Matinée A. Le Grenelle de l environnement B. Les grandeurs caractéristiques C. Le confort D. Les déperditions thermiques Après midi E.

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2 Matinée A. Le Grenelle de l environnement B. Les grandeurs caractéristiques C. Le confort D. Les déperditions thermiques Après midi E. Applications sur un pavillon F. Exemples de mises en évidence 2

3 Matinée A. Le Grenelle de l environnement B. Les grandeurs caractéristiques C. Le confort D. Les déperditions thermiques Après midi E. Applications sur un pavillon F. Exemples de mises en évidence 3

4 A. Le Grenelle de l environnement 1. Préoccupation La prise de conscience actuelle est due à l aggravation de deux paramètres environnementaux : 1. Les changements climatiques 2. La raréfaction annoncée des énergies fossiles (pétrole, gaz, charbon, uranium ) 4

5 A. Le Grenelle de l environnement 2. Les changements climatiques - Historique ère Conférence des Nations Unies sur l environnement, Stockholm 1982 Conférence de Nairobi (échec des négociations) 1992 Sommet de la Terre, Rio 1987 Commission Brundtland 2002, Sommet mondial du développement durable, Johannesburg 1997 Kyōto , Sommet de Copenhague (échec des négociations) RT 1974 (neuf) L écologie devient une préoccupation internationale Définition de la politique nécessaire pour parvenir à un développement durable RT 1988 (neuf) Limitation des gaz à effet de serre (GES) Action contre le réchauffement climatique RT 2000 (neuf) RT 2005 (neuf) RT 2012 (neuf) 2007, Grenelle de l environnement + RT 2007 (rénovation) 5

6 A. Le Grenelle de l environnement 2. Les changements climatiques - Historique Les dates clés de la réglementation thermique en France premières règles de construction 1969 réforme (contrôle à posteriori des exigences) 1974 coefficient G : DEPERDITIONS 1980 label «haute isolation» 1982 coefficients G et B : BESOINS 1983 labels HPE & solaires 1988 coefficients GV, BV et C : CONSOMMATIONS chauffage+ecs+auxiliaire 1989 reconduction des labels HPE 2000 coefficient C : chauffage+ecs+auxiliaire+éclairage et Tic (confort d été) 2002 reconduction des labels HPE 2006 RT reconduction des labels HPE et création du label BBC 6

7 A. Le Grenelle de l environnement 3. Énergies fossiles - Réserves Valeurs en Mtep 7

8 A. Le Grenelle de l environnement 3. Énergies fossiles - Consommation 8

9 A. Le Grenelle de l environnement 3. Énergies fossiles - Consommation 9

10 A. Le Grenelle de l environnement 4. Le bâtiment - Consommation En France le bâtiment est le plus gros consommateur d'énergie : Principalement en chauffage et eau chaude sanitaire 10

11 A. Le Grenelle de l environnement 4. Le bâtiment - Émission de GES Le bâtiment est aussi un des plus gros émetteur de gaz à effet de serre : Pourcentage d émission de CO 2 par secteur d activités Agriculture sylviculture 12% Extraction transformation et distribution d'énergie 10% Industries 23% Bâtiments 26% Transports 29% 11

12 A. Le Grenelle de l environnement 4. Le bâtiment - Émission de GES et DPE Emission de CO 2 60 kg/m².an 30 kg/m².an 10 kg/m².an 2 kg/m².an DPE F kwh/m².an DPE D kwh/m².an DPE B kwh/m².an DPE A < 50 kwh/m².an litres litres 4-5 litres 1.5 litres Consommation moyenne en litres de fioul par m 2 et par an, pour une référence en degré jours de

13 A. Le Grenelle de l environnement 4. Le bâtiment - L habitat Dans le bâtiment, l'habitat est concerné en priorité L habitat représente 70 % des émissions de gaz à effet de serre (contre 30 % pour le tertiaire) Le parc logement existant s élève à 31,3 millions d unités dont : 17,7 millions de logements individuels (dont 3 millions de résidences secondaires) 13,6 millions de logements collectifs Le parc s'accroît d'environ logements supplémentaires chaque année La consommation d énergie primaire moyenne actuelle du parc logement est de 240 KWh EP /m² par an 13

14 A. Le Grenelle de l environnement 4. Le bâtiment - Les engagements de l Europe Pour 2020 un seul chiffre à retenir : 20 Réduction des émissions de gaz à effet de serre - 20 % Augmentation de l efficacité énergétique : + 20 % Accroissement de la part des énergies renouvelables + 20 % 14

15 A. Le Grenelle de l environnement 4. Le bâtiment - Solution Agir dans les bâtiments neufs et anciens sur l enveloppe et les équipements pour limiter : La consommation d'énergie La production de Gaz à effets de serre (GES) 15

16 A. Le Grenelle de l environnement 4. Le bâtiment - Solution : La démarche NEGAWATT Agir sur la Consommation Agir sur la Production L énergie la moins chère est celle que l on ne consomme pas! 16

17 A. Le Grenelle de l environnement 4. Le bâtiment - Le DPE Le Diagnostic de Performance Énergétique (depuis 1/11/2006) pour le neuf et l existant 17

18 A. Le Grenelle de l environnement 4. Le bâtiment - Les objectifs du DPE sur le neuf 50 kwh A kwh B kwh kwh kwh kwh kwh kwh > 400 kwh C C RT 2020 ENERGIE POSITIVE RT 2012 RT 2005 D E F F G G- G-- 18

19 A. Le Grenelle de l environnement 4. Le bâtiment - Les objectifs du DPE en moyenne 50 kwh A kwh B kwh C OBJECTIF 2050 OBJECTIF kwh D OBJECTIF kwh kwh E F F MOYENNE ACTUELLE kwh G kwh G- > 400 kwh G-- Les objectifs sont fixés sur la totalité du parc, étant entendu que les nouveaux bâtiments se situeront au-dessus de ces seuils, tandis que les autres se situeront au-dessous. 19

20 Matinée A. Le Grenelle de l environnement B. Les grandeurs caractéristiques C. Le confort D. Les déperditions thermiques Après midi E. Applications sur un pavillon F. Exemples de mises en évidence 20

21 B. Les grandeurs caractéristiques 1. Les puissances de 10 21

22 B. Les grandeurs caractéristiques 2. L alphabet grec 22

23 B. Les grandeurs caractéristiques 3. ρ et d - La masse volumique et la densité La masse volumique (en kg/m 3 ) d un matériau représente sa masse pour un volume de 1m 3. d = ρ ρ = m V La densité (sans unité) d un matériau représente le rapport de sa masse volumique (en kg/m 3 ) sur une masse volumique de référence. ρ 0 Pour les solides et les liquides : ρ 0 = ρ eau à 4 C = 1000kg/m 3 23

24 B. Les grandeurs caractéristiques 4. Les unités de températures Lorsque l on veut exprimer la température d un corps solide, liquide ou gazeux, on utilise le degré Celsius ( C) Pour différencier la variation de température, l unité utilisée sera le Kelvin (K) t 1 t 2 = (t ) (t ) = T 1 T 2 t en C = T en K 24

25 B. Les grandeurs caractéristiques 5. c p - La capacité thermique massique d un matériau La capacité thermique massique «c p» (en J/kg.K) d un matériau représente la quantité de chaleur à lui apporter (ou à lui retrancher) pour faire évoluer sa température de 1 C lorsque sa mass e est de 1kg, sans changement d état et à pression constante. La capacité thermique massique de l eau liquide est d environ 4180J/kg.K, ce qui en fait un excellent fluide caloporteur. Celle de l air est d environ 1000J/kg.K, ce qui est aussi une valeur très importante, et ce bien que sa masse volumique soit près de 1000 fois moins élevée que celle de l eau. Ses valeurs sont données dans la document jointe. 25

26 B. Les grandeurs caractéristiques 6. µ - La viscosité dynamique d un fluide (mu) Il représente la capacité qu ont les molécules d un fluide de «s entraîner» les unes aux autres lorsqu un mouvement est donné au fluide, Il a pour unité le kg/m.s ou le Pa.s, et anciennement le Poiseuille, Dans le secteur industriel, on utilise plus fréquemment une unité empirique plus spécifique appelée le degré Engler (chimiste allemand), qui consiste à comparer le temps d écoulement d un fluide à celui de l eau (48,51s) pour un volume (200cm 3 ) et une température identique (20 C). Quelques valeurs sont données dans la document jointe. 26

27 B. Les grandeurs caractéristiques 7. λ x - La conductivité thermique d un matériau La conductivité thermique «λ» (en W/m.K) d un matériau représente le flux qui traverse une paroi de 1m 2 de surface et de 1m d épaisseur, ayant une différence de température entre les deux faces de 1 C. 27

28 B. Les grandeurs caractéristiques 7. λ x - La conductivité thermique d un matériau La conductivité thermique «λ» (en W/m.K) d un matériau est directement liée à sa masse volumique «ρ» (en kg/m 3 ). Ses valeurs sont données dans la document jointe. 28

29 B. Les grandeurs caractéristiques 7. λ x - La conductivité thermique d un matériau 29

30 B. Les grandeurs caractéristiques 8. La classification des matériaux isolants Elle est effectuée par l ACERMI, selon 6 critères particuliers : La résistance thermique du matériau : R = λ e( épaisseur ) ( conductivité _ thermique) 30

31 B. Les grandeurs caractéristiques 8. α Le cœfficient de dilatation d un matériau Ce coefficient (en K -1 ) représente le volume dilaté (en m 3 ) pour un volume de matériau de 1m 3 et pour un écart de température de 1 C. Quelques valeurs sont données dans la document jointe. 31

32 B. Les grandeurs caractéristiques 10. ε - L émissivité d un matériau Ce coefficient (sans unité) représente la capacité d un corps à absorber le rayonnement qu il reçoit. Par symétrie, ce coefficient permet de déterminer le flux émit par rayonnement d un matériau à une température donnée. Il peut évoluer de manière significative en fonction de la longueur d onde du rayonnement émit ou reçu. Ainsi la neige réagira peu au rayonnement solaire, alors qu en présence du rayonnement émit par un mur elle se mettra à fondre. Dans le cas des matériaux utilisés dans le bâtiment ce n est pas le cas, il reste assez constant. Quelques valeurs sont données dans la document jointe. 32

33 B. Les grandeurs caractéristiques 11. Les unités d énergie et de puissance P ( puissance) = Q( énergie) t( temps) 33

34 B. Les grandeurs caractéristiques 11. Les unités d énergie et de puissance 34

35 B. Les grandeurs caractéristiques 12. Le diagramme de l air humide 35

36 B. Les grandeurs caractéristiques 12. Le diagramme de l air humide 36

37 B. Les grandeurs caractéristiques 12. Le diagramme de l air humide θ : température sèche en C (c est la température amb iante) mesurée avec un thermomètre à bulbe sec θ h : température humide en C mesurée avec un thermomètre à bulbe humide, elle correspond à la température d évaporation θ r : température de rosée en C elle correspond à la température de condensation ϕ : humidité relative (ou HR) en % c est le rapport entre la pression de vapeur réelle (Pv), et la pression de vapeur saturante (Pvs) h : enthalpie spécifique (ou massique) en kj/kg quantité de chaleur contenue par 1 kg d air v : volume spécifique (ou massique) en m 3 /kg il correspond au volume d 1 kg d air r : humidité spécifique (ou massique) en kg H2O /kg elle correspond à la masse d eau contenu dans l air pour 1 kg d air 37

38 B. Les grandeurs caractéristiques 13. L atténuation acoustique Les matériaux ont la capacité de s opposer au passage du son, et ce en fonction de différents paramètres, comme : La fréquence émise (audible pour l homme de 20 à Hz). La longueur d onde (en m). La puissance de l émission (en décibel). Leur masse volumique. Le milieu environnant. Les phénomènes acoustiques sont extrêmement difficiles à maîtriser et à comprendre, car chacun des paramètres précédents peut modifier tout ou partie d un son émit. 38

39 B. Les grandeurs caractéristiques 13. L atténuation acoustique La fréquence (f) et la longueur d onde (λ) : λ c( célérité = 340m ( m) = f ( s 1 ) / s) 39

40 B. Les grandeurs caractéristiques 13. L atténuation acoustique L audition : Diagramme de Fletcher et Munson 40

41 B. Les grandeurs caractéristiques 13. L atténuation acoustique La pression acoustique : Puissance sonore 41

42 Matinée A. Le Grenelle de l environnement B. Les grandeurs caractéristiques C. Le confort D. Les déperditions thermiques Après midi E. Applications sur un pavillon F. Exemples de mises en évidence 42

43 C. Le confort 1. Définition - Grandeurs caractéristiques La sensation de confort est spécifique à chaque individu, elle est fonction : 43

44 C. Le confort 1. Définition - Grandeurs caractéristiques 44

45 C. Le confort 1. Définition - Mesures La sensation de confort ressentie dans un local est obtenue à partir de son hygrométrie 1 (pourcentage d humidité dans l air), de sa Trs 2 (Température Résultante Sèche), qui prend en compte la température ambiante et le rayonnement des parois, et de la vitesse de l air 3 :

46 C. Le confort 1. Définition - Zone de confort La zone de confort optimale sur le diagramme de l air humide : 46

47 C. Le confort 2. PPD (Pourcentage Prévisible d Insatisfaits) Quelque soit l endroit ou vous êtes, il existera toujours des insatisfaits, le tout est que leur pourcentage soit le plus faible possible 47

48 C. Le confort 2. PPD (Pourcentage Prévisible d Insatisfaits) L indice de vote moyen prévisible, (PMV - Predicted Mean Vote) représente l avis moyen d un groupe de personnes qui exprimeraient leur sensation de confort thermique en fonction de l échelle suivante 48

49 C. Le confort 3. Le chauffage - Analogie en équilibre Imaginez un réservoir percé dont on veut maintenir le niveau d eau constant Réservoir : Le remplissage est égal au soutirage, résultat : le niveau reste constant Bâtiment : Le chauffage apporte autant d énergie que le bâtiment en perd (déperditions), résultat : la température ambiante reste constante et le confort est optimal 49

50 C. Le confort 3. Le chauffage - Analogie en déséquilibre Imaginez ce même réservoir dans les conditions suivantes : Réservoir : Le remplissage est supérieur au soutirage, résultat : le niveau augmente Bâtiment : Le chauffage apporte plus d énergie que le bâtiment en perd (déperditions), résultat : la température ambiante augmente, ce qui entraîne un inconfort 50

51 C. Le confort 3. Le chauffage - Analogie en déséquilibre Toujours ce même réservoir dans de nouvelles conditions : Réservoir : Le remplissage est inférieur au soutirage, résultat : le niveau baisse Bâtiment : Le chauffage apporte moins d énergie que le bâtiment n en perd (déperditions), résultat : la température ambiante diminue, ce qui entraîne un inconfort 51

52 C. Le confort 3. Le chauffage - Analogie avec régulation Avec une régulation le remplissage s adapte automatiquement au soutirage, le niveau reste donc constant, et ce quelque soit le soutirage. Bâtiment : Les conditions climatiques évoluant constamment, les déperditions font de même, la régulation va adapter le chauffage de manière à rendre la température ambiante constante, le confort sera optimal 52

53 C. Le confort 3. Le chauffage - ECBT (<110 C) Chauffage à Eau Chaude Basse Température par radiateurs ou convecteurs : E = émetteur D = distribution P = production Chaudière traditionnelle à eau chaude. 53

54 C. Le confort 3. Le chauffage - ECBT (<110 C) avec radiateurs 54

55 C. Le confort 3. Le chauffage - ECBT (<110 C) avec convecteurs 55

56 C. Le confort Les chaudières à bois : 3. Le chauffage - ECBT (<110 C) Une vis d Archimède (vis sans fin), alimente le foyer en granules (ou plaquettes) stockées dans un réservoir. 56

57 C. Le confort 3. Le chauffage - ECBT (<110 C) Les chaudières gaz atmosphériques : La puissance de la chaudière varie en fonction de la demande (charge), ce qui permet d améliorer considérablement le rendement annuel de production. 1 Corps de chauffe 2 Brûleur atmosphérique modulant 3 Échangeur à plaque Elles fonctionnent aussi en basse température. Sans modulation, ces chaudières fonctionnent systématiquement à puissance maximale, ce qui entraîne la chute de leur rendement. 57

58 C. Le confort 3. Le chauffage - ECBT (<110 C) Les chaudières gaz à air pulsé : La puissance de la chaudière varie en fonction de la demande (charge), ce qui permet d améliorer considérablement le rendement annuel de production. Elles fonctionnent aussi en basse température. 58

59 Les chaudières fioul : C. Le confort 3. Le chauffage - ECBT (<110 C) La chaudière ne doit pas fonctionner en bas régime d eau, sous risque de condensation. Leur rendement annuel de production s en trouve de fait réduit. A cours terme, ce type d équipement va certainement disparaître. 59

60 C. Le confort 3. Le chauffage - ECTBT (<60 C) Chauffage à Eau Chaude Très Basse Température par radiateurs : Dans ce type d installation la distribution est la même qu en ECBT La chaudière peut être à condensation (ou à haut rendement) Les émetteurs doivent obligatoirement être dimensionnés en basse température Si cette dernière condition n est pas respectée : Les émetteurs seront sous dimensionnés La puissance apportée par la chaudière sera insuffisante Il y aura inconfort La solution sera d augmenter la température de départ de l eau, la chaudière condensera beaucoup moins, ce qui réduira considérablement son rendement 60

61 C. Le confort 3. Le chauffage - ECTBT (<60 C) Chauffage à Eau Chaude Très Basse Température par planchers chauffants : Le plancher se transforme en émetteur, avec une température de surface très faible (27 C maximum) 61

62 C. Le confort 3. Le chauffage - ECTBT (<60 C) La chaudière gaz à condensation : La vapeur contenue dans les fumées se condense au contact de l eau de retour chauffage (<50 C en gaz) Il y a récupération de : 1. chaleur sensible (variation de température) 2. chaleur latente (changement d état) 62

63 C. Le confort 3. Le chauffage - ECTBT (<60 C) La chaudière fioul à condensation : Ce type de chaudière nécessite l utilisation d un fioul sans soufre. Dans le cas contraire, le soufre, après hydratation, se transformera en acide sulfurique, avec tous les risques qui en découle. 63

64 C. Le confort 3. Le chauffage - le principe des PAC L évaporation du fluide frigorigène entraîne une production de froid par absorption de la chaleur, sa condensation entraîne un dégagement de la chaleur. 64

65 C. Le confort 3. Le chauffage - PAC Sol/Sol ou Air/Air Sol / Sol = Le fluide frigorigène circule dans le capteur enterré à l extérieur et dans le plancher chauffant, à l intérieur de la maison. Eau / Eau = Le fluide frigorigène circule dans l évaporateur situé à l extérieur et dans le condenseur, à l intérieur de la maison. 65

66 C. Le confort 3. Le chauffage - PAC Sol/Sol Chauffage à Eau Chaude Très Basse Température avec pompe à chaleur : Les capteurs horizontaux sont posés dans le sol, entre 50 et 60 cm de profondeur, le fluide frigorigène circule dans le plancher chauffant. 66

67 C. Le confort 3. Le chauffage - PAC Air/Air Le fluide frigorigène permet de capter et de transporter l énergie des capteurs jusqu à l unité intérieure. 67

68 C. Le confort 3. Le chauffage - PAC Sol/Eau ou Air/Eau Un capteur en tube de cuivre gainé de polyéthylène dans lequel circule le fluide frigorigène prélève l énergie dans le sol. La chaleur est conduite dans la maison par un chauffage à eau chaude traditionnel via un échangeur. 68

69 C. Le confort 3. Le chauffage - PAC Sol/Eau Chauffage à Eau Chaude Très Basse Température avec pompe à chaleur : Les capteurs horizontaux sont posés dans le sol, entre 50 et 60 cm de profondeur, le fluide frigorigène circule dans le plancher chauffant. 69

70 C. Le confort 3. Le chauffage - PAC Sol/Eau Chauffage à Eau Chaude Très Basse Température avec pompe à chaleur : Les capteurs verticaux (sonde géothermique verticale) de 70 à 100 m de profondeur sont utilisés pour aller puiser l 'énergie de la terre. 70

71 C. Le confort 3. Le chauffage - PAC Air/Eau Chauffage à Eau Chaude Très Basse Température avec pompe à chaleur : 71

72 C. Le confort 3. Le chauffage - PAC Eau/Eau C est de l eau glycolée (avec antigel) qui permet de capter et de transporter l énergie des capteurs. La chaleur est transmise par l eau vers un générateur qui libère l énergie nécessaire au chauffage via deux échangeurs de chaleur. 72

73 C. Le confort 3. Le chauffage - PAC Eau/Eau Chauffage à Eau Chaude Très Basse Température avec pompe à chaleur : Un pompage d'eau dans la nappe phréatique (forage ou puits) permet de capter de l'énergie. 73

74 C. Le confort 3. Le chauffage - PAC Eau/Eau Chauffage à Eau Chaude Très Basse Température avec pompe à chaleur : De l eau glycolée circule dans les capteurs et le plancher. 74

75 Matinée A. Le Grenelle de l environnement B. Les grandeurs caractéristiques C. Le confort D. Les déperditions thermiques Après midi E. Applications sur un pavillon F. Exemples de mises en évidence 75

76 Ne pas confondre : D. Les déperditions thermiques 1. Généralités - Déperditions et RT Déperditions thermiques Réglementation thermique 76

77 D. Les déperditions thermiques 1. Généralités - Origines 77

78 D. Les déperditions thermiques 2. Les températures de bases - Intérieure Le décret du 5 avril 1988 en vigueur fixe à 18 C la température résultante ambiante, toutefois le CCTP du bâtiment peut fixer des températures différentes d'une pièce à l'autre. 78

79 9 zones : D. Les déperditions thermiques 2. Les températures de bases - Extérieure 79

80 D. Les déperditions thermiques 2. Les températures de bases - Extérieure Températures constatées au minimum 5 jours dans l'année sur une période de 30 ans 80

81 D. Les déperditions thermiques 3. Déperditions globales P = (P t + P a ). f P = Déperditions globales du bâtiment en W P t = Déperditions par transmissions en W P a = Déperditions aérauliques en W f = facteur de correction lié à la température du local 81

82 D. Les déperditions thermiques 4.1. P t - Calcul global P t = Σ (f k.a k.u k ).(t i - t e,b ) Pt = Déperditions thermiques par transmissions, en W f k = Facteur de correction lié à la liaison entre les parois A k = Surface de la paroi, en m 2 U k = Coefficient de transmission surfacique de la paroi, en W/m 2.K ti = température intérieure de base en C te,b = température extérieure de base en C 82

83 D. Les déperditions thermiques 4.2. f k - facteur de correction des liaisons 83

84 D. Les déperditions thermiques 4.3. A k - Méthode de mesure de la surface A k = Surface de la paroi, en m 2 84

85 D. Les déperditions thermiques 4.4. U k - Coefficient de transmission surfacique 85

86 D. Les déperditions thermiques 4.4. U k - Coefficient de transmission surfacique R k = R U k = 1/R k si + x = n x= 1 R U k = coefficient de transmission surfacique, en W/m 2.K R si = résistance superficielle interne, en m 2.K/W R x = résistance thermique du matériau «x», en m 2.K/W R se = résistance superficielle externe, en m 2.K/W x + R se 86

87 D. Les déperditions thermiques 4.4. R s - Résistance superficielle Elles sont créées par les mouvements de convection de l air au contact de la paroi. Dans le cas d une paroi en contact avec un local non chauffé, la résistance superficielle interne (R si ) est appliquée des deux cotés. 87

88 D. Les déperditions thermiques 4.4. R x - Résistance thermique d un matériau Elle se détermine en fonction de la composition du matériau : Pour les matériaux homogènes (plâtre, isolant, bois, ), on l obtient par calcul à partir de l épaisseur et de la conductivité thermique du matériau Pour les matériaux hétérogènes (parpaing, brique creuse, ), on l obtient dans un tableau en fonction du matériau et de son épaisseur Voir documentation jointe. 88

89 D. Les déperditions thermiques 4.4. R x - Résistance thermique d un matériau R x = e λ x x R x = résistance thermique du matériau «x», en m 2.K/W e x = épaisseur du matériau «x», en m λ x = conductivité thermique du matériau «x», en W/m.K 89

90 D. Les déperditions thermiques 4.4. λ x - Résistance thermique d un matériau Quelques résistances thermique «R k» (en m 2.K/W) particulières : 90

91 D. Les déperditions thermiques 4.4. λ x - Résistance thermique d un matériau Quelques résistances thermique «R k» (en m 2.K/W) particulières : 91

92 D. Les déperditions thermiques 4.4. λ x - Résistance thermique d un matériau Quelques résistances thermique «R k» (en m 2.K/W) particulières : 92

93 D. Les déperditions thermiques 4.4. U k - Exemple de calcul e λ R e λ R Désignation (m) (W/m.K m².k/w Désignation (m) (W/m.K m².k/w Rsi / / 0.13 Rsi / / 0.13 Carreau de plâtre Carreau de plâtre Lame d'air 0.05 / 0.16 Laine de verre Béton Béton Rse / / 0.04 Rse / / 0.04 Rk = Rk = Uk = Uk =

94 D. Les déperditions thermiques 4.4. U k - Valeurs maximales RT 2005 / RT 2000 Garde-fous * b = coefficient de réduction des déperditions vers les volumes non chauffés (couramment 0,9) 94

95 D. Les déperditions thermiques 4.4. U k - Valeurs de référence RT 2005 / RT 2000 Valeurs recommandées * a6 = a7 pour le secteur résidentiel 95

96 D. Les déperditions thermiques 5. P a - Calcul global P a = 0,34 x qv tot x (t i - t e,b ) 0,34 Wh/m 3.K = chaleur volumique de l air à 20 C qv tot = débit total extrait en m 3 /h t i = température intérieure de base en C t e,b = température extérieure de base en C 96

97 D. Les déperditions thermiques 5. P a - Les débits de base qv réglementaire = Σ qv rég des pièces de services en Ventilation Mécanique Contrôlée : qv tot = 1,15 x qv règ en Ventilation naturelle : qv tot = 1,3 x qv règ 97

98 D. Les déperditions thermiques 6. f - Facteur de correction de température Ce coefficient est déterminé en fonction de la température du local étudié : pour les pièces à forte température (salle d eau) : pour les autres pièces : f = 1,6 f = 1 98

99 Matinée A. Le Grenelle de l environnement B. Les grandeurs caractéristiques C. Le confort D. Les déperditions thermiques Après midi E. Applications sur un pavillon F. Exemples de mises en évidence 99

100 E. Applications sur un pavillon 1. Vue extérieure Situé aux alentours de Rennes, dans un endroit calme et protégé, ce pavillon de type 5 est de plain pied, il a 100m 2 de surface habitable, et a été construit en

101 E. Applications sur un pavillon 2. Vue en plan Le bâtiment a une hauteur sous plafond (Hsp) de 2,5m, il est construit sur un sous-sol non chauffé. Le calcul des déperditions s effectuera avant et après rénovation. 101

102 E. Applications sur un pavillon 3. Existant La ventilation est naturelle, sans aucune entrée d air. Les menuiseries sont en bois de classe A1, équipée de volets pleins. Les vitrages au Sud sont dégagés. La surface totale des murs extérieurs est de 85m 2. Il n y a pas de cheminée. La maison est alimentée en gaz naturel pour la chaudière et la cuisson. La chaudière qui assure le chauffage (par radiateur en fonte) et la production d eau chaude sanitaire a été changée en 1986, elle est de type instantanée, et fonctionne avec une veilleuse. Il n y pas de régulation autre que celle de l aquastat de la chaudière. La composition des murs est donnée dans la feuille de calcul. La facture annuelle de gaz s élève à près de

103 E. Applications sur un pavillon 4. Rénovation La ventilation sera assurée par une VMC simple flux (extraction de l air vicié dans les pièces de service), située dans les combles (non aménagés), avec entrées d air neuf dans les pièces principales. La toiture est posée sur une charpente composée de fermettes. Les menuiseries seront en bois de classe A2 (classique) fixées sur les anciennes huisseries, en conservant les volets pleins existants. Le chauffage et la production d eau chaude sanitaire seront assurés par une chaudière gaz à condensation. Les radiateurs seront conservés et équipés de robinets thermostatiques. L isolation sera améliorée à tous les niveaux en utilisant des matériaux classiques, vous retrouverez ces données dans la feuille de calcul. 103

104 E. Applications sur un pavillon 5. Feuilles d applications Fichier de calcul des déperditions : Calcul_des_déperditions_avant_rénovation.xls Calcul_des_déperditions_après_rénovation.xls Détermination du DPE sur le lien : 104

105 Matinée A. Le Grenelle de l environnement B. Les grandeurs caractéristiques C. Le confort D. Les déperditions thermiques Après midi E. Applications sur un pavillon F. Exemples de mises en évidence 105

106 F. Exemples de mises en évidence 1.1. Masse volumique - Objectif Mettre en évidence les différences existantes entre différents matériaux utilisés dans la construction, tels que le béton, le plâtre, le sable (mouillé et sec), le polystyrène, la laine de verre, les copeaux de bois, le contre-plaqué, etc Résultat obtenu à partir de la comparaison des masses de différents matériaux pour un volume identique. 106

107 F. Exemples de mises en évidence 1.2. Masse volumique - Matériels Une balance de cuisine. Des boites de conserves 4/4 (h=11cm et D=10cm). Différents matériaux à comparer. 107

108 F. Exemples de mises en évidence 1.3. Masse volumique - Méthodologie Après avoir supprimé le couvercle de la boite, ébavurez les bords en les écrasants. Calculez le volume (en m 3 ) de la boite de conserves Pesez la boite vide (en kg). Remplissez à ras bord, chaque boite du matériau à tester. Appliquez un film transparent sur 3 à 4 épaisseurs afin de permettre la vision du matériau, fixez ensuite le tout à l aide d un scotch large. Pesez chaque réalisation (en kg). Déterminez et classez les différentes masses volumiques obtenues : ρ Matériau = m Boite _ pleine V Boite m Boite _ vide 108

109 F. Exemples de mises en évidence 2.1. Émissivité - Objectif Mettre en évidence les différences émissivités existantes en modulant leur couleur (noir, blanc, bleu, ), leur aspects (mat, satiné, brillant, ), ou en y appliquant une matière (aluminium, papier, ). Résultat obtenu à partir de la comparaison des émissivités de différentes surfaces pour une température de surface identique. 109

110 F. Exemples de mises en évidence 2.2. Émissivité - Matériels Un thermomètre infrarouge. Des boites de conserves 4/4 (h=11cm et D=10cm). Une bombe de peinture noire mat. Des matières et des peintures de couleurs et d aspects différents. Un système de chauffe de 40W. 110

111 F. Exemples de mises en évidence 2.3. Émissivité - Matériels Le système de chauffe de 40W : Un boîtier étanche de raccordement électrique (10x10cm mini). Une douille E14. Une ampoule à incandescence de 25W. Un interrupteur 16A. Un thermomètre à sonde déportée (thermocouple). 111

112 F. Exemples de mises en évidence 2.3. Émissivité - Fabrication Système de chauffe de 25W : Percez le dessus du boîtier étanche du diamètre de la douille E14. Coupez un des embouts du boîtier afin d y faire passer le câble électrique. Raccordez la douille au câble et fermez le boîtier. Raccordez l interrupteur 16A. Percez le boîtier afin de permettre l accès à la sonde de température. Vissez l ampoule sur la douille, et vérifiez son bon fonctionnement. Préparation des surfaces à tester : Après avoir supprimé le couvercle de la boite, ébavurez les bords en les écrasants. Peignez l extérieur de la boite de conserve en noir mat. Une fois sèche, peignez le dessus de la boite de la peinture, ou de la matière à tester. 112

113 F. Exemples de mises en évidence 2.4. Émissivité - Méthodologie Dans un espace aéré, posez la boite sur le système de chauffe, puis actionnez l interrupteur. Attendez que la température interne soit stabilisée (2 à 3 minutes). Immédiatement après, mesurez la température de surface à tester. Classez les différentes réalisations dans un tableau en fonction de la température obtenue. Les résultats obtenus seront cohérents si : La température interne est sensiblement constante. La mesure de la température de surface à tester est effectuée sur la partie plane de la boite, située au centre. 113

114 F. Exemples de mises en évidence 2.5. Émissivité - Mesure Utilisation du thermomètre infrarouge : Allumez l appareil en manipulant la gâchette. Mettez l embout du thermomètre à 1cm du matériau à mesurer. Actionnez la gâchette jusqu à ce que la température s affiche. La température mesurée est fonction de la distance de la paroi, plus on s éloigne, plus la valeur mesurée est moyennée. 114

115 F. Exemples de mises en évidence 3.1. Conductivité thermique - Objectif Mettre en évidence les différences existants entre les matériaux utilisés dans la construction, tels que le béton, le verre, le polystyrène, la laine de verre, l acier, le contre-plaqué, etc Résultat obtenu à partir de la comparaison des températures de surfaces des différentes paroi pour une température ambiante identique. 115

116 F. Exemples de mises en évidence 3.2. Conductivité thermique - Matériels Un thermomètre infrarouge. Un thermomètre à sonde déportée (thermocouple). Un regard en béton (30x30x30cm) avec système de chauffe de 120W. Différents matériaux de dimension 38x38cm. 116

117 F. Exemples de mises en évidence 3.2. Conductivité thermique - Matériels Le système de chauffe de 120W : Un thermostat d ambiance. Trois douilles E14. Trois ampoules à incandescence de 40W. Trois interrupteurs 16A étanche. 117

118 F. Exemples de mises en évidence 3.3. Conductivité thermique - Fabrication Le système de chauffe de 120 W : Percez le regard (D=10mm) sur un de ses cotés, dans le bas de la partie la plus fine. Fixez les 3 douilles sur le boîtier, puis collez le dans le regard. Raccordez ensuite les 3 interrupteurs (à l extérieur du regard) aux trois douilles en faisant passez le câble par le trou. Collez le joint sur la partie supérieure du regard. Vissez les ampoules sur les douilles, et vérifiez le bon fonctionnement des l interrupteurs. Matériels à tester : Après les avoir découpés aux bonnes dimensions (38x38cm), peignez une des faces en noir mat avec la bombe de peinture. 118

119 F. Exemples de mises en évidence 3.4. Conductivité thermique - Méthodologie Allumez une ampoule. Placez la sonde du thermomètre dans le regard en passant par le trou. Placez le matériau à tester sur le regard, face noire vers le haut, en vous assurant de sa bonne étanchéité avec le regard. Après stabilisation de la température ambiante (4 à 5min), mesurez la température de surface. Classez les différentes réalisations dans un tableau en fonction des températures de surface mesurées. Les résultats obtenus seront cohérents si : La température dans l enceinte est sensiblement constante. Il faut donc mettre en chauffe le système en début de cours afin qu il s équilibre, et que la perturbation engendrée par le changement de matériau soit la plus faible possible. 119

120 F. Exemples de mises en évidence 4.1. Atténuation acoustique - Objectif Mettre en évidence les différences existants entre les matériaux utilisés dans la construction, tels que le béton, le verre, le polystyrène, la laine de verre, l acier, le contre-plaqué, etc Résultat obtenu à partir de la comparaison des mesures d atténuations acoustiques des différents matériaux pour une puissance acoustique émise identique. 120

121 F. Exemples de mises en évidence 4.2. Atténuation acoustique - Matériels Un ordinateur avec le logiciel Audacity (freeware) installé. Une baffle à connecter à l ordinateur. Un micro à connecter à l ordinateur. Un regard en béton (20x20x16cm). Différents matériaux de dimension 27x27cm. 121

122 F. Exemples de mises en évidence 4.3. Atténuation acoustique - Méthodologie Placez la baffle dans le regard et réglez sa puissance sur maximum. Suspendez le micro au-dessus du regard, assez haut afin d éviter le larsen, soit à 30cm minimum (en fonction du micro). Démarrez le logiciel Audacity et générez un son à la fréquence voulue (par exemple 100,1000 et 10000Hz) sur une durée de : t (s) = 5 secondes + (10 secondes x nombre de matériaux à tester) Réduisez de moitié la piste audio du haut (émission du son). Agrandissez la piste audio du bas (enregistrement du son) au maximum des capacités de l écran. pour observer les ondes reçues plus précisément, utilisez le zoom, cliquez sur le bouton correspondant jusqu à l obtention d une courbe proche d une sinusoïdale. 122

123 F. Exemples de mises en évidence 4.3. Atténuation acoustique - Méthodologie Temps Émission Réception Déplacement 123

124 F. Exemples de mises en évidence 4.4. Atténuation acoustique - Mesure Générez un son à la fréquence voulue (onglet «Générer/Son»). Lorsque tout est prêt, cliquez sur le bouton de manière à émettre et à enregistrer le son simultanément. Au bout des 5 premières secondes de mesure sans matériau, cliquez sur le bouton, et posez sur le caisson le premier matériau à tester. Redémarrez l enregistrement en recliquant sur le bouton jusqu aux 5 secondes suivantes. Répétez l opération jusqu au dernier matériau. Générez ensuite un son à une nouvelle fréquence, et répétez les opérations précédentes. Notez les valeurs maxi et mini mesurées pour chaque matériau et calculez leur écart pour chaque fréquence. Intégrez les dans un tableau récapitulatif, en les classant, pour chaque fréquence, de l écart maxi mesurée (moins d atténuation) à l écart mini mesurée (plus d atténuation). 124

125 F. Exemples de mises en évidence 5.1. Viscosité dynamique - Objectif Mettre en évidence les différences de viscosité existants entre les fluides, tels que l eau, l eau salée, le vinaigre, l huile, le white spirit, etc Résultat obtenu à partir du rapport entre les mesures effectuées et celle de l eau ( Engler). Vis cos ité _ Engler = temps _ d' écoulement _ du _ temps _ d' écoulement _ de _ fluide l' eau 125

126 F. Exemples de mises en évidence 5.2. Viscosité dynamique - Matériels - Méthodologie Matériels : Un bécher de 500cm 3 (500ml). Un chronomètre. Une bouteille en plastique. Une aiguille à tricoter de diamètre 4mm. Différents fluides. Méthodologie : Coupez la bouteille en 2. Percez le bouchon de la bouteille avec un foret de 2,5mm, puis revissez le. Posez la partie supérieure à l envers sur la partie inférieure. Mettez la pointe de l aiguille à tricoter dans le trou. Le viscosimètre est prêt. 126

127 F. Exemples de mises en évidence 5.3. Viscosité dynamique - Mesures Remplissez le bécher de 300cm 3 d eau. mettez l eau dans le viscosimètre. Retirez l aiguille à tricoter et enclencher le chronomètre au même moment. Stoppez le chronomètre lorsque le fluide ne s écoule plus. Recommencez l opération avec les différents fluides. Pensez à nettoyer le viscosimètre entre chaque mesure. Attention aux bords de la bouteille : ils sont coupants. Notez les temps obtenus pour chaque fluide. Pour chacun d entre eux, calculez la viscosité obtenue en degré Engler. Comparez les différents résultats en les classant par ordre croissant, soit du moins visqueux au plus visqueux. 127