIQUES L'estimation d'une consommation moyenne totale d'énergie annuelle de combustible d'un bâtiment pour une installation dépend à la fois des déperditions de base calculées sur 1 C, des caractéristiques de l'installation, des degrés-jours unifiés (DJU), cumulés sur une saison et du type d'énergie utilisée. Les degrés jours unifiés permettent de connaître la sévérité du climat. Ils sont obtenus à partir des températures moyennes quotidiennes. Les degrés-jours sont calculés généralement sur une base de 18 C (d'où l'appellation DJU-base 18). Lorsque la température moyenne du jour est supérieure ou égale à 18 C, l'écart est compté nul. Les écarts quotidiens sont cumulés mensuellement, annuellement, ou par heure (Dh), ou sur les mois de la période de chauffage (Dju). On choisit d'effectuer les calculs sur une période allant du 1er octobre au 20 mai, soit 232 jours. Les besoins énergétiques d'une saison pour un hiver moyen sont donnés par l'expression suivante: B conso = Page 12

13 V. DIAGNOSTIC DE PERFORMANCE ENERGETIQUE : DPE Depuis le 1er novembre 2006, tous les bâtiments doivent présenter un DPE. Le DPE permet de connaître : Consommations d énergie (estimation) Dépenses annuelles : chauffage, eau chaude sanitaire, climatisation, ventilation, éclairage, refroidissement Émissions GES liées aux consommations Classement du bâtiment pour l énergie et pour les émissions de GES Ces informations figurent sur une étiquette énergie logement ; réparties de A à G. Rappel : Les consommations dans une maison sont : 30 à 40 % chauffage 20 à 25 % refroidissement 15 % eau chaude 10 % ventilation 5 % éclairage Champ d application : Tous les permis de construire déposés à partir du 1er septembre 2006 Pour les bâtiments neufs résidentiels et non résidentiels sauf : - Les bâtiments dont la température intérieure < 12 C, - Les piscines, les patinoires, - Les bâtiments d élevage, - Les bâtiments ayant des contraintes particulières de température, d hygrométrie ou de qualité de l air, - Les constructions provisoires (durée d utilisation < 2 ans). (Extrait du décret, article 1 relatif à la modification de la section IV du chapitre 1er du titre 1er du livre 1er du Code de la Construction et de l Habitation). Page 13

14 DOCUMENTS RESSOURCE : Température extérieure de base : Sauf indication contraire des pièces du marché, la température extérieure à prendre en compte est la température extérieure de base déterminée comme suit. Pour définir la température de base, utiliser la carte ci-dessous pour trouver la zone correspondante et se reporter sur le tableau ci-après pour trouver la température de base en fonction de la tranche d'altitude du lieu considéré. Tranche altitude Zone (en fonction de la carte ci-dessous) A B C D E F G H I 0 à 200m à 400m à 600m à 800m à 1000m à 1200m à 1400m à 1600m à 1800m à 2000m à 2200m Page 14

15 Zones climatiques définies en France : Le choix des délimitations de ces zones dépend des conditions d exposition au soleil. Elles déterminent les valeurs nécessaires pour le calcul de la résistance thermique. Les huit zones - H1a, H1b, H1c - H2a, H2b, H2c, H2d - H3 (Corse) L indice a, b, c, d - Fixe l écart de température pris dans le calcul de déperdition, pour l été. Page 15

16 Coefficients de transmission des parois Page 16

17 Coefficients de transmission des fenêtres et portes-fenêtres avec châssis métallique U U (W/m². C) Page 17

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