>I En savoir plus I Thermique

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1 g Un peu d histoire n Choc pétrolier en 1973 Prise de conscience de notre totale dépendance au pétrole Nécessité de maîtrise de la consommation énergétique dans le secteur du bâtiment n Protocole de Kyoto en 1997 Premier texte qui contient des objectifs quantifiés et un calendrier Pour la France : stabilisation des émissions de gaz carbonique (à effet de serre) à l horizon à celles du niveau de 1990 division par 4 de la consommation d énergie en 2050 Les réglementations thermiques avant 2000 n Exigences sur la consommation d énergie : chauffage (renforcement de l isolation thermique). Les réglementations thermiques depuis 2000 n Exigences sur la consommation d énergie : ventilation, chauffage, refroidissement, éclairage et eau chaude sanitaire n Exigences sur le confort d été : inertie thermique, protection solaire n Exigences revues à la hausse tous les 5 ans 2000, 2005, Les nouveautés de la réglementation thermique 2005 touchent à la fois les méthodologies de calcul et les exigences sur le bâti et les équipements. Au plan méthodologique, les évolutions concernent l introduction d une construction de référence qui met en valeur les principes de l architecture «bioclimatique», dont la vocation est à la fois de réduire la consommation d énergie en hiver (moindre besoin de chauffage) et d améliorer le confort en été (en éliminant ou réduisant le besoin de climatisation). On notera encore, parmi les autres évolutions, le changement d unité (en l occurrence le kiolowattheure d énergie primaire par mètre carré SHON [kwhep/m 2 ]) qui permettra de favoriser les comparaisons entre bâtiments et l introduction d une consommation maximale (chauffage, refroidissement et production d eau chaude sanitaire) en valeur absolue pour le résidentiel, exprimée en énergie primaire par mètre carré, déclinée par zones climatiques et par types d énergie de chauffage (combustibles fossiles ou électricité). Le second volet de la RT 2005 touche donc le bâti et les équipements. Le texte se distingue notamment par un renforcement des exigences sur l isolation du bâti : concernant la seule thermique, l amélioration est de l ordre de 10 % sur les déperditions par les parois et les baies, et de l ordre de 20 % sur les déperditions par les ponts thermiques. Globalement et selon le type de bâtiment (tertiaire, résidentiel individuel, résidentiel collectif), ces exigences entraînent une réduction de 10 à 18 % du coefficient «Ubât» [ce coefficient global de déperdition de l enveloppe du bâtiment est comparé à un coefficient Ubât réf, exprimé en watts par m² d enveloppe et degrés Kelvin (W/m²K)]. Un même renforcement des exigences s observe en matière d équipements, avec l introduction de matériels dits «de référence» (chaudière basse température, panneaux rayonnants, solaire thermique, etc.).

2 Comment être règlementaire? n Deux méthodes pour être réglementaire : par le calcul en réalisant un bilan énergétique complet, heure par heure durant une année pleine en utilisant une solution technique (solution à points du ministère, d un industriel, d un syndicat, d un maître d ouvrage ) Géométrie du bâtiment Caractéristiques thermiques réelles du bâtiment Géométrie du bâtiment (sauf pour les baies) Caractéristiques thermiques de référence du bâtiment En ce qui concerne le calcul et l exigence sur la consommation d énergie Ubat Ubatref Ventilation Cep Chauffage Ventilation de référence Cepref Chauffage de référence Éclairage Refroidissement E.C.S. Éclairage référence Refroidissement de référence E.C.S. référence Cep = coefficient énergie primaire Cepref = coefficient énergie primaire de référence 2

3 Comment être règlementaire? n Deux objectifs à concilier : En hiver et demisaison, augmenter et valoriser les apports solaires (importants vitrages au sud ) En été, éviter les surchauffes et la climatisation (protections solaires, inertie thermique, surventilation nocturne ) et en ce qui concerne le calcul et l exigence sur le confort d été Géométrie Données climatiques Masques Géométrie Ventilation Tic Facteurs solaires Ventilation de référence Apports internes Inertie Exposition au bruit Apports internes Tic : Température intérieure théorique Ticref : Température intérieure de référence Données climatiques Masques Ticref Exposition au bruit Inertie de référence Facteurs solaires de référence 3

4 Comment être règlementaire? Cep Cepref Tic Ticref n Avec le calcul, quatre conditions à vérifier : n La consommation d énergie globale du bâtiment (éclairage, refroidissement, chauffage, eau chaude et ventilation) doit être inférieure à une consommation de référence Cep réf (obligation de résultat). n La consommation d énergie en chauffage, en eau chaude et en refroidissement doit être inférieure à une consommation maximale Cep max (obligation de résultat pour les bâtiments d habitation). n La température intérieure en été doit être inférieure à une température de référence Tic réf (obligation de résultat). n Les caractéristiques thermiques de l enveloppe et des systèmes doivent respecter les gardefous (obligation de moyen). 4

5 Comment être règlementaire? Obligation de résultat Interdit d être moins performant que la limite Performance limites Cep réf, Cep max Ti réf Obligation de moyen OK Obligatoire d être aux limites ou plus performant Performance Interdit d être moins performant que le garde fou Garde fou Autoriser à être entre les deux limites mais à compenser par ailleurs Référence Au delà de la référence, bonus qui permet de compenser ou de valoriser 5

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7 les parois n L enveloppe du bâtiment Les parois opaques : les planchers bas, intermédiaires et hauts, les façades Les parois vitrées : les fenêtres, les baies, les portes fenêtres Les ponts thermiques : partie de l enveloppe du bâtiment où la résistance thermique, par ailleurs uniforme, est modifiée de façon sensible Origines des déperditions thermiques Toit 13 % Murs 18 % Renouvellement d air 13 % Ponts thermiques 18 % Plancher bas 22 % Menuiseries 16% 7

8 les parois Caractéristiques des matériaux Conductivité thermique utile λ en W/(m.K) n caractéristique intrinsèque d un matériau n plus elle est faible, plus le matériau est isolant Caractéristiques des parois Résistance thermique Rparoi en m².k/w n caractéristique thermique d un produit ou d une paroi n plus elle est élevée et plus la paroi est isolante Coefficient de transmission thermique U en W/(m².K) n flux thermique à travers un 1m² de paroi pour une différence de température de 1 Kelvin n plus il est faible et plus la paroi est isolante λ Acier Les bétons Les isolants 50 Murs de briques pleine de 11 cm d épaisseur 0,12 0,23 Performant 2,86 Murs Bloc creux béton de 10 cm Performant 2 à 0,10 0,05 à 0,02 Murs blocs creux béton de 20 cm Murs blocs creux de 20 cm + 10 cm d isolant PSE th38 W/(m.K) R paroi 8

9 Configuration courante en maison individuelle Isolation par l intérieur Isolation par l extérieur Isolation intégrée Isolation répartie Flèches horizontales : transfert thermique Flèches courbes oranges et bleues : échange thermique entre ambiance et mur R de la paroi U de la paroi Façade enduite en bloc creux béton de 20 cm avec un complexe isolant rapporté à l intérieur 10 cm isolant th38 2,9 0,33 10 cm isolant th32 3,4 0,28 9 Les performances thermiques peuvent être similaires en Isolation Thermique Intérieure (ITI) et en Isolation Thermique Extérieure (ITE).

10 les ponts thermiques Origine interruption ou altération de l isolation de la paroi (ex : jonction entre les menuiserie et la paroi, fixation métallique) une différence entre les surfaces intérieure et extérieure d une partie de l enveloppe du bâtiment (ex : liaisons entre parois) Unité Pont thermique linéaire ψ en W/(m.K) (ex: liaison plancher bas et façade) Pont thermique ponctuel χ en W/K (ex : fixation métallique dans une paroi) Impact énergétique (augmentation de la consommation condensation, humidité (salissures, moisissures) déformations (dégradations, fissurations) Traitement des ponts thermiques Au niveau des planchers intermédiaire : Au niveau des menuiserie : n Isolation dans le plan des ouvertures n Rupteur de pont thermique dans le cas d une isolation rapportée à l intérieur n Isolation rapportée à l extérieur 10 Le traitement des ponts thermiques au niveau des menuiseries est plus aisé en ITI, il est plus difficile à réaliser en ITE.

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12 L inertie thermique Apports de l inertie n En été : diminution importante de la température intérieure (confort d été), permet d éviter la climatisation si le bâtiment est bien conçu et/ou rafraîchi la nuit. n En demi saison, récupération des apports solaires gratuits s ils sont important (gain en confort et réduction de la période de chauffage). n En hiver, le bilan est plus contrasté : gain significatif de chauffage pour les bâtiments à occupation continue et avec de forts apports solaires. pour les bâtiments à occupation discontinue et surtout si les apports solaires sont faibles, l inertie peut s avérer pénalisante. Définition de l inertie thermique n C est le potentiel de stockage thermique d une paroi ou d un ouvrage. Les parois qui contribuent en général le plus à l inertie d un bâtiment sont d abord les planchers lourds, puis les refends lourd, puis les façades isolées par l extérieur (ou à isolation intégrée) puis celles à isolation répartie. La propriété des constructions à forte inertie thermique est de conserver une température stable et de se réchauffer ou de se refroidir lentement. Le béton est un matériau à forte inertie thermique. L inertie thermique est conditionnée par une propriété appelée capacité thermique (quantité de chaleur mise en réserve lorsque on élève la température de 1 C). Celle du béton est de l ordre de 2500 kj/(m 3.k). 12

13 L hygrothermie n Les conditions optimales de confort : Température de 18 à 20 C, hygrométrie de 40 à 60 C, écart entre la température de surface et l intérieur : 3 C. transfert de chaleur : transfert de vapeur d eau : La théorie CHAQUE MATÉRIAU EST CARACTÉRISÉ Conductivité thermique Chaleur spécifique Perméabilité à la vapeur d eau Isotherme d adsorption Dans un mur, la répartition de la température et de l humidité est en permanente évolution en fonction à l extérieur De la température, du vent, de la pluie, de l humidité, du rayonnement solaire à l intérieur De la température et de l humidité (ventilation et production de vapeur d eau par l activité humaine) 13 La théorie L air est un mélange de gaz parmi lesquels figure la vapeur d eau. La quantité de vapeur d eau présente dans l air est appelée «humidité absolue» et est exprimée en g par kg ou par m 3 d air sec. Toutefois, la capacité d accueil de la vapeur d eau dans l air est limitée et cette limite augmente avec la température (voir diagramme de Mollier simplifié). L air admet donc une quantité maximale de vapeur et le surplus se condense en eau. L humidité relative, noté HR, correspond au rapport entre la quantité de vapeur d eau présente dans l air et la quantité de vapeur d eau que ce même air peut contenir à saturation. L humidité relative est exprimée en %. Remarque importante : pour une humidité absolue donnée, l humidité relative augmente quand la température diminue. Si la température diminue suffisamment pour que l humidité relative atteigne 100 %, il y a début de condensation : on dit alors que la température a atteint le «point de rosée». La condensation superficielle intervient lorsque la température en surface d un matériau est inférieure ou égale à la «température de rosée». Pour une paroi de bâtiment, ce phénomène apparaît d abord aux endroits où la température, et donc l isolation thermique, est la plus faible : vitrages, ponts thermiques C est alors l humidité de l air ambiant qui se condense sur la paroi froide. Le principe de condensation peut également s appliquer à l intérieur d un matériau ; on parle alors de condensation dans la masse.

14 L hygrothermie La pratique Enduit de façade imperméable à l eau (pluie) mais très perméable à la vapeur Isolant intérieur moins perméable à la vapeur d eau ou dans certains cas muni d un pare vapeur Maçonnerie en blocs béton Bonnes caractéristiques hygrothermiques pas de condensation Diagramme de Mollier Autre configuration possible permettant de profiter pleinement des performances hygrothermiques du béton de bloc (régulateur d humidité) : enduit de façade perméable à la vapeur d eau isolant extérieur perméable à la vapeur d eau maçonnerie en béton enduit ou plaque de plâtre intérieur. 14