Exercices Intégrés Série 1

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1 Physique du bâtiment III Exercices Intégrés Série Isolation thermique d un mur ancien (rénovation) Le mur ancien, représenté en coupe ci-dessous, est un mur double dépourvu de toute isolation thermique. Une lame d air de 6 cm d épaisseur sépare les plots de ciment extérieurs (5 cm d épaisseur) du bardage intérieur en brique de terre cuite (6 cm d épaisseur). Son assainissement énergétique est réalisé par adjonction d un isolant thermique (mousse de polyuréthane expansé) dans l espace inter-murs. Evaluer les pertes spécifiques (en W/m 2 ) de ce mur avant et après rénovation, ainsi que ses pertes (en W) pour une surface de 30 m 2 pour les deux cas : ) Hiver (température de l air intérieur : 20 C, température de l air extérieur : 0 C), 2) Eté (température de l air intérieur : 26 C, température de l air extérieur : 30 C). Avant rénovation Matériaux d [cm] λ [W/m K] Béton Lame d air 6 = 6 [W/m 2.K] Brique t.c Après rénovation Matériaux d [cm] λ [W/m K] Béton Mousse isolante Brique t.c Indice: pour vous aider vous pouvez utiliser les Tableaux au verso.

2 Construction de l élément (schéma, coupe) Désignation de l élément No de la couche Matériau de construction d m h W/(m 2 K) l W/(m K) R d resp. h l m 2 K/W 75 Transfert surfacique intérieur (h i ) Tabl. A Transfert surfacique extérieur (h e ) valeur U = = R total W/(m 2 K) R total = Construction de l élément (schéma, coupe) Désignation de l élément No de la couche Matériau de construction Transfert surfacique intérieur (h i ) d m h W/(m 2 K) l W/(m K) R d resp. h l m 2 K/W Tabl. A Transfert surfacique extérieur (h e ) valeur U = = R total W/(m 2 K) R total =

3 Physique du bâtiment III Exercices Intégrés Série 2 Bilan énergétique d un mur pourvu d une isolation translucide Un mur ancien des années 950, composé de 30 cm de brique (U =. W/(m 2 K)) et d orientation sud, est assaini par adjonction extérieure d une couche d isolation translucide ( = 0.06 W/(m K), épaisseur de 6 cm) protégée des intempéries par un vitrage simple ( = 0.8 W/(m K), épaisseur de 4 mm) ; la transmission énergétique globale du vitrage et de l isolant translucide est égale à 0.6. Afin d améliorer le captage du rayonnement solaire, la surface extérieure du mur, à l origine de couleur grise (a = 0.6), est revêtue de peinture noire (a = 0.9). Les conditions hivernales moyennes pour Lausanne sont caractérisées par un éclairement énergétique des surfaces verticales orientées au sud de 90 W/m 2 (moyenne jour-nuit) et une température d air extérieur de + 5 C ; la température de l air intérieur du bâtiment est égale à 20 C. Evaluer le bilan énergétique net et spécifique (en W/m 2 ) du mur avant et après adjonction de l isolation translucide. Discuter des conditions de confort thermique estivales et proposer une modification constructive appropriée. I inc Q i Q e Béton Isolation translucide Vitrage extérieur

4 Physique du bâtiment III Exercices Intégrés Série 3 Détermination de l impact des ponts thermiques ) Le mur suivant, d une longueur de 6 m et d une hauteur de 2.5 m, supporte une dalle de balcon de 8 cm d épaisseur dans sa partie supérieure. Déterminer son flux de chaleur (θ i = 20 C et θ e = 0 C): a) en négligeant le pont thermique dû à la dalle de balcon, b) en tenant en compte ce dernier. Quelle est la différence relative? Mur sous balcon Matériaux d [cm] λ [W/m K] Mortier extérieur Fibre de verre Béton armé Figure.-A : Extrait du catalogue des ponts thermiques publié par l Office Fédéral de l Energie. 2) a) Déterminer les pertes thermiques vers le sol d un local en sous-sol chauffé à 20 C à travers un mur de 30 cm de béton armé ( ) et d une surface de 0 m 2. b) En ajoutant une isolation sous forme de panneau isolant sous vide de 43 mm ( ), que deviennent ces pertes thermiques? Note: le PIV illustré ci-contre «Vacucomp P» est protégé par 3 mm de caoutchouc concassé

5 Physique du bâtiment III Exercices Intégrés Série 4 Condensation superficielle ) Calculer la température de surface intérieure du mur ancien de la série avant rénovation pour la période hivernale (température de l air intérieur : 20 C, température de l air extérieur : 0 C) dans les conditions suivantes : a) sans obstructions du mur à l intérieur (espace libre), b) en présence d une armoire (espace meublé) avec h i = 2 (W/(m 2 K)), c) en présence d une armoire encastrée avec h i = (W/(m 2 K)). Déterminer pour chaque condition l humidité relative maximale admissible à l intérieur pour qu il n y ait pas de condensation. Le diagramme de Mollier figure au verso. 2) Une salle bain est caractérisée par une température d air intérieur de 24 C et une humidité relative élevée de 70%; la température de l air extérieur, typique de la saison hivernale à Lausanne, est égale à 0 C. Les températures de surface intérieures du mur d enveloppe de la salle de bain sont, pour cette raison, respectivement égales à 4 C pour le vitrage et 9 C pour le contrecœur. 4 o C 24 o C 70% 9 o C Evaluer les risques de condensation superficielle sur la partie intérieure du mur d enveloppe au moyen du diagramme de Mollier (au verso). a) A quel(s) endroit(s) cette condensation apparaît-elle et pourquoi? Quelle est, le cas échéant, la quantité d eau condensée en g eau / (m 2 h)? b) Donner deux solutions pour pallier à ces risques de condensation dans notre cas d étude.

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7 Physique du bâtiment III Exercices Intégrés Série 5 Condensation dans le mur ) Considérer le mur monocouche suivant d une conductivité thermique de et de coefficient de diffusion de vapeur d eau de intérieur extérieur θ i 2 C, φ i 65% θ e C, φ e 8 % c c x dans lequel il s agit de déterminer au moyen de la méthode de Glaser : a) la zone potentielle de condensation. S il y a condensation, déterminer de surcroit : b) la quantité d eau condensée, c) la quantité d eau condensée sur tout l hiver (60 jours), d) la satisfaction des règles en matière de condensation.

8 Physique du bâtiment III Exercices Intégrés Série 6 Evaluation des risques de condensation dans un double-mur porteur (Méthode des Pascal-jours) Le mur extérieur d une villa individuelle, située à Lausanne, est constitué de plots de ciment creux de 7 cm d épaisseur et d un bardage intérieur composé de briques isolantes (épaisseur de 6 cm). Ce double-mur porteur est isolé à l aide d un matelas de laine de verre d une épaisseur de 6 cm. Extérieur Intérieur Matériaux d [cm] λ VAP [mg/h.m Pa] Plots de ciment Laine de verre Brique isolante S e S i Evaluer les risques de condensation à l intérieur du double-mur au moyen de la méthode des Pascal-jours. Déterminer la quantité d eau condensée en période hivernale, ainsi que la quantité d eau évaporée en période estivale. Proposer des remèdes constructifs pour réduire les risques de condensation. Données complémentaires : Température d air intérieur : 20 C Humidité relative intérieure : 60 % Lausanne (20 C/60 %) : A k = 705 g/m, B k = 630 g/m, m j = 0.59

9 Physique du Bâtiment III Nom :... Prénom :... No Sciper :... Session hiver Examen de Bonus [] Veuillez répondre avec soin à la question ainsi qu au problème en détaillant vos solutions et calculs au moyen de feuilles volantes. L ensemble de vos copies, ainsi que les énoncés, seront collectés à la fin de l'examen. Durée: Notation : 40 Présentation : point 9.5 points maximum

10 Physique du Bâtiment III Nom :... Prénom :... No Sciper :... I. QUESTION (2.5 points). a) Pour chacun des deux murs illustrés ci-dessous, citer la ou les méthodes que l on peut utiliser pour déterminer la quantité d eau condensée dans le mur, et justifier votre réponse. b) Quelles sont les étapes de la méthode de Glaser? c) Déterminer les unités des et de la méthode des pascal-jours. int. int. ext. ext. II. PROBLEME (6 points). Un mur ancien présenté ci-dessous par ses composants possède une valeur U de.7 (W/(m 2 K)). Composant du mur Epaisseur (cm) Conductivité thermique (W/(m K)) Ciment Béton 0.8 Lame d air (Λ = 6 W/(m 2 K)) 8 Brique Plâtre 0.4 a) Que devient cette valeur si l'on remplace la lame d air par une isolation de laine de verre de conductivité thermique λ = 0.04 W/(m K)? b) Quelle épaisseur d isolation extérieure sous forme d EPS ( ( faut-il rajouter au mur isolé en a) pour atteindre une valeur U de ( (Minergie)? c) Quelle sera la température de surface intérieure du mur avec isolation du point b) (Minergie) et sans isolant (mur original), lorsque la température extérieure est de -4 o C et la température intérieure égale à 20 o C? Dans les deux cas, existe-t-il des risques de condensation pour une humidité relative intérieure de 50%? Quel élément constructif peut conduire à des risques de condensation élevés? 2

11 Physique du bâtiment III Exercices Intégrés Série 9 Evaluation des propriétés acoustiques d une salle de séminaire (EPFL/Centre Est, 2 ème étage) Une salle de séminaire, située dans les bâtiments du Centre Est de l EPFL (Section de physique, 2 ème étage), possède un volume de 202 m 3 et se distingue par ses trois façades donnant sur l environnement extérieur (cf. Figure suivante). Ces dernières sont constituées de panneaux métalliques isolants qui occupent (2/3) de l aire de l enveloppe, et de vitrages triples (4/9/4/9/4 mm) pour le reste. L indice d affaiblissent acoustique apparent et pondéré des panneaux est égal à 40 db, celui des vitrages est de 32 db. Volume = 202 m 3 Surface = 84 m 2 Déterminer l isolation acoustique normalisée et pondérée l ensemble de l enveloppe de la salle de séminaire. résultant de Cet indice est-il approprié compte tenu de l environnement extérieur de l EPFL ( )? L indice en question serait-il approprié à des conditions urbaines typiques ( )? Données complémentaires : Correction liée au volume (db) Combinaison des indices d affaiblissements acoustiques apparents et pondérés

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13 Physique du bâtiment III Exercices Intégrés Série 0 Propriétés acoustiques d une cloison dans un cabinet médical Un cabinet médical est constitué d une salle de consultation et d une salle d attente (cf. Figure suivante), possédant toutes deux un même volume de 65 m 3. Une cloison double sépare les deux locaux; pour des raisons de confidentialité des entretiens avec les patients, cette cloison se caractérise par un indice d affaiblissement acoustique normalisé R w de 55 db. La cloison d une surface totale de 4 m 2 est percée d une porte de communication, dont l aire est égale à 2 m = 2 65 Déterminer la valeur optimale de l indice d affaiblissement phonique normalisé R w de la porte, si l on veut que les conversations du médecin et de ses patients (niveau sonore de db) soient imperceptibles dans la salle d attente. De quel type de porte de communication s agit-il?

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15 Physique du Bâtiment III Exercices Intégrés Série Profondeur hors-gel des conduites d eau La température du sol est soumise à des variations journalières et saisonnières de l intensité du rayonnement solaire, que l on peut assimiler à des ondes sinusoïdales; leur période respective est égale à 24 h et 365 jours. La profondeur de pénétration de ces variations de températures du sol dépend de leur période: en d autres termes, les variations journalières «restent en surface», alors que les variations saisonnières sont perçues «en profondeur dans le terrain». Déterminer la profondeur de pénétration (dite aussi effective) des variations de température journalières et saisonnières de température du sol dans un terrain humide. A quelle profondeur faut-il enterrer des conduites d eau pour qu elles demeurent hors-gel durant toute l année? Données complémentaires : Coefficient de diffusivité du sol (terrain humide) : a = m 2 /s Plage de variation annuelle des températures d air extérieur : -3 C à + 23 C

16 Physique du Bâtiment III Nom :... Prénom :... No Sciper :... Session hiver Examen de Bonus [2] Veuillez répondre avec soin à la question ainsi qu au problème en détaillant vos solutions et calculs au moyen de feuilles volantes. L ensemble de vos copies, ainsi que les énoncés, seront collectés à la fin de l'examen. Durée: Notation : 40 Présentation : point 9 points maximum

17 Physique du Bâtiment III Nom :... Prénom :... No Sciper :... I. QUESTION (3 points). a) Quelle est la définition de la diffusivité thermique ainsi que ses unités? b) Pour définir quelle(s) grandeur(s) la diffusivité thermique est-elle utile dans le cas d une perturbation sinusoïdale? Donner définition et unités. c) A quoi est lié la limite de capacité de stockage thermique d un mur? Quelle(s) recommandation(s) feriez-vous pour optimiser le stockage de chaleur dans un bâtiment de type passif (Minergie P)? II. PROBLEME (5 points). Dans un appartement au rez-de-chaussée de 20 m 2 mesurant 2.4 m de hauteur sous plafond, la valeur d exigence minimale pour la protection contre le bruit de choc est de (sensibilité au bruit moyenne et degré de nuisance du local d émission modérée selon SIA 8:2006). a) Quelle doit être l épaisseur de la dalle afin d assurer une isolation phonique acceptable? Expliciter toutes les étapes de votre démarche. b) Si le voisin du dessus déménage et que son appartement est transformé en salle de répétition de musique (degré de nuisance fort: selon SIA 8:2006), que devient le complément nécessaire à l indice de la dalle? Et que conseilleriez-vous comme remède? Données supplémentaires : - Correction pour le local : - Niveau de pression pondéré du bruit de choc de la dalle (SIA 8:2006): 2

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