Addenda: Physique du bâtimentType de bâtiment ou de local Caté-gorie Plage de tempéra-ture pour le chauf-fage, C Habillement ~1,0 clo Plage de tempéra-ture pour le refroi-dissement,

Addenda

PHYSIQUE DU BÂTIMENTCONSTRUCTION ET ÉNERGIEThomas Frank / Heinrich Manz / Christoph Zürcher

En complément à:

Prise en compte des nouveautés selonSIA 180:2014 etSIA 382/1:2014

Christoph Zürcher, Thomas FrankPhysique du bâtimentConstruction et énergie1ère édition 2014ISBN 978-3-7281-3445-5vdf Hochschulverlag AG an der ETH Zürich

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© 2017, vdf Hochschulverlag AG an der ETH Zürich

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III

PRÉFACE

Au moment de la publication de la 1ère édition en langue française de ce livre, plusieurs normes étaient en cours de révision et leurs versions finales n’ont été publiées que peu après. Les auteurs se sont ainsi décidés à présenter, dans cet addenda, les nouveautés les plus importantes d’une sélection de normes dans les do-maines du confort thermique, de la protection contre l’humidité et la protection contre les surchauffes es-tivales. Pour certains chapitres de la 1ère édition du livre PHYSIQUE DU BÂTIMENT CONSTRUCTION ET ENERGIE, des compléments ont été rédigés de manière à intégrer les modifications apportées dans les normes SIA 180:2014 «Protection thermique, protection contre l’humidité et climat intérieur dans les bâtiments» et SIA 382/1:2014 «Installations de ventilation et de climatisation – Bases générales et perfor-mances requises». La numérotation utilisée dans cet addenda pour les chapitres concernés correspond à celle employée dans la 1ère édition du livre. Les compléments et adaptations les plus importants concernent les thèmes suivants :

– Climat intérieur et confort – Conditions générales de confort thermique – Températures opératives maximales admis-

sibles (nouveau: en fonction de la moyenne glissante sur 48 heures de la température extérieure)

– Exigences pour les locaux à ventilation natu-relle ou à ventilation mécanique

– Inconfort local dû aux courants d’air dans les locaux à ventilation naturelle ou à venti-lation mécanique

– Echelons sur les valeurs limites d’exposition au bruit pour le confort acoustique

– Transfert de chaleur – Définition de la température ambiante

extérieure et intérieure – Actualisation des valeurs U des cadres

de fenêtre – Valeurs caractéristiques de la capacité

thermique d’un élément de construction – Ponts thermiques et valeurs U moyennes

des éléments de construction

– Condensation superficielle et formation de moisissure

– Indication sur le système d’isoplèthes pour l’analyse de risques

– Détermination des facteurs de température sur les surfaces intérieures

– Détermination de la charge en humidité d’une pièce

– Conditions aux limites normalisées selon EN ISO 13788 et SIA 180

– Procédure de justification

– Débit d’air par les fenêtres – Débit volumique d’air frais par ouverture

de fenêtre sur un seul côté: . avec battants de fenêtre ouverts . avec battants de fenêtre basculés

– Energie/Puissance – Ecarts de température cumulés – Effet d’accumulation du bâtiment – Justification du besoin de refroidissement

selon SIA 382/1 – Principes pour la planification

– Annexes – Pouvoir calorifique des agents énergétiques

et des matériaux de construction – Chute d’air froid contre une surface verticale – Facteur de transmission totale d’énergie des

fenêtres – Procédure de justification de la protection

thermique estivale selon SIA 180 – Fréquences centrales des tiers d’octaves

et des octaves, courbes de pondération et courbes de référence

IV

Addenda Remarques et rapports avec l’ouvrage PHYSIQUE DU BÂTIMENT CONSTRUCTION ET ENERGIE (2014)

Tableau 1.1 Nouveau de EN 16798-1:2015, complément au Tableau 1.13

Tableau 1.2 Nouveau de EN 15251:2007, complément au Tableau 9.8.2

Tableau 1.3 Nouveau de SIA 180:2014Tableau 1.4 Tiré de l’Ordonnance sur la pro-

tection contre le bruit OPB:2015, remplace le Tableau 1.20

Tableau 2.1 Remplace le Tableau 2.13Tableau 3.1 Nouveau de SIA 180:2014Tableau 3.2 Nouveau de SIA 180:2014Tableau 3.3 Nouveau de EN ISO 13788:2011Tableau 3.4 Nouveau de SIA 180:2014Tableau 3.5 Nouveau de SIA 180-C1:2015Tableau 6.1 Nouveau de SIA 380/1:2009Tableau 6.2 Nouveau du cahier technique

SIA 2028-C1:2015Tableau 6.3 NouveauTableau 6.4 Nouveau de SIA 382/1:2014Tableau 9.1 Nouveau de SIA 380:2015,

remplace le Tableau 9.5.1Tableau 9.2 Nouveau de SIA 180:2014Tableau 9.3 Remplace le Tableau 9.14.1Tableau 9.4 Remplace le Tableau 9.14.4Tableau 9.5 Remplace le Tableau 9.14.5Tableau 9.6 NouveauTableau 9.7 Nouveau de SIA 180:2014Tableau 9.8 Nouveau de SIA 181:2006,

remplace le tableau de la page 305Figure 1.1 Nouveau de SIA 180:2014Figure 1.2 Nouveau de SIA 180:2014Figure 1.3 De SIA 180:2014, remplace la

Figure 1.29Figure 1.4 Nouveau de SIA 180:2014Figure 1.5 Nouveau de EN 15251:2007Figure 1.6 Remplace la Figure 1.27Figure 1.7 Nouveau, complément à la

Figure 1.28Figure 1.8 Nouveau, complément à la

Figure 1.28Figure 2.1 NouveauFigure 2.2 NouveauFigure 2.3 Nouveau, complément à la

Figure 2.39

Figure 2.4 Remplace la Figure 2.52Figure 3.1 NouveauFigure 3.2 NouveauFigure 3.3 Nouveau de EN ISO 13788:2012Figure 3.4 Nouveau de EN ISO 13788:2012Figure 3.5 Nouveau de SIA 180:2014Figure 3.6 NouveauFigure 4.1 NouveauFigure 4.2 NouveauFigure 4.3 NouveauFigure 4.4 NouveauFigure 6.1 NouveauFigure 6.2 NouveauFigure 9.1 NouveauFigure 9.2 NouveauFigure 9.3 NouveauFigure 9.4 NouveauFigure 9.5 Nouveau

V

TABLE DES MATIÈRES

1 Conditions aux limites (Climat)1.2 Climat intérieur et confort ........................ 11.2.2 Confort hygro-thermique ......................... 11.2.4 Critères de confort acoustique ................. 71.3 Références: Conditions aux limites

(Climat) ....................................................... 8

2 Chaleur2.1 Transfert de chaleur

unidimensionnel et stationnaire .............. 92.1.3 Transfert de chaleur entre surface

de matériau et milieu ambiant ................. 92.1.5 Transmission thermique et

répartition de la température ................ 112.2 Stockage de chaleur ................................. 122.3 Ponts thermiques ..................................... 152.3.4 Majorations pour ponts thermiques

linéaires et ponctuels ............................... 152.3.5 Valeur U moyenne ................................... 152.4 Références: Chaleur ................................. 17

3 Humidité3.4 Condensation superficielle et

formation de moisissure .......................... 193.4.1 Généralités ................................................ 193.4.2 Conditions aux limites ............................ 213.4.3 Procédure de justification ....................... 223.5 Diffusion de vapeur d’eau à travers

les éléments de construction .................. 263.5.1 Pare-vapeur/barrière-vapeur .................. 263.10 Références: Humidité .............................. 27

4 Ecoulements d’air4.4 Renouvellement d’air et transport

de polluants ............................................... 294.4.3 Débits d’air volumiques par les fenêtres .. 294.7 Références: Ecoulements d’air ................ 32

6 Energie/Puissance6.2 Evaluation de la puissance de

chauffage et des besoins d’énergie .......... 33 6.2.2 Correction climatique à l’aide des

écarts de température cumulés (ETC) ..... 336.4 Effet d’accumulation ................................ 35

6.4.1 Effet d’accumulation du bâtiment .......... 356.5 Besoin de refroidissement ....................... 366.5.1 Preuve du besoin de refroidissement

selon SIA 382/1 ......................................... 366.5.2 Principes pour la planification ............... 386.7 Références: Energie/Puissance ............... 39

9 Annexes9.5 Pouvoir calorifique des agents

énergétiques et des matériaux de construction .............................................. 41

9.7 Confort thermique ................................... 429.7.7 Chute d’air froid contre une surface

verticale ..................................................... 429.14a Protection solaire: Exigences et

méthode simplifiée de calcul .................. 449.14b Procédure de justification de la

protection thermique estivale selon SIA 180:2014 [9.2] .................................... 46

9.18 Fréquences centrales des tiers d’octaves et des octaves, courbes de pondération et courbes de référence ..... 50

9.32 Références: Annexes ................................ 51

1

1.2 Climat intérieur et confort

1.2.2 Confort hygro-thermique

Les exigences pour un climat intérieur confortable sont définies dans les normes EN ISO 7730:2005 [1.1], EN 15251:2007 [1.2] respectivement EN 16798-1:2015 [1.3] et SIA 180:2014 [1.4]. Pour l’uti-lisation, les quatre catégories de climat intérieur du tableau 1.1 sont employées. L’application de la norme SIA 180:2014 [1.4] se fonde principalement sur la catégorie II.

La norme EN 15251:2007 [1.2] procure au tableau 1.2 la plage de température pour le calcul horaire de l’énergie de chauffage et de refroidissement pour diverses affectations des bâtiments et catégories de climat intérieur.

Catégorie Description

I Niveau élevé attendu; recommandé pour les espaces occupés par des personnes très sensibles et fragiles avec des exigen-ces spécifiques comme des personnes han-dicapées, malades, de très jeunes enfants et des personnes âgées.

II Niveau normal attendu; recommandé pour les bâtiments neufs et les rénovations

III Niveau modéré acceptable attendu; peut être utilisé dans les bâtiments existants

IV Valeurs en dehors des critères des catégo-ries ci-dessus. Cette catégorie ne doit être appliquée que pour une partie restreinte de l’année.

REMARQUE: d’autres normes comme par exemple EN 13779 et EN ISO 7730 font aussi une classification en ca-tégories; ces dernières peuvent toutefois être dénommées différemment (A,B, C ou 1, 2, 3, etc.).

Tableau 1.1: Applicabilité des catégories utilisées pour le climat intérieur (source: EN 15251:2007 [1.2])

Type de bâtiment ou de local Caté-gorie

Plage de tempéra-ture pour le chauf-fage, °C Habillement ~1,0 clo

Plage de tempéra-ture pour le refroi-dissement, °CHabillement ~0,5 clo

Bâtiments d’habitation, pièces de séjour(chambre à coucher, séjour, etc.)

Activités assises ~1,2 met

I 21,0–25,0 23,5–25,5

II 20,0–25,0 23,0–26,0

III 18,0–25,0 22,0–27,0

Bâtiments d’habitation, autres locaux (cuisines, entrepôts, etc.)

Station debout, marche ~1,5 met

I 18,0–25,0

II 16,0–25,0

III 14,0–25,0

Bureaux et locaux utilisés de façon similaire (bureaux individuels ou paysagers, auditoires, salles de réunion, auditoires, salles de spectacle, cafétérias, restaurants, salles de classe)Activités assises ~1,2 met

I 21,0–23,0 23,5–25,5

II 20,0–24,0 23,0–26,0

III 19,0–25,0 22,0–27,0

Jardin d’enfants


I 19,0–21,0 22,5–24,5

II 17,5–22,5 21,5–25,5

III 16,5–23,5 21,0–26,0

Grand magasin


I 17,5–20,5 22,0–24,0

II 16,0–22,0 21,0–25,0

III 15,0–23,0 20,0–26,0

Tableau 1.2: Plages de température opérative pour diverses affectations des bâtiments (source: EN 15251:2007 [1.2])

1 CONDITIONS AUX LIMITES (CLIMAT)


2 La norme SIA 180:2014 [1.4] définit les condi-tions générales de confort thermique comme suit: le confort thermique dans la zone de séjour selon la figure 1.1 et le tableau 1.3 doit être assuré en toutes saisons et pendant la durée d’occupation des locaux pour autant que: les conditions climatiques exté-rieures soient conformes aux conditions d’étude du projet, l’utilisation des locaux corresponde à celle prévue par le projet, les installations techniques soient utilisées comme prévu dans le projet et que l’habillement soit adapté à la température exté-rieure selon la figure 1.2.

Figure 1.1: Définition de la zone de séjour (à gauche, plan; à droite, coupe) (Source: norme SIA 180:2014 [1.4])

Distance de la face intérieure Dis-tance

A du plancher (limite inférieure) 0,05 m

B du plancher (limite supérieure)– pour une activité assise– pour une activité debout

1,3 m 1,8 m

C des fenêtres et portes extérieures 1,0 m

D des corps de chauffe ou climatiseurs 0,6 m

E des parois extérieures 0,5 m

F des parois intérieures 0,5 m

G des portes, zones de passage, etc. remarque

Tableau 1.3: Dimensions pour la définition de la zone de séjour selon la norme SIA 180:2014 [1.4] Remarque: dans certaines zones il est très difficile voire impossible de respecter les exigences de confort, en particulier en ce qui concerne les courants d’air et la tempéra-ture (zones de passage, à proximité des portes, devant les bouches d’aération, à proximité des appareils dégageant beaucoup de chaleur ou provoquant une forte convection)

Pour une activité de 1,2 met, on admet une varia-tion de l’habillement au cours de l’année en fonc-tion de la température extérieure moyenne glissante

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

Habi

llem

ent,

clo

Température extérieure moyenne glissante sur 48 heures, °C

Figure 1.2: Variation de l’habillement en fonction de la température extérieure moyenne glissante (Source: norme SIA 180:2014 [1.4])



3

comme illustrée sur la figure 1.2. Pour une tempé-rature extérieure inférieure à 10 °C, on considère un habillement de 0,8 à 1,0 clo, alors qu’au-dessus de 25 °C, l’habillement est compris entre 0,5 et 0,8 clo. Pour d’autres activités, on considère un habille-ment adapté à la saison et au type de tâche.Les exigences de confort sur la température opéra-tive sont nouvellement spécifiées par la norme SIA 180:2014 [1.4] en fonction de la température exté-rieure moyenne glissante sur 48 heures θrm calculée d’après la formule suivante:

(1.1)

θ θrm ej

N

tN

t j( ) ( )= ⋅ −=

−

∑10

1

°C

θrm(t) Moyenne glissante de la température extérieure à l’heure t °C

θe(t-j) Température extérieure à l’heure t-j °CN Nombre d’heures prises en compte dans la

moyenne N=48

La norme SIA 180:2014 [1.4] distingue deux cas pour les exigences sur la température opérative:

– locaux chauffés, refroidis ou à ventilation méca-nique (les installations techniques du bâtiment sont en fonction);

– locaux qui ne sont ni chauffés, ni refroidis et dans lesquels l’utilisateur peut employer les fe-nêtres pour réguler le climat intérieur. En outre, l’utilisateur peut ajuster librement son habille-ment.

La figure 1.5 montre la température opérative op-timale θcomfort ainsi que les températures opéra-tives maximales admissibles en été dans les bâ-timents sans refroidissement artificiel (selon EN 15251:2007 [1.1] pour les catégories I à III en com-paraison avec les exigences selon SIA 180:2014 [1.4]).

Figure 1.3: Domaine admissible de la température opérative dans les logements et les locaux administratifs lorsqu’ils sont chauffés ou refroidis (installations techniques du bâtiment en fonction) (Source: norme SIA 180:2014 [1.4])

20

21

22

23

24

25

26

27

28

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

Tem

péra

ture

opé

rativ

e, °

C



4

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

32

33

34

35

I

IIIII (SIA 180)

Tem

péra

ture

opé

rativ

e, °

C

θcomfort

EN 15251:2007

7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34


Figure 1.5: Températures opératives maximales admissibles dans les locaux sans refroidissement artificiel selon EN 15251:2007 et SIA 180:2014

Figure 1.4: Domaine admissible pour la température opérative à l’intérieur des locaux à ventilation naturelle, lorsqu’ils sont ni chauffés, ni refroidis, en fonction de la température extérieure moyenne glissante (Source: Norme SIA 180:2014 [1.4])

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27

Tem

péra

ture

opé

rativ

e, °

C


0,33 Θrm + 14,3

0,33 Θrm + 21,8



5Inconfort local par courants d’airLa chute d’air froid se produisant devant les sur-faces froides, en particulier les surfaces de fe-nêtres, est un phénomène qui peut souvent influen-cer significativement le confort local. Le figure 1.6 montre schématiquement le courant d’air froid au bas d’une fenêtre. La vitesse maximale de l’air qui s’y produit peut se déterminer à l’aide de la formule approchée indiquée. Le graphique montre une forte dépendance de la vitesse de l’air vmax en fonction de la différence de température ∆T (air-surface) et de la hauteur H de la fenêtre.

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7 H, m3,0

2,5

2,01,81,61,41,21,00,8

Vite

sse

de l’

air v

max

, m·s

–1

0 5 10 15Différence de température ΔT, K

vmax.

Couche d’air froid

HFenêtre ou mur

θsi, Verre/Mur

θa vmax

g

ΔT

Ti

H

Vitesse de l’airAccélération de la pesanteur: 9,81 m·s–2

Différence de températureair-surfaceTempérature de l’airHauteur du mur(Hauteur de la fenêtre)

m·s–1

K

Km

θi ≈ 20 °C

vmax = 0,54g ⋅ ∆T HTi

0,50,5

Figure 1.6: Vitesse maximale de l’air au bas d’une fenêtre causée par la différence de température entre l’air intérieur et la surface intérieure du vitrage

La vitesse de l’air maximale à une distance x d’une surface verticale froide et à 0,1 m au-dessus du plancher peut être déterminée à l’aide de la for-mule approchée 1.2 suivante. Les détails sont four-nis dans l’annexe 9.

(1.2)

v k Hmax = ⋅ ⋅∆θ m/s

k Coefficient de régression déterminé par mesures ou calculs m0.5.K-0.5.s–1

Δθ Différence de température entre l’air intérieur et la surface froide KH Hauteur de l’élément de construction m

L’inconfort local causé par courant d’air est décrit par ce que l’on dénomme la valeur DR («Draught Rate») [1.1] qui indique, pour des vitesses d’air in-térieur données, le pourcentage de personnes qui ressentent la température du local et le degré de turbulence comme inconfortable. La norme SIA 180:2014 [1.4] indique une valeur maximale DR = 15 % pour les locaux à ventilation mécanique et DR = 20 % pour ceux à ventilation naturelle. Les figures 1.7 et 1.8 montrent à quel point la vitesse locale d’air admissible dépend de l’intensité de turbulence. Dans la norme SIA 180:2014 [1.4] une intensité de turbulence Tu = 50 % est considérée comme valeur par défaut. La norme EN ISO 7730:2005 [1.1] ad-met Tu = 40 % comme valeur par défaut lorsque la valeur exacte n’est pas connue.


6

0.10

0.12

0.14

0.16

0.18

0.20

0.22

0.24

20 21 22

Local à ventilation mécanique: DR = 15 %

25 26 2723 24

Température locale de l‘air, °C

Tu = 50 %

Tu = 40 %

Tu = 30 %

Tu = 60 %

Vite

sse

de l‘

air a

dmis

sibl

e, m

/s

Figure 1.7: vitesse locale d’air admissible près de l’occupant en fonction de la température locale de l’air et de l’intensité de turbulence pour les locaux à ventilation mécanique

0.14

0.16

0.18

0.20

0.22

0.24

Local à ventilation naturelle: DR = 20 %

0.26

0.28

0.30

20 21 22 25 26 2723 24

Température locale de l‘air, °C

Tu = 60 %

Tu = 50 %

Tu = 40 %

Tu = 30 %

Vite

sse

de l'

air a

dmis

sibl

e, m

/s

Figure 1.8: vitesse locale d’air admissible près de l’occupant en fonction de la température locale de l’air et de l’intensité de turbulence pour les locaux à ventilation naturelle



71.2.4 Critères de confort acoustique

Valeurs limites d’expositionEn Suisse, les questions relatives au bruit sont prin-cipalement réglées par l’ordonnance sur la pro-tection contre le bruit (OPB) [1.5] édictée par la Conseil fédéral sur la base de la loi sur la protection de l’environnement. Cette ordonnance a pour ob-jectif de protéger la population du bruit nuisible et incommodant. Afin d’évaluer l’exposition au bruit, des valeurs limites d’exposition (valeur de planifi-cation, valeur limite d’immission, valeur d’alarme) sont définies en fonction du type de bruit (bruit du trafic routier, bruit des chemins de fer, bruit du tra-fic aérien, bruit de l’industrie et des arts et métiers, bruit des installations de tir) tout en tenant compte de la sensibilité au bruit (degré de sensibilité) de la zone affectée. Durant la nuit, des valeurs toujours plus basses sont applicables (voir tableau 1.4).Les valeurs limites d’exposition spécifiées dans l’or-donnance sur la protection contre le bruit s’ap-pliquent comme suit [1.6]:

– Les valeurs de planification s’appliquent pour la construction de nouvelles installation produi-sant du bruit ainsi que pour délimiter ou aména-ger des zones constructibles pour des bâtiments sensibles au bruit (habitations).

– Les valeurs limites d’immission fixent le seuil à partir duquel le bruit détériore significativement le bien-être de la population. Elles s’appliquent aux installations génératrices de bruit existantes et pour les permis de construire des bâtiments sensibles au bruit (habitations).

– Les valeurs d’alarme sont un critère pour l’ur-gence d’un assainissement et pour le montage de fenêtres insonorisées.

Pour la détermination de l’exposition existante sur un lieu d’immission donné, ce que l’on dénomme le niveau d’évaluation Lr est utilisé. Celui-ci corres-pond à la somme du niveau sonore équivalent pon-déré A (Leq) et d’une correction de niveau K dépen-dante du type de bruit (lieu de la mesure: au centre de la fenêtre ouverte du local à usage sensible au bruit)[1.5].Selon [1.5], les degrés de sensibilité sont différen-ciés de la manière suivante (voir tableau 1.4):

– degré de sensibilité I dans les zones qui re-quièrent une protection accrue contre le bruit, notamment les zones de détente

– degré de sensibilité II pour les zones dans les-quelles aucune entreprise gênante n’est autori-sée, notamment les zones d’habitation ainsi que dans celles réservées à des constructions et ins-tallations publiques

– degré de sensibilité III pour les zones dans les-quelles des activités modérément gênantes sont admises, notamment les zones d’habitation et artisanales (zones mixtes) ainsi que les zones agricoles

– degré de sensibilité IV pour les zones dans les-quelles des entreprises fortement gênantes sont admises, notamment les zones industrielles

Degré de sensibilité Valeur de planificationLr en dB(A)

Valeur limite d’immissionLr en dB(A)

Valeur d’alarmeLr en dB(A)

Jour Nuit Jour Nuit Jour Nuit

I Détente 50 40 55 45 65 60

II Habitation 55 45 60 50 70 65

III Habitation/Artisanat 60 50 65 66 70 65

IV Industrie 65 55 70 60 75 70

Tableau 1.4: Trois échelons de valeurs limites d’exposition pour le bruit du trafic routier et des chemins de fer en fonc-tion du degré de sensibilité et du moment dans la journée [1.5 et 1.6]

8

1.3 Références: Conditions aux limites (Climat)

[1.1] Ergonomie des ambiances thermiques – Dé-termination analytique et interprétation du confort thermique par le calcul des indices PMV et PPD et par des critères de confort thermique local (Norme EN ISO 7730:2005)

[1.2] Critères d’ambiance intérieure pour la concep-tion et évaluation de la performance énergé-tique des bâtiments couvrant la qualité de l’air intérieur, la thermique, l’éclairage et l’acous-tique (Norme EN 15251:2007)

Remarque: cette norme est en cours de ré-vision et est rééditée avec la désignation EN 16798-1:2015

[1.3] Performance énergétique des bâtiments – Par-tie 1 : Critères d’ambiance intérieure pour la conception et l’évaluation de la performance énergétique des bâtiments couvrant la qua-

lité de l’air intérieur, l’ambiance thermique, l’éclairage et l’acoustique (Projet de norme prEN 16798-1:2015)

[1.4] Protection thermique, protection contre l’hu-midité et climat intérieur dans les bâtiments (Norme SIA 180:2014)

[1.5] Ordonnance sur la protection contre le bruit (OPB) du 15 décembre 1986 (Etat le 1er février 2015), Confédération suisse, www.admin.ch/opc/fr/classified-compilation/19860372/index.html (21.8.2015)

[1.6] Valeurs limites d’exposition au bruit, Office fédéral de l’environnement (OFEV), https://www.bafu.admin.ch/bafu/fr/home/themes/bruit/info-specialistes/exposition-au-bruit/valeurs-limites-pour-le-bruit/valeurs-li-mites-dexposition-au-bruit.html (4.4.2017)

9

2.1 Transfert de chaleur unidimensionnel et stationnaire

2.1.3 Transfert de chaleur entre surface de matériau et milieu ambiant

La densité de flux thermique q entre une surface et son milieu ambiant (extérieur ou intérieur) par convection et rayonnement peut être déterminée à l’aide de coefficients de transfert thermique super-ficiel selon la formule 2.1:

(2.1)

q h h= ⋅ − + ⋅ −c s a r s r( ) ( )θ θ θ θ W/m2

q Densité de flux thermique W/m2

hc Coefficient de transfert thermique superficiel par convection W/(m2 . K)

hr Coefficient de transfert thermique superficiel par rayonnement W/(m2 . K)

θs Température de surface °Cθa Température de l’air °Cθr Température radiante °C

Les coefficients de transfert thermique superficiel par convection et rayonnement peuvent être assem-blés en un coefficient de transfert thermique super-ficiel combiné h = hc + hr. Pour déterminer la densité de flux thermique entre une surface et son entourage, la formule se simplifie par l’utilisation de la tempéra-ture ambiante θn et on aboutit à la formule 2.2:

(2.2)

q h s n= ⋅ −( )θ θ W/m2

h Coefficient de transfert thermique superficiel combiné W/(m2 . K)

θn Température ambiante °C

La température ambiante θn se calcule selon la for-mule 2.3 et peut être comprise comme une pondé-ration entre la température de l’air et la tempéra-ture radiante.

(2.3)

θθ θ

θ θnc a r r

c rc a c r=

⋅ + ⋅

+= ⋅ + −( )⋅h h

h hF F1 °C

Fc Part convective Fc = hc/(hc+hr) –

Définition de la température ambiante extérieure ou température θe:

(2.4)

°C

Définition de la température ambiante intérieure ou température intérieure θi:

(2.5)

θθ θ

ic,i a,i r,i r,i

c,i r,i

=⋅ + ⋅

+

h hh h

°C

L’utilisation d’un coefficient de transfert thermique superficiel combiné h est possible pour des calculs de température et d’énergie simples pour lesquels il est acceptable de considérer que la température de l’air et la température radiante sont pratiquement égales c.à.d. θa ≈ θr , d’où il s’ensuit que θe ≈ θa,e et respectivement θi ≈ θa,i .

Dans des conditions réelles, en particulier lors de mesures sur site ou en laboratoire, il est toutefois toujours indispensable de déterminer la tempéra-ture ambiante de façon détaillée pour parvenir à une évaluation correcte de la densité de flux ther-mique q. Dans ces cas les résistances thermiques superficielles Rse et Rsi sont des grandeurs variables dont les valeurs peuvent s’écarter sensiblement des valeurs normées Rse = 0,04 (m2 . K)/W et Rsi = 0,13 (m2 . K)/W. On peut les calculer approximativement selon EN ISO 6946 [2.1] à l’aide des formules 2.6 et 2.7.

(2.6)

Rh h h

T a b v

see r,e c,e

me

= =+

=⋅ ⋅ ⋅ + + ⋅

1 1

14 3ε σ ( )

(m2 . K)/W

2 CHALEUR


10 (2.7)

Rh h h

T c

sii r,i c,i

mi

= =+

=⋅ ⋅ ⋅ + ⋅

1 1

14 3 3ε σ θΔ

(m2 . K)/W

Rse Résistance thermique superficielle (m2 . K)/W extérieureRsi Résistance thermique superficielle (m2 . K)/W intérieureΔθ Différence de température Δθ = (θsi - θa,i) KTme Température moyenne extérieure (Tr,e+Tse)/2 KTmi Température moyenne intérieure (Tr,i+Tsi)/2 Ka Coefficient de régression a = 4.0 W/(m2 . K)b Coefficient de régression b = 4.0 (W . s)/(m3 . K)v Vitesse du vent m/sc Coefficient de régression c = 1.31 W/(m2 . K4/3) (pour un flux de chaleur horizontal)

La figure 2.1 montre l’évolution calculée des coef-ficients de transfert thermique superficiel combi-nés à l’extérieur et à l’intérieur d’un mur en briques de terre cuite basée sur des mesures de température et des paramètres météorologiques durant une ana-lyse thermographique en hiver 2010 (projet OFEN «Energetische Beurteilung von Gebäuden mit Thermografie und der Methode QualiThermo» [2.2]). Alors que le coefficient de transfert ther-mique superficiel extérieur he présente de fortes fluctuations entre 8÷25 W/(m2 . K) dues aux effets du vent, le coefficient de transfert thermique su-perficiel intérieur hi reste relativement constant au-tour de 7,5 W/(m2 . K).

0

5

10

15

20

25

05.0

1.20

10

06.0

1.20

10

07.0

1.20

10

08.0

1.20

10

09.0

1.20

10

10.0

1.20

10

11.0

1.20

10

12.0

1.20

10

13.0

1.20

10

14.0

1.20

10

15.0

1.20

10

16.0

1.20

10

17.0

1.20

10

18.0

1.20

10

19.0

1.20

10

hi

he

Coef

ficie

nt d

e tr

ansf

ert t

herm

ique

sup

erfic

iel,

W/(m

2 K)

Figure 2.1: Coefficients de transfert thermique superficiel d’un mur extérieur sous des conditions climatiques réelles

2 CHALEUR


112.1.5 Transmission thermique et répartition de la température

Valeur U des cadres de fenêtreEn comparaison avec les vitrages, les cadres de fe-nêtre apparaissent encore souvent comme des points faibles thermiques. Les fabricants répondent à cette situation en développant de nouveaux pro-duits et en ajoutant ou améliorant des zones d’iso-lation thermique dans les éléments de cadre. Les propriétés thermiques ont été sensiblement amé-liorées par l’utilisation, en particulier, de profils en matières synthétiques et de profils métalliques iso-lés thermiquement. Le tableau 2.1 donne un bref aperçu des valeurs Uf pour différents matériaux de cadre:

Matériaux du cadre

Valeur Uf du cadre (plage de valeur Uf), W . (m2 . K)-1

Valeur Uf du cadre (valeurs de calcul lorsque des données plus précises manquent)W . (m2 . K)-1

Bois/Bois-Métal- d = 44/55 mm- d = 55/65 mm- d = 65/75 mm- d = 75/85 mm- d > 85 mm1)

1,7 à 1,91,5 à 1,61,3 à 1,41,0 à 1,20,8 à 0,9

1,8

Plastique (en fonction de la construction et du raidisseur)- 2 à 4 chambres- 5 à 6 chambres- 7 à 8 chambres- avec Thermo-

block2)

1,5 à 2,51,2 à 1,41,0 à 1,20,8 à 1,0

2,2

Profilés composi-tes isolés thermi-quement- d = 10 – 20 mm- d = 20 – 30 mm- d = 30 – 40 mm- d = 40 – 60 mm- avec Thermo-

block2)

2,1 à 3,31,8 à 2,11,6 à 1,81,2 à 1,60,8 à 1,1

2,8

1) avec isolation supplémentaire 2) avec élément composite optimisé thermiquement

Tableau 2.1: Valeurs Uf pour différents cadres de fenêtre

12 Valeurs caractéristiques de la capacité thermique d’un élément de constructionPour les diverses méthodes de calcul normalisées, la capacité thermique d’un élément de construction est définie de différentes manières selon la problé-matique posée. Dans la méthode simplifiée du bi-lan mensuel SIA 380/1 [2.3] (norme de base EN ISO 13790 [2.4]) pour la détermination des besoins de chaleur pour le chauffage, la capacité thermique d’un local rapportée à la surface de référence énergétique C/AE en MJ/(m2 . K) est calculée à l’aide de la capacité thermique surfacique κi de l’élément de construction (sans tenir compte des résistances thermiques super-ficielles) dans le but de déterminer les apports de cha-leur utilisables. Dans la norme SIA 180 [2.5], pour la protection thermique d’été, la capacité thermique sur-facique κi de l’élément de construction (tenant compte des résistances thermiques superficielles) est utilisée pour déterminer la capacité thermique du local rap-portée à sa surface de plancher nette CR/ASN en Wh/(m2 . K) qui sert ensuite comme critère d’exigences de construction. Ceci permet une estimation grossière du risque de surchauffe du local. Il faut dès lors prêter attention au fait que pour la définition de la capacité thermique d’un élément de construction, trois cas dif-férents doivent être distingués:

– capacité thermique statique surfacique κstat pour une perturbation unique (saut de température):

(2.8)

κstat = Σdj . ρj . cj kJ . (m2 . K)-1

dj Epaisseur de la couche j mρj Masse volumique de la couche j kg . m-3

cj Chaleur spécifique de la couche j kJ . (kg . K)-1

– capacité thermique dynamique surfacique κi pour une perturbation périodique (période T=24h) sans tenir compte des résistances ther-miques superficielles Rsi et Rse pour la justifica-tion énergétique SIA 380/1:

κi capacité thermique surfacique de l’élément de construction (sans Rsi et Rse), calculée selon EN ISO 13786 [2.6] kJ . (m2 . K)-1

– capacité thermique dynamique surfacique κi pour une perturbation périodique (période T=24h) tenant compte des résistances ther-miques superficielles Rsi et Rse Rse pour la justi-fication de la protection thermique d’été (confort thermique) selon SIA 180:

κi capacité thermique surfacique de l’élément de construction (avec Rsi et Rse) calculée selon EN ISO 13786 [2.6] kJ . (m2 . K)-1

Dans le cas d’une perturbation unique, toutes les couches de l’élément de construction participent au stockage de chaleur alors qu’inversement, lors d’une perturbation périodique, la pénétration de l’onde de température à travers l’élément de construction n’est que partielle et dépend de la période T ainsi que de la diffusivité thermique du matériau. Par conséquent, la totalité de la masse de l’élément ne peut pas être activée. Pour une oscillation journa-lière T = 24 h – selon le matériau – l’épaisseur de stockage effectif maximale dT,max avoisine 5÷10 cm. Elle se calcule avec la formule 2.9:

(2.9)

d a T TcT ,max =

⋅

⋅=

⋅

⋅ ⋅ ⋅2 2πλ

ρ π m

a Diffusivité thermique m2 . s-1

T Période sλ Conductivité thermique W . (m . K)-1

ρ Masse volumique kg . m-3

c Chaleur spécifique kJ . (kg . K)-1

Pour illustrer l’ordre de grandeur des trois valeurs différentes caractérisant la capacité thermique, ces dernières sont représentées à la figure 2.2 pour une couche homogène de mur de 20 cm d’épaisseur en bois, en brique et en béton. Les différences sont particulièrement grandes pour les matériaux mas-sifs comme le béton. Il est dès lors important d’uti-liser les valeurs caractéristiques correctes pour dé-terminer les capacité thermiques – les définitions sont données au chapitre 6.4.1 – dans les méthodes de justification respectives.

2.2 Stockage de chaleur

2 CHALEUR


13

160

220

460

42

90

221

32

57

86

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

20 cm bois 20 cm brique 20 cm béton

statique sans Rsi avec Rsi

Capa

cité

ther

miq

ue s

urfa

ciqu

e, k

J/(m

2 K)

Figure 2.2: Comparaison des trois capacités thermiques surfaciques pour une couche d’un élément de construction homogène de 20 cm d’épaisseur en bois, en brique et en béton

Les caractéristiques thermiques de parois exté-rieures typiques sont rassemblées à la figure 2.3.


14 Materialkennwerte Caractéristiques thermiques surfaciquessur le stockage de chaleur

U24

W·(m2·K)–1

SIA 180(avec hi)

ƙi

kJ·(m2·K)–1

SIA 380/1(sans hi)

ƙi

kJ·(m2·K)–1Cstat/A

kJ·(m2·K)–1

λ

UW·(m2·K)–1

m'kg·m–2

d (var.)m

Konstruktion(Masse in cm)Aussen Innen

180011001000

W·(m

·K)–1

Couc

he d

e l’é

lém

ent

Construction(dimensions en cm)Extérieur Intérieur

δλ

mg·

(m·h

·Pa)

–1

c

kJ·(k

g·K)

–1

ρ

1,050,921,05

0,040,150,10

1,050,370,80

123

2,5 var. 1,5

kg·m

–3

180011001000

1,050,921,05

0,040,160,10

1,050,190,80

123

1500110

11001000

1,500,610,921,05

0,010,530,150,10

1,0000,0350,4400,800

1500110

24001000

1,500,611,051,05

0,010,530,010,10

1,0000,0351,8000,800

1234

1234

18001100

30900

1,050,921,401,05

0,0400,1500,0060,100

1,0500,4400,0350,210

1234

18001100

7011001000

1,050,92

0,840,921,05

0,040,15

0,530,150,10

1,050,44

0,040,440,80

123456

500

2703622

500900

1,60

1,600,840,841,601,05

0,025

0,1000,6400,6400,0250,100

0,140

0,0600,0360,0400,1400,210

1234567

280080

7800

0,890,840,45

0,000,350,00

1600,04

50

123

1 32

2,5 var. 1,5

1 32

1,0 var. 25 1,5

1 432

2,5 var.25 1,5

1 432

2,5 12,5 1 15var. 1,5

2,5/5/2,2 6 var. 2,0

31 2 44

0,1

tôle

d’a

lum

iniu

m

tôle

d’a

cie r

var. 0,1

1 32

1,0 var. 25 1,5

1 432

1 62 43 5

6

3

5 7

0,140

0,200

0,140

0,180

0,120

0,475

0,180

0,375 473

583

324

650

338

400

57

22

0,81

0,37

0,17

0,18

0,21

0,25

0,13

0,27

0,11

0,01

0,02

0,02

0,03

0,04

0,10

0,26

80

60

84

214

17

92

22

8

50

42

51

74

16

54

21

8

442

544

303

680

320

348

55

15

Caractéristiques des matériaux

lame d’air: RL = 0,15 m2·K·W–1

lame d'air ventilée: RL = 0,08 m2·K·W–1

Figure 2.3: Valeurs caractéristiques concernant le stockage de chaleur par des parois extérieures typiques (en complément à la figure 2.39 de l’ouvrage "Physique du bâtiment", 1ère édition)

2 CHALEUR

152.3.4 Majorations pour ponts thermiques linéaires et ponctuels

Pour les applications pratiques, les pertes ther-miques supplémentaires occasionnées par un pont thermique sont calculées de façon relativement simple à l’aide de coefficients linéiques Ψ et respec-tivement ponctuels χ. La conductance thermique totale Li,j entre des zones i et j peut être déterminée en utilisant ces coefficients de majoration avec une procédure de calcul détaillée (EN ISO 10211:2015 [2.7]):

(2.10)

L U A lk

N

m

N

mn

Nk m n

3D,i,j k,(i,j) k n,(i,j)= ⋅ + ⋅ += = =∑ ∑ ∑1 1 1

Ψ χm,(i,j) W . K-1

L3D,i,j Conductance thermique déterminée par un calcul 3D W · K-1

Uk,(i,j) Coefficient de transmission thermique de l’élément de construction 1D W . (m2 · K)-1

Ak Surface sur laquelle s’applique la valeur Uk m2

Ψm,(i,j) Coefficient linéique de transmission thermique W · (m · K)-1

lm Longueur sur laquelle s’applique la valeur Ψ mχn,(i,j) Coefficient ponctuel de transmission thermique W · K-1

Nk Nombre de coefficients de transmission thermique –Nm Nombre de coefficients linéiques de transmission thermique –Nn Nombre de coefficients ponctuels

de transmission thermique –

A partir de là, les majorations pour ponts ther-miques sont déterminées comme suit :

(2.11)

Ψ = − ⋅=∑L U lk

Nk

21

D k k W . (m . K)-1

L2D Conductance thermique déterminée par un calcul 2D W · (m · K)-1

Uk Coefficient de transmission thermique de l’élément de construction 1D W · (m2 · K)-1

lk Longueur sur laquelle s’applique la valeur Uk m

(2.12)

χ = − ⋅ − ⋅= =∑ ∑L U A lk

N

m

Nk m

3D k k m m1 1

Ψ W . K-1

L3D Conductance thermique déterminée par un calcul 3D W · K-1

Uk Coefficient de transmission thermique de l’élément de construction 1D W · (m2 · K)-1

Ak Surface sur laquelle s’applique la valeur Uk m2

Ψm Coefficient linéique de transmission thermique W · (m · K)-1

lm Longueur sur laquelle s’applique la valeur Ψ m

Lors de la détermination des valeurs de Ψ et χ, il faut préciser où les dimensions sont considé-rées (côté intérieur ou extérieur) car les valeurs Ψ et χ pour des types de ponts thermiques fixés dé-pendent de ce choix.

2.3.5 Valeur U moyenne

Une valeur U moyenne peut être déterminée pour des zones particulières ou pour l’ensemble de l’en-veloppe thermique à condition que les tous les élé-ments considérés soient exposés au même écart de température. Tous les facteurs de perte, c.à.d. tous les ponts thermiques existants (linéaires ou ponc-tuels) doivent être inclus dans la valeur U moyenne.

(2.13)

ULAm

i,j

tot

= W . (m . K)-1

Li,j Conductance thermique totale de toutes les zones considérées de l’enveloppe du bâtiment W · K-1

Atot Surface totale de toutes les zones considérées de l’enveloppe du bâtiment (surface projetée) m2

La figure 2.4 indique la détérioration de la valeur U moyenne Um d’une toiture froide causée par les che-vrons en fonction de leur espacement et de l’épais-seur d’isolation. Pour de grandes épaisseurs, il est fa-vorable de poser l’isolant en plusieurs couches pour limiter la détérioration.

2.3 Ponts thermiques

2.3 Ponts thermiques

16

Valeurs U moyennes et détériorations par les chevrons

b = 50 cm

Valeur U de la zone non perturbée W/(m2K)

Valeur Um

W/(m2K)

Détériora-tion par les chev-rons %

Détériora-tion par les chev-rons %

d

mm

100120160200260320

0,35 (100 %)0,30 (100 %)0,23 (100 %)0,19 (100 %)0,15 (100 %)0,12 (100 %)

0,460,400,310,260,210,17

303235373942

0,430,370,290,240,190,16

222325262733

d

b

b = 70 cm

Valeur Um

W/(m2K)

Figure 2.4: Valeurs moyennes Um de toitures froides pour différentes épaisseurs d’isolation thermique et différents espacements entre chevrons. Ces valeurs ont été détermi-nées à l’aide d’un logiciel de ponts thermiques 2D.

2 CHALEUR

17[2.1] Composants et parois de bâtiments – Résis-tance thermique et coefficient de transmis-sion thermique – Méthode de calcul (Norme EN ISO 6946:2015, version allemande et an-glaise)

[2.2] Energetische Beurteilung von Gebäuden mit Thermografie und der Methode Quali-Ther- mo, BFE-Projekt Nr. 102850, Schlussbericht 2011

[2.3] L’énergie thermique dans le bâtiment (Norme SIA 380/1:2009)

[2.4] Performance énergétique des bâtiments – Calcul des besoins d’énergie pour le chauffage et le refroidissement des locaux (Norme ISO 13790:2008)

[2.5] Protection thermique, protection contre l’hu-midité et climat intérieur dans les bâtiments (Norme SIA 180:2014)

[2.6] Performance thermique des composants de bâ- timent – Caractéristiques thermiques dynami-ques – Méthodes de calcul (Norme ISO 13786: 2015, version allemande et anglaise)

[2.7] Ponts thermiques dans les bâtiments – Flux thermiques et températures superficielles – Calculs détaillés (Norme EN ISO 10211:2015, version allemande et anglaise)

2.4 Références: Chaleur

19

3.4 Condensation superficielle et formation de moisissure

3.4.1 Généralités

Un bâtiment doit, dans ses détails, être projeté et réalisé de façon à ce qu’en aucun point une condensation superficielle pouvant conduire à des dégâts ne se produise et qu’il n’existe aucun risque de formation de moisissure. Les normes EN ISO 13788:2011 [3.1] et SIA 180:2014 [3.2] fixent les exigences ainsi que les méthodes de justification par calculs. Quand la moyenne mensuelle de l’humidité relative sur les surfaces dépasse 0,8 il existe un risque de formation de moisissure. Lors de dépassements de plus courtes durées, l’analyse de risque peut se faire à l’aide du système d’isoplèthes de Sedlbauer [3.3 et 3.4] selon la figure 3.1. Cette dernière indique le temps de germination des spores en jours en fonction de la température et de l’humidité relative sur la surface.

100 Jours

95

90

1

2

4

81632

LIM K

85

80

75

700 5 10 15 20 25 30

Température °C

Hum

idité

rela

tive

de la

sur

face

, %

Figure 3.1: Temps de germination des spores de moisissures particulièrement critiques en fonction de la température et de l’humidité relative de la surface d’après la littérature [3.3 et 3.4]

La température de surface intérieure d’un mur se calcule selon la formule 3.1:

(3.1)

θsi = θi - (Rsi . U) . (θi - θe) °C

θe Température extérieure °Cθi Température intérieure °CRsi Résistance thermique superficielle intérieure m2 . K . W-1

U Coefficient de transmission thermique du mur W . (m2 . K)-1

Pour calculer les températures de surface, les résistances thermiques superficielles Rsi selon EN ISO 13788:2011 [3.1] suivantes doivent être utilisées:

SituationRésistance thermique su-perficielle Rsi

Coefficient de transfert thermique superficiel hi

- devant les fenêtres et les portes

- devant toute autre surface

0.13 (m2K)/W

0.25 (m2K)/W

7.7 W/(m2K)

4 W/(m2K)

Tableau 3.1: Valeurs de calcul pour la résistance thermique superficielle et le coefficient de transfert thermique superficiel (hi = 1/Rsi) pour l’évaluation des risques de moisissure et de condensation superficielle [3.1].

La figure 3.2 montre la répartition de la température dans un mur isolé par l’extérieur. Le facteur de température superficielle fRsi est une grandeur très utile pour le calcul et la vérification des températures de surface. Ce rapport se calcule, pour une résistance thermique superficielle intérieure Rsi prédéterminée, par la différence de température entre la surface d’un élément d’enveloppe et l’air extérieur divisée par la différence entre la température de l’air intérieur et extérieur (voir formule 3.2).

3 HUMIDITE


20 mat extérieur θ2 et climat d’une cave nonchauffée θ3), le calcul de la température de surface se fait avec des facteurs de pondération des températures selon la formule 3.4 (voir la figure 2.49 de l’ouvrage «Physique du bâtiment», 1ère édition).

(3.4)

θsi = g1 . θ1 + g2 . θ2 + g3 . θ3 °C

g1,2,3 Facteurs de pondération de la température (g1 + g2 + g3 = 1)

La charge en humidité d’un local est dépendante de la production d’humidité G, le l’humidité de l’air extérieur et du débit d’air neuf qv. L’excédent d’humidité dans le local ∆ν peut être déterminé selon la formule 3.5. La production d’humidité G d’une personne est indiquée au tableau 3.2 en fonction de son activité.

(3.5)

Δν ν ν= − =i ev

Gq

g . m-3

∆ν Excédent d’humidité dans le local g . m-3

νi Humidité volumique de l’air intérieur g . m-3

νe Humidité volumique de l’air extérieur g . m-3

G Production d’humidité dans le local g . h-1

qv Débit d’air neuf m3/h

Activité Production d’humidité G en g/h

Couché inactif, sommeil 45

Assis inactif 60

Activité assise(bureau, école, laboratoire),debout inactif

70

Activité légère, debout(magasin, établi, laboratoire)

95

Activité modérée,debout (ménage, atelier)

115

Tableau 3.2: Dégagement de vapeur d’eau G d’une personne selon SIA 180:2014 [3.2]

L’excédent de pression de vapeur d’eau ∆p dans le local se détermine par la formule 3.6 et la pression de vapeur d’eau à l’intérieur pv,i par la formule 3.7:

θe

θi – θe θsi – θe

θsi

θi

Figure 3.2: Répartition de la température dans un mur isolé par l’extérieur [3.7]

(3.2)

fRsisi e

i e

=−

−

θ θθ θ

–

θsi Température de la surface intérieure °Cθe Température extérieure °Cθi Température intérieure °C

Pour les éléments de construction plans (flux de chaleur unidimensionnel): fRsi = 1 – (Rsi . U)Le facteur de température superficielle fRsi de la surface intérieure est indépendant de la température extérieure et de la température intérieure. Il est par conséquent apte à servir de valeur caractéristique indépendante du climat pour les éléments de construction. Ceci n’est pas seulement valable pour les éléments plans mais aussi pour les ponts thermiques. Ainsi le calcul de la température de surface intérieure θsi se simplifie selon la formule 3.3:

(3.3)

θsi = θe + fRsi . (θi – θe) °C

Les procédures de calcul des facteurs de température superficielle fRsi dans les cas complexes (ponts thermiques bi et tridimensionnels) sont spécifiées dans la norme ISO 10211 [3.5] et requièrent l’emploi d’un logiciel informatique. Dans le cas d’un élément de construction soumis à plus de deux températures environnantes (par exemple: climat intérieur θ1, cli

21

3 HUMIDITE


Pour un climat maritime, l’annexe A.2 répartit la charge hygrométrique en cinq classes d’hygrométrie selon le tableau 3.3. Pour chacune de ces classes, une valeur d’excédent d’humidité de l’air intérieur ∆ν, respectivement de l’excédent de pression de vapeur d’eau ∆p, est fournie à la figure 3.4 en fonction de la moyenne mensuelle de la température de l’air extérieur.

Classe d’hygrométrie

Bâtiment

1 Bâtiment inoccupé, entreposage de biens secs

2 Bureaux

3 Logements normalement occupés

4 Logements à fort taux d’occupation, commerces, halles de sport, cuisines, cantines, bâtiments avec installation de chauffage au gaz sans cheminée

5 Bâtiments spéciaux par exemple laveries, brasseries, piscines

Tableau 3.3: Classes d’hygrométrie intérieure (selon EN ISO 13788 [3.1])

0,008 1080kg/m3 Pa

ΔpΔv

810

540

270

1

2

3

4

5

0,006

0,004

0,002

0–5 0 5 10

Moyenne mensuelle de la température extérieure, °C

15 20 25 °C

Figure 3.4: Excédent d’humidité du local en fonction de la température de l’air extérieur (EN ISO 13788 [3.1])

Conditions aux limites du côté intérieur selon SIA 180 [3.2]Pour éviter les dégâts dus à l’humidité, l’humidité dans les locaux occupés ne doit pas dépasser les moyennes journalières indiquées au tableau 3.4 en

(3.6)

Δ Δp R T= ⋅ ⋅ν v i Pa

(3.7)

p p pv,i v,e= + Δ Pa

pv,i Pression de vapeur d’eau intérieure Papv,e Pression de vapeur d’eau extérieure Pa∆p Excédent de pression de vapeur d’eau du côté intérieur PaRv Constante spécifique des gaz pour la vapeur d’eau = 462 Pa . m3 . (kg . K)-1

Ti Température absolue intérieure K

3.4.2 Conditions aux limites

Conditions aux limites du côté intérieur selon EN ISO 13788 [3.1]Dans une annexe informative A.1, la norme procure des informations sur la température de l’air intérieur et son humidité pour un climat «continen-tal» et tropical selon la figure 3.3:

θ iθ i

θe

30

Température extérieure, °C

Tem

péra

ture

inté

rieur

e, °

CHu

mid

ité re

lativ

e de

l‘ai

r, %

25

20

AB

15

80

60

40

20–20 –10 10 20 300

Figure 3.3: Moyenne journalière de la température et de l’humidité de l’air dans les logements et les bâtiments de bureaux en fonction de la moyenne journalière de la température de l’air extérieur A: occupation normale, B: forte occupation (selon EN ISO 13788 [3.1])


22

fonction de la température de l’air extérieur. Les indications concernant les humidités relatives se basent sur une température de l’air intérieur de 20 °C et un fRsi de 0,70. Pour des conditions différentes de température d’air intérieur ou extérieur, l’humidité relative maximale admissible calculée par la formule 3.8 est représentée à la figure 3.5. Les débits d’air neuf doivent ainsi être choisis de manière à ce que ces limites ne soient pas dépassées.

90

80

70

60

50

40

30–20 –15 –10 –5 0 5 10

10 15 20 25

Température de l‘air extérieur, °C

Hum

idité

rela

tive

max

imal

e de

l‘ai

r, %

15 20 25

Température de l‘air intérieur °C

Figure 3.5: Humidité relative maximale admissible de l’air intérieur (moyenne journalière) (Norme SIA 180:2014 [3.2])

Avec d’autres conditions d’utilisation (température de l’air intérieur ≠ 20 °C) et dans les locaux présentant des ponts thermiques inévitables avec des facteurs de température superficielle inférieurs à 0,70, un calcul de l’humidité relative de l’air intérieur maximale admissible φi,max selon la formule 3.8, s’avère indispensable:

(3.8)

ϕθi,max

v,i,max

v,sat a,i

=p

p ( ) %

pv,i,max Pression de vapeur d’eau maximale admissible dans l’air du local Pa p+v,i,max = pe + Z . (pv,i,max – pe) = 0,8 . pv,sat (θsi) Risque de formation de moisissure pour 80 % HR avec facteur de sécurité Z = 1.25 Il s’ensuit: pv,i,max = 0,2 · pv,e + 0,8 . 0,8 . pv,sat (θsi)

pv,sat Pression de vapeur d’eau saturante pour la température donnée Pa

pv,e Pression de vapeur d’eau de l’air extérieur Pa pv,e = (0,75 – 0,0025 . θa,e) · pv,sat (θa,e)θsi Température de surface, calculée avec fRsi °Cθa,e Température de l’air extérieur °Cθa,i Température de l’air intérieur °C

Conditions climatiques extérieuresPour le calcul du risque de formation de moisissure sur une surface, les moyennes mensuelles de la température de l’air extérieur et intérieur doivent être utilisées. Pour le calcul du risque d’apparition de condensation sur les surfaces intérieures, les valeurs extrêmes doivent être employées: moyenne journalière qui, une fois sur une période de 20 ans, n’a pas été atteinte sur trois jours consécutifs. Ces valeurs sont disponibles pour la Suisse dans le cahier technique SIA 2028 [3.6].

3.4.3 Procédure de justification

La norme SIA 180:2014 [3.2] admet une justification simplifiée pour autant que l’humidité de l’air intérieur maximale admissible indiquée au tableau 3.4, respectivement à la figure 3.5, n’est pas dépassée. Les exigences sont remplies lorsque:

Température de l’air extérieur °C 20 15 10 5 0 -5 -10 -15 -20

pv,i,max, en Pa 1823 1605 1418 1255 1114 988 880 786 703

νi,max, en g/m3 13,5 11,9 10,5 9,3 8,2 7,3 6,5 5,8 5,2

φi,max, en % avec θi = 20 °C 78 69 61 54 48 42 38 34 30

Point de rosée θi,DP,max, en °C 16,0 14,1 12,2 10,3 8,6 6,8 5,1 3,5 1,9

Tableau 3.4: Moyenne journalière maximale admissible de l’humidité de l’air intérieur pour une température de l’air intérieur de 20 °C (Norme SIA 180:2014 [3.2])

23

3 HUMIDITE


– pour les éléments de construction plans, les valeurs U maximales selon SIA 180 paragraphe 4.1.2 sont respectées,

– pour les ponts thermiques constructifs sur les éléments de construction, à l’exception des fenêtres et des portes, le facteur de température superficielle fRsi est plus grand ou égal aux valeurs limites indiquées dans l’annexe F (voir Tableau 3.5) pour le lieu considéré.

Une vérification détaillée par calcul est indispensable lorsque l’humidité maximale admissible à l’intérieur est dépassée à cause de conditions d’utilisation particulières. Une vérification par calcul est aussi nécessaire pour les ponts thermiques importants (fRsi < valeur limite selon annexe F), même quand les humidités intérieures effectives sont bien inférieures aux maxima admissibles. Deux exemples sont présentés cidessous.

Humidité de l’air intérieur Humidité de l’air intérieur non contrôlée, Facteur de sécurité 1,25

Humidité de l’air intérieur constante de 50%, Marge de sécurité 5%

Prévention contre Formation de moisissure

Condensation superficielle

Formation de moisissure


Nom de la station

Altitudem sur mer fRsi,min

Mois critique fRsi,min fRsi,min

Mois critique fRsi,min

Adelboden 1320 0,70 Mars 0,61 0,72 Janvier 0,74

Aigle 381 0,70 Avril 0,60 0,69 Janvier 0,72

Altdorf 449 0,72 Avril 0,60 0,69 Janvier 0,70

Basel-Binningen 316 0,71 Avril 0,60 0,68 Janvier 0,73

Bern-Liebefeld 565 0,71 Avril 0,60 0,71 Janvier 0,73

Buchs-Aarau 387 0,70 Avril 0,61 0,70 Janvier 0,73

Chur 555 0,73 Avril 0,61 0,70 Janvier 0,74

Davos 1590 0,70 Avril 0,62 0,76 Janvier 0,76

Disentis 1190 0,71 Avril 0,61 0,72 Janvier 0,75

Engelberg 1035 0,70 Avril 0,62 0,73 Janvier 0,76

Genève-Cointrin 420 0,72 Avril 0,59 0,68 Janvier 0,70

Glarus 515 0,72 Avril 0,61 0,71 Janvier 0,73

Grand-St-Bernard 2472 0,70 Janvier 0,62 0,78 Février 0,78

Güttingen 440 0,70 Avril 0,60 0,70 Janvier 0,73

Interlaken 580 0,71 Avril 0,60 0,71 Janvier 0,72

La Chaux-de-Fonds 1019 0,70 Avril 0,61 0,72 Janvier 0,75

La Frétaz 1202 0,70 Février 0,61 0,72 Janvier 0,75

Locarno-Monti 366 0,76 Avril 0,58 0,65 Janvier 0,64

Lugano 273 0,73 Mars 0,58 0,65 Janvier 0,63

Luzern 456 0,71 Avril 0,60 0,70 Janvier 0,73

Magadino 197 0,73 Avril 0,58 0,69 Janvier 0,66

Montana 1508 0,71 Avril 0,61 0,73 Janvier 0,74

Neuchâtel 485 0,72 Avril 0,59 0,68 Janvier 0,70

Payerne 490 0,70 Avril 0,60 0,70 Janvier 0,71

Piotta 1007 0,72 Avril 0,61 0,72 Janvier 0,72

Tableau 3.5: Facteurs de température superficielle minimaux acceptables selon SIA 180C1:2015, annexe F


24 Humidité de l’air intérieur Humidité de l’air intérieur non contrôlée, Facteur de sécurité 1,25

Humidité de l’air intérieur constante de 50%, Marge de sécurité 5%

Prévention contre Formation de moisissure


Formation de moisissure


Nom de la station

Altitudem sur mer fRsi,min

Mois critique fRsi,min fRsi,min

Mois critique fRsi,min

Pully 461 0,72 Avril 0,59 0,67 Janvier 0,69

Robbia 1078 0,72 Avril 0,60 0,73 Janvier 0,72

Rünenberg 610 0,71 Avril 0,61 0,70 Janvier 0,74

Samedan 1705 0,71 Avril 0,63 0,80 Janvier 0,78

San Bernardino 1639 0,71 Mars 0,62 0,75 Janvier 0,76

St. Gallen 779 0,71 Avril 0,61 0,71 Janvier 0,74

Schaffhausen 437 0,71 Avril 0,61 0,70 Janvier 0,74

Scuol 1298 0,72 Avril 0,61 0,76 Janvier 0,76

Sion 482 0,74 Avril 0,60 0,71 Janvier 0,71

Ulrichen 1345 0,71 Avril 0,62 0,78 Janvier 0,78

Vaduz 460 0,73 Avril 0,61 0,69 Janvier 0,73

Wynau 422 0,70 Avril 0,61 0,70 Janvier 0,74

Zermatt 1638 0,72 Avril 0,62 0,75 Janvier 0,75

Zurich-Kloten 425 0,71 Avril 0,61 0,70 Janvier 0,74

Zurich MeteoSuisse 556 0,71 Avril 0,60 0,70 Janvier 0,73

Valeur maximale 0,76 0,63 0,80 0,78

Tableau 3.5: Facteurs de température superficielle minimaux acceptables selon SIA 180C1:2015, annexe F (suite) Conditions de calcul: – Durée de référence: saison froide d’octobre à avril

– Climat intérieur: selon tableau 3.4, θa,i = 20 °C – Valeurs limites pour l’humidité relative de la couche d’air proche de la surface: 80% pour le risque de

moisissure, 100% pour la condensation superficielle – Marges de sécurité: – humidité de l’air non contrôlée: la différence de pression de vapeur ∆p est

multipliée par un facteur 1,25 – humidité de l’air contrôlée: marge de 5% sur l’humidité relative du local

25

3 HUMIDITE


Justification par calcul détaillé selon SIA 180

Exemple: calcul de fRsi pour un local sans contrôle de l’humidité de l’airClimat extérieur Lucerne (cahier technique SIA 2028 [3.6])Climat intérieur selon le tableau 3.4 et la figure 3.5 avec θa,i = 20 °CRisque de moisissure pour des températures moyennes mensuelles θa,e,m (marge de sécurité 1.25)

Mois

θa,e,m SIA 2028

°C

νe,m

SIA 2028

g/m3

pe,m = νe,mRvTe,m

Pa

pv,i,max F 3.8

Pa

p+v,i,max = pe,m + 1,25Δp

Pa

p+v,i,max

0,8

Pa

θsi,min

°C

fRsi

F 3.2

-

Octobre 10.2 8.04 1052 1424 1517 1896 16.67 0.660

Novembre 4.5 5.71 732 1240 1367 1709 15.04 0.680

Décembre 2.0 4.76 605 1168 1309 1636 14.37 0.687

Janvier 0.5 4.27 540 1127 1274 1593 13.95 0.690

Février 1.8 4.39 557 1163 1315 1644 14.44 0.695

Mars 5.7 5.19 668 1276 1428 1785 15.72 0.701

Avril 8.8 6.07 790 1376 1523 1904 16.73 0.708

Risque de condensation pour des températures minimales θa,e,min (marge de sécurité 1.25)

Critère

θa,e,min SIA 2028

°C

νe,min

SIA 2028

g/m

pe,m = νe,mRvTe,m

Pa

pv,i,max

F 3.8

Pa

p+v,i,max = pe,m + 1,25Δp

Pa

θsi,DP

°C

fRsi

F 3.2

-

Valeurminimale -13.9 1.33 159 805 967 6.5 0.602

Exemple: calcul du débit volumique d’air neuf minimal indispensable qv,minClimat extérieur Lucerne (cahier technique SIA 2028 [3.6])Climat intérieur selon le tableau 3.4 et la figure 3.5 avec θa,i = 20 °CProduction d’humidité G = 300 g/h

Monat

θe,m in SIA 2028

°C

νe,m in SIA 2028

g/m3

θa,i

°C

pv,i,max F 3.8

Pa

φi,max

%

νi,max = pv,i,max

Rv ٠ Ti

g/m3

qv,min = G

νi,max ‒ νe,m

m3/h

Octobre 10.2 8.04 20 1424 60.9 11.68 82

Novembre 4.5 5.71 20 1240 53.1 10.17 67

Décembre 2.0 4.76 20 1168 50.0 9.58 62

Janvier 0.5 4.27 20 1127 48.2 9.25 60

Février 1.8 4.39 20 1163 49.8 9.54 58

Mars 5.7 5.19 20 1276 54.6 10.47 57

Avril 8.8 6.07 20 1376 58.9 11.29 57

26 3.5.1 Pare-vapeur/barrière-vapeur

Les éléments parevapeur/barrièrevapeur sont de minces couches de matériau qui présentent des résistances à la diffusion de vapeur d’eau élevées et des résistances thermiques négligeables (parevapeur: sd > 1,3 m, barrièrevapeur: sd > 130 m). Ils sont placés du côté intérieur pour réduire le flux de vapeur de façon à éviter la formation de condensation interstitielle en trop grande quantité. Une barrièrevapeur peut toutefois aussi avoir des effets secondaires indésirables en empêchant l’asséchement de l’élément de construction vers l’intérieur. Ceci peut par exemple s’avérer nécessaire lorsque, durant la phase de construction, l’élément a été mouillé par la pluie ou quand, suite à un endommagement local de la barrièrevapeur, de la vapeur d’eau s’est introduite dans l’élément au cours du temps.

Pare-vapeur adaptatifAfin d’améliorer le potentiel d’assèchement d’un élément de construction, des couches de matériau s’adaptant à l’humidité par la variabilité de leur ré

sistance à la diffusion de vapeur d’eau peuvent être utilisées. De tels parevapeurs sont qualifiés d’adaptatifs. L’évolution typique de la valeur sd d’un parevapeur adaptatif est représentée à la figure 3.6. La plage dynamique d’épaisseur d’air équivalente pour la diffusion de vapeur d’eau sd peut, selon le produit, s’étendre de 0,3 jusqu’à plus de 20 m.

6

4

2

00 20 40 60

Humidité relative, %

Vale

ur S

d, m

80 100

Figure 3.6: Evolution schématique de la valeur sd d’un parevapeur adaptatif

3.5 Diffusion de vapeur d’eau à travers les éléments de construction

27

3 HUMIDITE

3.10 Références: Humidité

[3.1] Performance hygrothermique des composants et parois de bâtiments – Température superfi-cielle intérieure permettant d’éviter l’humidité superficielle critique et la condensation dans la masse – Méthodes de calcul (Norme ISO 13788:2012)

[3.2] Protection thermique, protection contre l’hu-midité et climat intérieur dans les bâtiments (Norme SIA 180:2014 et SIA 180C1:2015)

[3.3] K. Sedlbauer: Vorhersage von Schimmelpilz-bildung auf und in Bauteilen. Dissertation Universität Stuttgart (2001)

[3.4] K. Sedlbauer, Th. Gabrio: Schimmelpilze und Beurteilungsklassen zur Gesundheitsgefähr-dung, IBPMitteilung 401, FraunhoferInstitut für Bauphysik, Stuttgart (2002)

[3.5] Ponts thermiques dans les bâtiments – Flux thermiques et températures superficielles – Calculs détaillés (Norme ISO 10211:2015, version allemande et anglaise)

[3.6] Données climatiques pour la physique du bâ-timent, l’énergie et les installations du bâti-ment, Cahier technique SIA 2028 (2010)

sia_2028_2015_f_kompaktdaten.xls (http://www.energytools.ch/index.php/fr/

telecharger/banquesdedonnees)[3.7] SIA Dokumentation D 0166: Wärme- und

Feuchteschutz im Hochbau – Leitfaden zur An- wendung der Norm SIA 180, Ausgabe 1999, SIA 2001

29

4.4 Renouvellement d’air et transport de polluants

4.4.3 Débits d’air volumiques par les fenêtres

L’aération des bâtiments en Europe centrale se fait encore majoritairement par les fenêtres. Ces der-nières sont opérées manuellement mais peuvent cependant aussi en principe être actionnées de fa-çon motorisée. Les fenêtres battantes, oscillantes et coulissantes sont des types de fenêtres répandus.Grace à leurs surfaces importantes, même avec de faibles différences de pression entre l’intérieur et l’extérieur, des débits d’air volumiques déjà signi-ficatifs peuvent s’y écouler. On peut distinguer la ventilation unilatérale et la ventilation transver-sale. Une ventilation unilatérale se produit lorsque seules les fenêtres d’une façade sont ouvertes. Le re-nouvellement d’air est alors principalement causé par les différences de température, respectivement de densité, entre l’intérieur et l’extérieur. La ventila-tion transversale résulte surtout des différences de pression induites par le vent.

Ventilation unilatéraleDans le cas de la ventilation unilatérale, le débit d’air volumique au travers d’une ouverture rectan-gulaire (par exemple fenêtre battante) causé par la différence de température entre l’intérieur et l’exté-rieur (Ti > Te) peut être considéré comme un écou-lement bidirectionnel illustré à la figure 4.1. Le débit d’air neuf qv peut être calculé de façon appro-chée par la formule 4.1 (références [4.1 et 4.2]):

Figure 4.1: Ecoulement bidirectionnel à travers une fenêtre ouverte

(4.1)

= ⋅ ⋅ ⋅c H L g H T TTd

i e

e

⋅ ⋅ ⋅−1

3( )qv,ouverture rectangulaire

m3 . h-1

cd Coefficient de décharge -L Largeur de l’ouverture mH Hauteur de l’ouverture mA Aire de l’ouverture A = H . L m2

g Accélération de la pesanteur g = 9.81 m . s-2

Ti Température de l’air intérieur KTe Température de l’air extérieur K

La paramètre empirique cd est particulièrement dé-pendant de la position et de la géométrie de la fe-nêtre [4.2] et peut – si aucun résultat d’expériences ou de simulations CFD n’est disponible – être gros-sièrement estimé avec une valeur égale à 0.6.La figure 4.2 représente sur un exemple l’ordre de grandeur du débit d’air neuf au travers d’une fe-nêtre battante ouverte en fonction de sa hauteur et de la différence de température.

4 ECOULEMENTS D’AIR


30

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

0 2 4 6 14 16 18 20

Débi

t d‘a

ir ne

uf q

v, m

3 /h

8 10 12

Différence de température (Ti–Te), K

Battant de fenêtre: B = 0.55 m

1.0

1.2

1.4

Hauteur de la fenêtre H, m

1.6

2.0

1.8

Figure 4.2: Débit d’air neuf en fonction de la différence de température et de la hauteur H de la fenêtre. Exemple d’une fenêtre battante avec une largeur B = 0.55 m (cd = 0,6, θa,i = 25 °C)

Pour les fenêtres oscillantes, comme illustré à la fi-gure 4.3, le débit d’air neuf peut être estimé de façon approchée avec la formule 4.2. Les facteurs empi-riques ck du tableau 4.1 proviennent de mesures sur des fenêtres avec des rapports d’aspect H/B variant de 1 à 2 [4.1].

Figure 4.3: Ecoulement bidirectionnel à travers une fenêtre oscillante ouverte

(4.2)

qv,oscillo-battant (α) = ck (α) . qv,ouverture rectangulaire m3 . h-1

31

4 ECOULEMENTS D’AIR


α en ° 0 5 10 15 20 25 30 45 60 90 180

ck (α) 0,00 0,09 0,17 0,25 0,33 0,39 0,46 0,62 0,74 0,90 1,0

Tableau 4.1: Facteur empirique ck en fonction de l’angle d’ouverture α [4.1] ck (α) = 2,60 . 10-7 . α3 – 1,19 . 10-4 . α2 + 1,86 . 10-2 . α

Le débit d’air neuf réduit au travers d’une fenêtre oscillante est représenté à la figure 4.4 en comparai-son avec celui au travers d’une fenêtre ouverte pour

un battant dont les dimensions sont B = 0.55 m et H = 1.0 m.

0

50

100

150

200

250

300

350

400

40 2 6 14 16 18 208 10 12

Ouverte

30°

25°

Inclinée

20°

15°

Battant de fenêtre: B = 0.55 m H = 1.0 m

10°

5°

α

Différence de température (Ti–Te), K

Débi

t d‘a

ir ne

uf q

v, m

3 /h

Figure 4.4: Débit d’air neuf au travers d’une fenêtre oscillante en fonction de la différence de température et de l’angle d’ouverture α en comparaison avec une fenêtre battante ouverte B = 0.55 m, H = 1.0 m, (cd = 0,6 , θa,i = 25 °C)

32

4.7 Références: Ecoulements d’air

[4.1] Cahier technique SIA 2013, Ventilation des habitations, Société suisse des ingénieurs et des architectes (SIA), Zurich, 2008

[4.2] P.A. Favarolo, H. Manz: Temperature driven single-sided ventilation through a large rec-tangular opening, Building and Environ-ment 40 (2005), 689–699

33

6.2 Evaluation de la puissance de chauffage et des besoins d’énergie

6.2.2 Correction climatique à l’aide des écarts de température cumulés (ETC)

La consommation d’énergie de chauffage peut être convertie pour d’autres périodes de temps ou d’autres climats au moyen des écarts de tempéra-ture cumulés (ETC). Ceux-ci servent, tout comme les degrés-jours de chauffage, d’indice de la rigueur d’un climat. Dans la norme SIA 380 [6.1], l’écart de température cumulé θΣ,per est défini selon la for-mule 6.1 comme la somme des écarts positifs entre une température de base θb et la température exté-rieure moyenne journalière θe,m durant les jours de la période considérée.

(6.1)

θ θ θΣ ,per b e,m= −∑( ) pour tous les jours si

( )θ θb e,m− > 0 K

θb Température de base °Cθe,m Moyenne journalière de la température extérieure °C

La température de base peut en principe être com-prise comme la température de l’air extérieur au-dessus de laquelle la puissance de chauffage est nulle. Selon [6.1], une température de base géné-ralement fixée à 12 °C doit être utilisée. Toutefois, pour des bâtiments ayant de faibles besoins de cha-leur pour le chauffage, la température de base peut aussi être déterminée en fonction du bâtiment se-lon la formule du tableau 6.1.

La température de base peut aussi être estimée en fonction du facteur d’enveloppe Ath/AE, du niveau d’isolation thermique et de la valeur de consigne de la température intérieure θi:θb = Ath/Ae . 2,5 °C + θb,0 + 0,8 . (θi – 20 °C)

Des valeurs standards d’écarts de température cu-mulés basées sur une période d’observation de 20 ans sur 40 stations en Suisse, sont fournies dans le cahier technique SIA 2028-C1:2015 [6.2] pour des températures de base de 8 °C, 10 °C et 12 °C. Le ta-bleau 6.2 indique des valeurs pour une température de base de 12 °C.

ApplicationsLa consommation d’énergie de chauffage d’une période donnée peut être convertie à celle d’une année complète, par exemple lors d’un déménage-ment, à l’aide des écarts de température cumulés.

(6.2)

E EH, an,an

, perH, per =

θ

θΣ

Σ

⋅ –

De façon similaire, la consommation d’énergie de chauffage dans un climat donné peut être convertie à celle dans un autre climat.

(6.3)

E EH, 1, per1

, per2H,2 =

θ

θΣ

Σ

⋅ –

Niveau d’isolation thermique

Etat Valeur limite 2001 Valeur limite 2009 Valeur cible 2009

θb,0 12,5 K 10,0 K 7,5 K 5,0 K

Tableau 6.1: Valeur θb,0 pour le calcul de la température de base de bâtiments avec différents niveaux d’isolation ther-mique selon SIA 380 [6.1]

6 ENERGIE/PUISSANCE

34 Station Abréviation Jan Fev Mars Avr Mai Juin Juil Août Sep Oct Nov Déc Année

Adelboden ABO 410 365 319 238 100 52 16 15 67 149 300 372 2404

Aigle AIG 339 269 180 93 16 2.5 0.1 0.1 7.3 62 208 301 1478

Altdorf ALT 336 279 192 104 20 5.5 0.4 0.9 8.9 65 208 297 1518

Basel-Binningen BAS 321 258 165 90 18 2.3 0 0.1 7.5 61 199 281 1402

Bern Liebefeld BER 375 302 210 124 27 6.8 0.4 0.8 15 85 242 333 1721

Buchs-Aarau BUS 354 292 194 107 18 3.9 0.2 0.4 11 78 226 310 1594

Chur CHU 357 292 195 107 22 7.5 0.8 1.7 14 72 220 321 1610

Davos DAV 517 457 405 306 151 86 37 35 114 213 380 477 3177

Disentis DIS 408 362 303 213 76 38 11 11 53 131 292 375 2272

Engelberg ENG 435 370 303 210 77 37 9.8 10 56 144 306 394 2353

Genève-Cointrin GVE 319 258 173 91 15 1.9 0 0 5.1 49 193 277 1383

Glarus GLA 392 321 227 124 28 11 1.6 2.3 18 87 246 344 1802

Grand-St-Bernard GSB 593 544 544 473 333 216 130 118 231 342 481 553 4558

Güttingen GUT 363 303 215 121 24 5.6 0.4 0.7 13 85 234 317 1681

Interlaken INT 391 317 223 128 28 8.8 0.8 1.3 15 92 250 345 1801

La Chaux-de-Fonds CDF 414 360 306 216 85 40 10 10 54 137 290 369 2292

La Frétaz FRE 409 362 322 245 110 56 17 16 72 157 299 368 2434

Locarno-Monti OTL 270 201 106 49 8.7 0.9 0 0 0.7 25 143 237 1041

Lugano LUG 269 204 110 44 4.8 0.3 0 0 0.2 20 127 231 1009

Luzern LUZ 355 290 197 108 21 4.9 0.3 0.4 9.5 72 224 312 1594

Magadino MAG 334 241 122 44 5.3 0.5 0 0 0.8 36 178 301 1264

Montana MVE 425 379 331 248 105 52 14 15 66 156 309 386 2487

Neuchâtel NEU 330 269 180 97 18 3.5 0.1 0.1 6.7 59 203 288 1455

Payerne PAY 362 294 203 117 24 5 0.2 0.3 12 79 233 320 1649

Piotta PIO 412 336 251 163 49 13 1 1.5 23 120 273 373 2017

Pully PUY 300 246 165 91 16 2.4 0 0 4.5 41 176 259 1301

Robbia ROB 437 362 270 169 53 17 0.9 2.5 35 139 283 386 2155

Rünenberg RUE 360 295 214 135 37 11 1 2.1 19 88 236 317 1715

Samedan SAM 660 555 458 326 168 87 32 37 135 262 453 600 3772

San Bernardino SBE 485 434 394 314 174 78 24 24 107 223 365 452 3075

St. Gallen STG 380 320 248 162 49 19 3.4 4.5 32 109 257 337 1920

Schaffhausen SHA 369 304 205 112 23 5.2 0.3 0.7 13 86 238 325 1681

Scuol SCU 506 419 328 216 75 37 9.3 11 58 169 354 472 2656

Sion SIO 374 282 166 76 11 1.2 0 0.1 6.1 68 232 346 1563

Ulrichen ULR 605 497 395 276 118 48 13 14 79 207 401 544 3198

Vaduz VAD 348 280 183 101 20 5.7 0.5 1.4 12 68 219 311 1549

Wynau WYN 372 312 221 124 25 5.4 0.3 0.5 14 89 242 327 1733

Zermatt ZER 495 433 374 277 129 64 21 23 96 208 368 458 2945

Zurich-Kloten KLO 365 301 206 115 23 4.9 0.3 0.7 13 85 237 319 1671

Zurich-MeteoSuisse SMA 360 294 204 120 27 8 0.6 1.4 15 83 233 316 1662

Tableau 6.2: Ecarts de température cumulés pour une température de base de 12 °C (Exemple de valeurs standards selon le cahier technique SIA 2028-C1:2015 [6.2])

6.2 Evaluation de la puissance de chauffage et des besoins d’énergie

6 ENERGIE/PUISSANCE

35ment heure après heure par la procédure de calcul ce qui permet de déterminer précisément les tempéra- tures opératives et les charges de chauffage ou de refroidissement. Une simulation dynamique peut dès lors être utilisée tant pour des calculs énergé-tiques que de confort et pour des conditions aux li-mites climatiques quelconques.

– La capacité thermique statique Cstat pour une perturbation unique (saut de température, par exemple vague de froid) est considérée pour les processus de refroidissement ou de chauffage par l’intermédiaire de la constante de temps τ.

(6.4)

C cstat i j j j= A d⋅ ⋅ ⋅∑ ∑ ρ kJ . K-1

Ai Surface de l’élément de construction i m2

dj Epaisseur de la couche j mρj Masse volumique de la couche j kg . m-3

cj Chaleur spécifique de la couche j kJ . (kg . K)-1

– La capacité thermique dynamique C pour une perturbation périodique (période T = 24h) est utilisée pour la justification énergétique selon SIA 380/1 sans prendre en compte les résistan-ces superficielles Rsi et Rse.

(6.5)

C= Ai i⋅∑ κ kJ . K-1


κi Capacité thermique surfacique de l’élément de construction (sans Rsi et Rse) calculée selon EN ISO 13786 [6.7] kJ . (m2 . K)-1

– La capacité thermique dynamique CR pour une perturbation périodique (période T = 24h) est utilisée pour la justification de la protection thermique d’été (confort thermique) selon SIA 180 en tenant compte des résistances superficiel-les Rsi et Rse.

6.4.1 Effet d’accumulation du bâtiment

La capacité thermique d’un local joue un rôle im-portant dans différentes procédures normalisées de calcul. Elle est toutefois définie de différentes ma-nières selon le type de problème traité. Trois situa-tions différentes sont essentiellement considérées:Lors d’une perturbation unique (saut de tempéra-ture), une charge ou une décharge de l’intégralité de l’accumulateur de chaleur se produit et les capa-cités thermiques de toutes les couches de l’élément de construction y participent. La capacité ther-mique du local se calcule selon la formule 6.4.Dans la méthode simplifiée du bilan mensuel SIA 380/1 [6.2] (norme de base EN ISO 13790 [6.6]), on admet une perturbation périodique (T = 24h) où dominent les apports radiatifs par les fenêtres ainsi que les apports internes par rayonnement qui agis-sent directement sur les surfaces des éléments de construction. La capacité thermique surfacique de l’élément de construction est par conséquent déter-minée sans réduction par un coefficient de trans-mission thermique. Le calcul de la capacité ther-mique d’un local C en kJ . K-1 ou MJ . K-1 se fait selon la formule 6.5. Comme valeur caractéristique de la capacité d’un local à accumuler de la chaleur, la ca-pacité thermique C est rapportée à la surface de ré-férence énergétique AE: C/AE en MJ/(m2 . K).

Pour la protection thermique d’été selon SIA 180 [6.4], l’absorption et le dégagement de chaleur par les surfaces des éléments de construction sont prépondérants pour pouvoir évaluer le risque de surchauffe. La capacité thermique du local CR en kJ . K-1 est spécifiée dans la norme avec l’unité Wh/K et est déterminée en tenant compte des résistan-ces thermiques superficielles selon la formule 6.6. Comme valeur caractéristique de la capacité d’un local à accumuler de la chaleur, la capacité ther-mique CR est rapportée à la surface nette de plan-cher ASN: CR/ASN en Wh/(m2 . K).Lors d’une simulation dynamique, la capacité d’accumulation de chaleur individuelle de chaque élément de construction est considérée explicite-

6.4 Effet d’accumulation

36 (6.6)

CR i i= A ⋅∑ κ kJ . K-1


κi Capacité thermique surfacique de l’élément de construction (avec Rsi et Rse) calculée selon EN ISO 13786 [6.7] kJ . (m2 . K)-1

Le tableau 6.3 présente une classification grossière de l’ordre de grandeur de la capacité thermique d’un local pour divers types de construction et d’application (SIA 380/1 et SIA 180).

Type de construc-tion

Exemplesτ = Cstat/H h

SIA 380/1C/AE

MJ/(m2K)

SIA 180CR/ASN

Wh/(m2K)

Très lourde Tous les trois éléments thermiquement actifs (plafond, plancher, tous les murs) sont massifs et sans revêtement

450–600 0.6–0.8 75–90

Lourde Au moins deux des trois éléments thermiquement actifs (pla-fond, plancher, tous les murs) sont massifs et sans revêtement

300–500 0.4–0.6 60–75

Moyenne Au moins un des trois éléments thermiquement actifs (pla-fond, plancher, tous les murs) est massif et sans revêtement

200–450 0.2–0.4 45–60

Légère Structure porteuse en bois avec éléments thermiquement actifs (plafond, plancher, murs) massifs et sans revêtement

50–250 0.1–0.2 30–45

Très légère Bâtiment industriel avec éléments de construction légers, bâtiments avec isolation intérieure

30–100 0.05–0.1 15–30

Tableau 6.3: Classification de la capacité thermique d’un local selon le type de construction et d’application

6.5.1 Preuve du besoin de refroidissement selon SIA 382/1

Le besoin d’un refroidissement mécanique est traité dans la norme SIA 382/1:2014 [6.5]. Le respect des exigences de la norme SIA 180:2014 [6.4] (con-fort thermique, qualité de l’air intérieur, étanché-ité à l’air, protection thermique d’hiver et d’été ainsi que protection contre l’humidité) et des exigences acoustiques de la norme SIA 181:2006 [6.8] est une condition préalable pour un refroidissement. Une

première évaluation de la nécessité d’un refroidis-sement peut se faire au moyen du tableau 6.4 sur la base des apports thermiques internes journaliers par unité de surface nette de plancher et des possi-bilités existantes de ventilation par les fenêtres en supplément à la ventilation mécanique.Pour déterminer les apports thermiques internes, les dégagements effectifs de chaleur des personnes, des appareils et de l’installation d’éclairage doivent être utilisés. Les puissances électriques raccordées des appareils (indications figurant sur les étiquet-

6.5 Besoin de refroidissement

Apports thermiques internes, par jour en Wh/m2 Refroidissement

Avec aération par les fenêtres jour et nuit

Avec aération par les fenêtresquand les locaux sont occupés

Sans aération par les fenêtres

> 200140–200

< 140

> 140100–140

< 100

> 12080–120

< 80

nécessairesouhaitable1)

superflu1)

1) Refroidissement admis seulement avec des installations de faible puissance selon 5.5 (cf. 4.5.5.3)

Tableau 6.4: Évaluation de la nécessité du refroidissement selon SIA 382/1:2014 [6.5]

6 ENERGIE/PUISSANCE

37


tes des appareils) ne sont pas pertinentes pour cette évaluation. Des informations sur les valeurs ty-piques de différentes utilisations se trouvent dans le cahier technique SIA 2024 [6.9]. Les valeurs ma-ximales ne sont admises que si leur nécessité est dé-montrée.Un examen plus poussé du besoin refroidissement peut être réalisé à l’aide d’une simulation dyna-mique appropriée ou, pour un bâtiment existant, par une mesure de la température des locaux. Le critère d’évaluation consiste à comparer la tem-pérature opérative avec la courbe limite supérieure pour un local chauffé, refroidi et ventilé mécani-quement (courbe 2 de la figure 6.1). Les conditions de calcul à employer pour une simulation dyna-mique sont spécifiées dans l’annexe E de la norme SIA 382/1:2014.

Avec cette procédure plus approfondie, le besoin de refroidissement est donné dès lors que les valeurs horaires de la température opérative du local du-rant la période d’utilisation dépassent la courbe li-mite de la figure 6.1 plus de 100 h par an. Avec un dépassement allant jusqu’à 100 h par an, un refro-idissement est souhaitable alors qu’en absence de tout dépassement, un refroidissement n’est pas in-dispensable. Les valeurs horaires de la température opérative doivent être associées à la température extérieure moyenne glissante sur 48 heures.Dans le cas des bâtiments existants et des habita-tions à ventilation mécanique, on admettra une to-lérance supérieure, compte tenu de l’adaptation des utilisateurs. Dans de tels cas, le dépassement peut atteindre 400 h au lieu de 100 h par an.

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

32

33

34

Tem

péra

ture

opé

rativ

e, °

C

Justification SIA 382/1, annexe E

Justification SIA 180, annexes C.1 et C.2 1

2

7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30


Figure 6.1: Comparaison des courbes de la limite supérieure de la température opérative comme critère d’évaluation - Courbe 1: Justification selon SIA 180:2014 annexes C.1 et C.2 (ventilation naturelle) - Courbe 2: Justification du refroidissement selon SIA 382/1:2014 annexe E (ventilation mécanique)

38


6.5.2 Principes pour la planification

Un refroidissement mécanique peut être évité lors-qu’il est possible de minimiser les apports de chaleur (apports solaires et charges internes), d’accumuler

de la chaleur dans la masse du bâtiment et d’extraire de la chaleur par des moyens de ventilation efficaces. La figure 6.2 montre les principaux paramètres qui doivent être considérés lors de la planification.

Figure 6.2: Mesures pour éviter un refroidissement artificiel

Ventilationna (jour/nuit)

Charges internesΣQ intΣ A ⋅ g

Apports solairesτ, CR / ASN

Capacitéd’accumulation

Minimisation des charges- taille des fenêtres- protection solaire- appareils efficaces + éclairage

Mesures de ventilation pour extraire les charges

Surfaces d‘éléments de construction efficaces pour l‘accumulation

- ventilation par les fenêtres (volet d‘aération, ventilation transversale)- ventilation mécanique, free cooling

6 ENERGIE/PUISSANCE

39[6.6] EN ISO 13790, Performance énergétique des bâtiments – Calcul des besoins d’énergie pour le chauffage et le refroidissement des locaux, CEN Bruxelles, 2008

[6.7] EN ISO 13786:2015, Performance thermique des composants de bâtiment – Caractéristiques thermiques dynamiques – Méthodes de calcul, CEN Bruxelles, 2015 (version allemande et anglaise)

[6.8] Norme SIA 181, Protection contre le bruit dans le bâtiment, Société suisse des ingéni-eurs et des architectes (SIA), Zurich, 2006

[6.9] Cahier technique SIA 2024, Données d’utilisation des locaux pour l’énergie et les installations du bâtiment, Société suisse des ingé-nieurs et des architectes (SIA), Zurich, 2015

[6.1] Norme SIA 380, Bases pour les calculs énergétiques des bâtiments, Société suisse des in-génieurs et des architectes (SIA), Zurich, 2015

[6.2] Norme SIA 380/1, L’énergie thermique dans le bâtiment, Société suisse des ingénieurs et des architectes (SIA), Zurich, 2009

[6.3] Korrigenda Merkblatt SIA 2028-C1:2015, Klimadaten für Bauphysik, Energie und Gebäudetechnik, Schweizerischer Ingenieur- und Architekten-Verein, Zürich, 2015

[6.4] Norme SIA 180, Protection thermique, protection contre l’humidité et climat intérieur dans les bâtiments, Société suisse des ingéni-eurs et des architectes (SIA), Zurich, 2014

[6.5] Norme SIA 382/1, Installations de ventilation et de climatisation Bases générales et performances requises, Société suisse des in-génieurs et des architectes (SIA), Zurich, 2014

6.7 Références: Energie/Puissance

41

9 Annexes

41

9 Annexes

9.5 Pouvoir calorifique des agents énergétiques et des matériaux de construction

Agent énergétique Densité kg/m3

Pouvoir calorifique supérieur Hs kWh/kg

Pouvoir calorifique inférieur Hi

kWh/kg

Hi/Hs

Produits pétroliers– mazout EL– propane (liquide)– butane (liquide)– benzine– carburant diesel– carburant d’avion

840510580740840820

12,514,013,812,712,712,7

11,812,912,711,811,911,9

0,940,920,920,930,940,94

Charbon– houille– lignite

8,15,8

7,85,6

0,960,96

Bois1) 5,5

Déchets– incinération d’ordures 3,3

Gaz2)

– gaz naturel– biogaz de qualité équivalente

au gaz naturel3)

– méthane– propane– butane

0,800,800,722,012,70

11,211,211,128,135,0

10,110,110,025,932,7

0,900,900,900,920,94

1) Pouvoir calorifique supérieur par kg de substance sèche Bois en bûches: 1 stère bois dur = 400 kg de substance sèche bois tendre = 280 kg de substance sèche Bois en plaquettes: 1 m3 de plaquettes bois dur = 200 kg (175–230 kg) de substance sèche bois tendre = 140 kg (110–160 kg) de substance sèche Pellets: 1 m3 de pellets = 660 kg de substance sèche2) Par m3 normalisé (0 °C, 101,3 kPa)3) Selon SSIGE GE 13, Directives pour l’injection de biogaz dans le réseau de gaz naturelSources: Statistique suisse de l’énergie; Recknagel/Sprenger/Schramek; Energie-bois suisse; Union pétrolière; Ecoinvent; VDI Wärmeatlas

Tableau 9.1: Pouvoir calorifique supérieur et inférieur des agents énergétiques [9.1]

42 9.7.7 Chute d’air froid contre une surface verticale

La vitesse locale de l’air contre une surface verticale froide peut être déterminée selon SIA 180 [9.2] par cette formule:

(9.1)

v k Hmax = ⋅ ⋅Δθ m/s

∆θ Différence de température entre l’air du local et la surface froide K

H Hauteur de la surface verticale mk Coefficient de régression m0.5 . K-0.5 . s-1

Pour estimer les vitesses de l’air en fonction de la distance x à la surface froide pour un point situé à 0.1 m au-dessus du sol, les coefficients de régres-sion k du tableau 9.2 ont été déterminés pour des espaces avec et sans charges thermiques convec-tives. Dans le cas sans charges thermiques, ces va-leurs ont été déterminées expérimentalement [9.3] alors que pour le cas avec charges thermiques convectives, des simulations CFD [9.4] ont été uti-lisées. Dans ce dernier cas, un local (dimensions l · b · h = 5 m · 3 m · 3 m) avec mobilier et charges thermiques internes convectives a été considéré. La quantité de mouvement des courants générés par les sources de chaleur internes renforce le courant descendant le long de la surface froide. Il en résulte de plus hautes vitesses d’air au pied de la surface froide.

Pour l’estimation des charges thermiques, il faut noter que seules les charges thermiques convectives doivent être considérées. Les rejets de chaleur sen-sible d’une personne ayant une activité assise calme se montent au total à 70 W dont environ 35 W pour la part convective. Pour les appareils électriques, environ 80 % de la charge thermique est délivrée sous forme convective.

Calcul de la valeur U maximale admissibleEn employant la différence de température Δθ entre l’air intérieur et la surface froide, le coefficient de transmission thermique maximale admissible U peut être déterminé par l’équation suivante:

(9.2)

Δθθ θ

=⋅ −

−⋅U

hq Ih

( )i e

i

i s

i

K

θi Température intérieure °Cθe Température extérieure °CU Coefficient de transmission thermique W/(m2 . K)hi Coefficient de transfert thermique

superficiel intérieur W/(m2 . K)qi Taux de charge thermique secondaire –Is Intensité du rayonnement solaire global W/m2

A partir de l’équation 9.2 on constate que le rayon-nement solaire incident réduit la différence de tem-pérature Δθ et, par conséquent la chute d’air froid aussi. Dès lors, les situations critiques se mani-festent en absence de rayonnement solaire.

Distance à la paroi Coefficient de régression k (m0.5 ⋅ K-0.5 ⋅ s-1)

Espace sans charges thermiques [9.3] Espace avec charges thermiques [9.4]

x < 0,4 m 0,055 0,083

0,4 m ≤ x ≤ 2 m 0,095 / (x + 1,32) 0,143 / (x + 1,32)

x > 2 m 0,028 0,043

Tableau 9.2: Coefficient de régression k [9.2]

9.7 Confort thermique

43

9 Annexes

La valeur U maximale admissible d’un élément de construction Umax – pour une vitesse d’air maximale admissible vmax – se calcule par l’équation 9.3 [9.2]:

(9.3)

U

v hk H

q I

max

max

≤

⋅⋅

+ ⋅

−( )

2

2i

i s

i eθ θ W/(m2 . K)

θi Température intérieure °Cθe Température extérieure °CU Coefficient de transmission thermique W/(m2 . K)hi Coefficient de transfert thermique

superficiel intérieur W/(m2 . K)qi Taux de charge thermique secondaire –H Hauteur de l’élément de construction mk Coefficient de régression m0.5 . K-0.5 . s-1

vmax Vitesse de l’air maximale admissible m/sIs Intensité du rayonnement solaire global W/m2

Les figures 9.1 à 9.3 montrent les effets de la tem-pérature de l’air extérieur, de l’inconfort causé par courant d’air DR, et des charges thermiques in-ternes sur la valeur U maximale admissible.

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

1.8

0.5 1.0 1.5 3.02.5 3.5 4.02.0Hauteur de l‘élément de construction H, mVa

leur

U d

e l‘é

lém

ent d

e co

nstru

ctio

n, W

/(m2 K

)

θe= -10°C

θe= -5°C

θe= 0°C

Figure 9.1: Exemples de coefficients de transmission thermique maximale admissibles U d’un élément de cons-truction en fonction de sa hauteur et de la température de l’air extérieur pour un local avec des charges thermiques internes (θi = 21 °C, Is = 0 W/m2, DR = 15 %, Tu = 50 %, Distance x = 1 m)

0.00.20.40.60.81.01.21.41.61.82.02.22.42.62.8

1.0 1.5 2.0 3.0 3.5 4.02.5Hauteur de l‘élément de construction H, m

DR = 15 %

Vale

ur U

de

l‘élé

men

t de

cons

truct

ion,

W/(m

2 k)

DR = 20 %

Figure 9.2: Exemples de coefficients de transmission thermique maximale admissibles U d’un élément de construction en fonction de sa hauteur et de l’inconfort causé par courant d’air DR pour un local avec des charges thermiques internes (θi = 21 °C, θe = 0 °C , Is = 0 W/m2, Tu = 50 %, Distance x = 1 m)

0.00.20.40.60.81.01.21.41.61.82.02.22.42.62.8

1.0 1.5 2.0 3.0 3.5 4.02.5Hauteur de l‘élément de construction H, m

sans charges thermiques

Vale

ur U

de

l‘élé

men

t de

cons

truct

ion,

W/(m

2 K)

avec charges thermiques

Figure 9.3: Exemples de coefficients de transmission thermique maximale admissibles U d’un élément de construction en fonction de sa hauteur et de la tempéra-ture de l’air extérieur pour un local avec et sans charges thermiques internes (θi = 21 °C, θe = -5 °C, Is = 0 W/m2, DR = 15 %, Tu = 50 %, Distance x = 1 m)

9.7 Confort thermique

44

9.14a Protection solaire: Exigences et méthode simplifiée de calcul

Facteur de transmission totale d’énergie d’une fenêtreLe facteur de transmission d’énergie totale d’une fe-nêtre combine la part du vitrage et celle du cadre en les pondérant par leurs surfaces respectives se-lon la formule 9.4. Les caractéristiques thermiques et énergétiques de quelques vitrages sont fournies dans les tableaux 9.3 et 9.4. Les facteurs de trans-mission totale d’énergie de cadres de fenêtre ayant diverses couleurs et valeurs U sont indiqués au ta-bleau 9.5.

(9.4)

gg A g A

Awg g f f

w

=⋅ + ⋅∑ ∑

–

gw Facteur de transmission totale d’énergie de la fenêtre –

gg Facteur de transmission totale d’énergie du vitrage avec la protection solaire – selon EN 410 [9.4] respectivement EN 13363-1 [9.5]

gf Facteur de transmission totale d’énergie du cadre de la fenêtre –

Ag Surface vitrée m2

Af Surface du cadre de fenêtre m2

Aw Surface de la fenêtre (Aw = Ag + Af) m2

Vitrage Ug

W/(m2 ⋅ K)τv ρv τe qi g

Vitrage simple normal > 5 0,89 0,08 0,83 0,02 0,85

Vitrage isolant simple (revêtement dur) 3,7 0,82 0,11 0,68 0,06 0,74

Vitrage double normal 2,9 0,82 0,15 0,73 0,04 0,77

Vitrage isolant double 1,3 0,76 0,12 0,53 0,11 0,64

Vitrage isolant double 1,0 0,75 0,13 0,45 0,12 0,57

Vitrage combiné double 72/42 1.1 0,72 0,12 0,39 0,03 0,42

Vitrage combiné double 59/27 1,0 0,59 0,13 0,25 0,02 0,27



Vitrage triple normal 2,0 0,75 0,20 0,63 0,06 0,69

Vitrage isolant triple 0,7 0,71 0,14 0,42 0,09 0,51

Vitrage isolant triple 0,5 0,66 0,14 0,36 0,11 0,47

Vitrage combiné triple 65/38 0,7 0,65 0,14 0,32 0,06 0,38



Tableau 9.3: Caractéristiques thermiques et énergétiques de vitrages typiques

45

9 Annexes

9.14a Protection solaire: Exigences et méthode simplifiée de calcul

Vitrage Dispositif de protection solaire

Ensemble du système

Vitrage Ug

W/(m2 ⋅ K)g τv Teinte ρe,B τe,B τv gtot

protection solaire à l’extérieur

gtotprotection solaire à l’intérieur

Vitrage double normal 2,9 0,77 0,82 Claire 0,56 0,2 0,18 0,21 0,42

Vitrage double normal 2,9 0,77 0,82 Pastel 0,45 0,1 0.09 0,15 0,47

Vitrage isolant double 1,3 0,64 0,76 Claire 0,56 0,2 0,16 0,16 0,40

Vitrage isolant double 1,3 0,64 0,76 Pastel 0,45 0,1 0,08 0,11 0,44

Vitrage isolant double 1,0 0,57 0,75 Claire 0,56 0,2 0,16 0,15 0,38

Vitrage isolant double 1,0 0,57 0,75 Pastel 0,45 0,1 0,08 0,10 0,42

Vitrage combiné double 72/42 1,1 0,42 0,72 Claire 0,56 0,2 0,15 0,12 0,32

Vitrage combiné double 72/42 1,1 0,42 0,72 Pastel 0,45 0,1 0,08 0,09 0,33





Vitrage triple normal 2,0 0,69 0,75 Claire 0,56 0,2 0,17 0,18 0,41

Vitrage triple normal 2,0 0,69 0,75 Pastel 0,45 0,1 0,08 0,13 0,46

Vitrage isolant triple 0,7 0,51 0,71 Claire 0,56 0,2 0,15 0,13 0,36

Vitrage isolant triple 0,7 0,51 0,71 Pastel 0,45 0,1 0,08 0,08 0,39

Vitrage isolant triple 0,5 0,47 0,66 Claire 0,56 0,2 0,14 0,11 0,34

Vitrage isolant triple 0,5 0,47 0,66 Pastel 0,45 0,1 0,07 0,07 0,37

Vitrage combiné triple 65/38 0,7 0,38 0,65 Claire 0,56 0,2 0,14 0,10 0,30

Vitrage combiné triple 65/38 0,7 0,38 0,65 Pastel 0,40 0,2 0,07 0,07 0,31

Vitrage combiné triple 53/25 0,7 0,25 0,53 Claire 0,56 0,2 0,12 0,08 0,21

Vitrage combiné triple 53/25 0,7 0,25 0,53 Pastel 0,40 0,2 0,06 0,06 0,22

Tableau 9.4: Caractéristiques de combinaisons typiques de vitrages avec leurs dispositifs de protection solaire ayant dif-férentes couleurs et facteurs de transmission lumineuse. Les valeurs diffèrent selon la position intérieure ou extérieure du dispositif de protection solaire.

Teinte du cadre

Facteur d’absorption solaire

Facteur de transmission totale d’énergie du cadre gf -

Uf en W/(m2 ⋅ K)

0,8 1,2 1,6 2,0 2,5 3,0 4,0 5,0

Claire 0,3 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,09 0,11

Pastel 0,5 0,03 0,05 0,06 0,08 0,09 0,11 0,15 0,19

Sombre 0,7 0,04 0,06 0,08 0,11 0,13 0,16 0,21 0,27

Noire 0,9 0,05 0,08 0,11 0,14 0,17 0,20 0,27 0,34

Conditions aux limites: Ase/Af = 1,1, he = 12 W/(m2K)

Tableau 9.5: Facteur de transmission totale d’énergie gf de cadres de fenêtre

46 Le bâtiment doit être conçu et construit de manière à satisfaire les exigences de confort (domaine ad-missible pour la température opérative selon figure 1.4) sans refroidissement artificiel pour une charge thermique interne spécifique journalière modérée de 120 Wh/m2 avec une utilisation adéquate des protections solaires mobiles et une ventilation na-turelle adaptée aux besoins.La norme SIA 180:2014 [9.2] procure trois mé-thodes possibles pour la justification de la protec-tion thermique d’été qui traitent des problématiques du refroidissement nocturne, de la protection so-laire, de l’isolation et de la capacité thermique. Les

trois méthodes sont comparées entre elles au ta-bleau 9.6. La méthode 1 comprend des critères simples pour la sélection de la taille admissible des fenêtres des habitations et des bureaux. Elle stipule une protection solaire ne dépassant pas g = 0.10, un choix limité pour les éléments de construction du local ayant une capacité thermique suffisante ainsi qu’un refroidissement nocturne efficace par venti-lation naturelle avec un débit d’air neuf par unité de surface de plancher nette d’au moins 10 m3/(h . m2).Le taux de surface vitrée maximal d’un local occupé indiqué au tableau 9.7 ne doit pas être dépassé.

Définition du problème

Méthode 1 Méthode 2 Méthode 3

Critères simples,peu de marge de manœuvre pour la planification

Justification simple,marge de manœuvre moyenne pour la planification

Simulation dynamique,grande marge de manœuvre pour la plani-fication

Refroidissement nocturne efficace

- Débit d’air neuf d’au moins 10 m3/(h m2)- Ouvertures d’aération pouvant rester ouvertes durant la nuit- Ouvertures de sortie d’air placées aussi haut que possible- Section des ouvertures représentant au moins 5 % de la surface de plancher

nette- Ventilation unilatérale pour les locaux dont le rapport profondeur t sur hauteur h respecte t/h<2.5

- Ventilation transversale pour les locaux dont le rapport profondeur t sur hauteur h allant de t/h=2.5 à 5

- Débit d’air neuf hygiénique de 3 m3/(h m2)

- Augmentation du débit d’air neuf à 10 m3/(h m2) si la tem-pérature du local dépasse une température limite (par exemple 24 °C)

- Protection solaire abaissée quand le rayonnement solaire sur la façade dépasse 200 W/m2 et que la température opérative dans le local est confortable ou trop chaude

- Prise en compte de la résistance au vent de la protection solaire

- Données climatiques à utiliser: Design Reference Year (DRY) pour une année normale selon SIA 2028

- Apports thermiques internes de 120 Wh/(m2 d), répartis uniformément sur 24 h; c.à.d. qint = 5 W/m2

- Considération de la chaleur ac-cumulée dans chaque élément de construction (les processus de charge et de décharge sont calculés)

La justification est remplie lorsque toutes les températures opératives calculées se situent sous la courbe limite de la figure 1.4.

Protection solaire efficace

- Valeur g ne dépassant pas 0.1- Protection solaire extérieure de

classe 6 de résistance au vent- Taux de surface vitrée selon

tableau 9.7- Surface des fenêtres et ouvertures

en toitures < 5 % de la surface de plancher nette

- Profondeur du local depuis chaque fenêtre d’au moins 3.5 m

- Distance entre fenêtres opposées de ≥ 7 m

- Valeur g dépendante de l’orientation et du taux de surface vitrée fg de la façade: Toiture gtot ≤ 0.025/fg N gtot ≤ 0.20/fg NE, NW gtot ≤ 0.13/fg ,max. 0.28 autres gtot ≤ 0.07/fg ,max. 0.15

- Température de surface intérieure des vitrages ne dépassant pas de plus de 5 K la température de l’air intérieur

- Pour les bâtiments climatisés, protections solaires commandées automatiquement par façade

Isolation thermique et capacité thermique

- Valeur U de la toiture ne dépassant pas 0.2 W/(m2K)

- Résistance thermique des revête-ments de surface intérieurs jamais supérieure à 0.10 m2 K/W

- Capacité thermique du local au moins moyenne (voir exemples au tableau 6.3)

- Valeur U24 de la toiture jamais supéri-eure à 0.20 W/(m2K). Les éléments de constructions avec U ≤ 0.20 W/(m2K) remplissent aussi cette exigence

- La capacité thermique du local rappor-tée à la surface de plancher nette CR/Asn doit valoir au moins 45 Wh/(m2 K) (CR selon formule 6.6)

Tableau 9.6: Comparaison des méthode de justification de la protection thermique d’été selon SIA 180:2014

9.14b Procédure de justification de la protection thermique estivale selon SIA 180:2014 [9.2]

47

9 Annexes


Catégorie de local Type de construction1) Fenêtres sur

fg,max pour une protection solaire opérée

manuellement automatiquement

Habitation

lourdeune façade 50 % 70 %

plusieurs façades 30 % 50 %

moyenneune façade 40 % 60 %

plusieurs façades 30 % 40 %

Bureau, local de réunion, école

moyenneune façade 30 %

plusieurs façades 30 %

lourdeune façade 40 %

plusieurs façades 30 %

1) Classification du type de construction selon le tableau 6.3

Tableau 9.7: Taux maximal de surface vitrée pour une justification simple de la protection thermique d’été

La méthode 2 exige aussi un refroidissement noc-turne efficace par ventilation naturelle avec un dé-bit d’air neuf par unité de surface de plancher nette d’au moins 10 m3/(h . m2). Elle laisse toutefois une plus grande marge de manœuvre concernant la taille des fenêtres et les protections solaires néces-saires (valeur g dépendante du taux de surface vi-trée et de l’orientation de la façade; voir l’annexe 9.14 de l’ouvrage "Physique du bâtiment", 1ère édi-tion). La température de la surface intérieure au centre du vitrage de la fenêtre ne doit pas dépas-ser la température de l’air du local de plus de 5 K lorsque la protection solaire est déployée. Les élé-ments de toiture situés au-dessus de locaux habités doivent présenter des coefficients de transmission thermique dynamiques U24 d’au maximum 0.20 W/(m2 . K). La capacité thermique du local rapportée à sa surface de plancher nette CR/ASN doit valoir au minimum 45 Wh/(m2 . K).

La méthode 3 requiert une simulation par une pro-cédure de calcul dynamique permettant de repré-senter l’évolution horaire de la température opé-rative en été en considérant des conditions aux limites spécifiées dans l’annexe C.1 de la norme SIA 180:2014. L’enveloppe et la masse du bâtiment sont contrôlées relativement à la protection thermique d’été à l’aide de ces conditions aux limites. La capa-

cité thermique disponible des locaux est testée en augmentant le débit d’air neuf par unité de surface de plancher nette à 10 m3/(h . m2) pour l’extraction de la chaleur lorsqu’une température limite spé-cifiée est atteinte. Les températures opératives ne doivent pas dépasser la courbe supérieure de la fi-gure 1.4. Cette méthode procure une grande marge de manœuvre pour la planification d’un bâtiment. Les résultats d’une simulation thermique dyna-mique pour un local avec une capacité thermique moyenne et un taux de surface vitrée fg = 60 % sont présentés comme exemple à la figure 9.4 pour la justification de la protection thermique d’été dans les conditions climatiques de la station Zurich-Me-teoSuisse.

Pour la vérification du confort thermique dans les locaux ventilés naturellement, un calcul supplémen-taire doit être conduit avec les conditions aux limites réelles selon l’annexe C.2 de la norme SIA 180:2014. Ceci permet de tenir compte des apports thermiques internes effectifs selon l’utilisation (cahier technique SIA 2024 [9.8]), ainsi que de la ventilation naturelle déterminée au moyen d’un modèle dynamique du renouvellement de l’air par les fenêtres (par exemple en employant la formule 4.1). Les températures opé-ratives ne doivent pas dépasser la courbe supérieure de la figure 1.4. Le résultat d’une simulation dyna-


48

9.14b Procédure de justification de la protection thermique estivale selon sIA 180:2014 [9.2]

mique pour un local avec une capacité thermique moyenne, un taux de surface vitrée fg = 60 % et des apports thermiques internes de 180 Wh/m2 par jour est représenté à titre d’exemple à la figure 9.5 pour la température opérative estivale à la station Zu-rich-MeteoSuisse.

Au cas où aucune ventilation naturelle n’est pos-sible, la justification doit être conduite par simu-lation avec les conditions de calcul spécifiées dans l’annexe E de la norme SIA 382/1:2014 [9.7].


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5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

Tem

péra

ture

opé

rativ

e, °

C

Zurich-MeteoSuisse


Figure 9.4: Exemple d’une justification par calcul de la protection thermique d’été pour un local (4 m x 4 m x 2.5 m) avec une capacité thermique moyenne et un taux de surface vitrée fg = 60 % (conditions de calcul selon SIA 180:2014, annexe C.1)

49

9 Annexes

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5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

Tem

péra

ture

opé

rativ

e, °

C


Zurich-MeteoSuisse


Figure 9.5: Exemple de justification de la température opérative estivale pour un local (4 m x 4 m x 2.5 m) avec une capacité thermique moyenne, un taux de surface vitrée fg = 60 %, des apports de chaleur internes de 180 Wh/(m2 . d) et une ventila-tion unilatérale par un battant de fenêtre B = 0.5 m / H = 1.0 m (conditions de calcul selon SIA 180:2014, annexe C.2)

50 Nr. fm,Hz

Pondération physiologique

Courbes de référence

Evaluation du bruit Niveau du bruit de choc normalisé du plancher de référence pour la détermination de ΔLw

A,dB

C,dB

Rw,dB

Ln,w,dB

C,dB

Ctr 100-3150,dB

Ctr 50-3150,dB

Ln,r,0,dB

10 10 -70,4 -14,3

11 12,5 -63,4 -11,2

12 16 -56,7 -8,5

13 20 -50,5 -6,2

14 25 -44,7 -4,4

15 31,5 -39,4 -3,0

16 40 -34,6 -2,0

17 50 -30,2 -1,3 -25

18 63 -26,2 -0,8 -23

19 80 -22,5 -0,5 -21

20 100 -19,1 -0,3 33 62 -29 -20 -20 67

21 125 -16,1 -0,2 36 62 -26 -20 -20 67,5

22 160 -13,4 -0,1 39 62 -23 -18 -18 68

23 200 -10,9 0 42 62 -21 -16 -16 68,5

24 250 -8,6 0 45 62 -19 -15 -15 69

25 315 -6,6 0 48 62 -17 -14 -14 69,5

26 400 -4,8 0 51 61 -15 -13 -13 70

27 500 -3,2 9 52 60 -13 -12 -12 70,5

28 630 -1,9 0 53 59 -12 -11 -11 71

29 800 -0,8 0 54 58 -11 -9 -9 71,5

30 1000 0 0 55 57 -10 -8 -8 72

31 1250 +0,6 0 56 54 -9 -9 -9 72

32 1600 +1,0 -0,1 56 51 -9 -10 -10 72

33 2000 +1,2 -0,2 56 48 -9 -11 -11 72

34 2500 +1,3 -0,3 56 45 -9 -13 -13 72

35 3150 +1,2 -0,5 56 42 -9 -15 -15 72

36 4000 +1,0 -0,8

37 5000 +0,5 -1,3

38 6300 -0,1 -2,0

39 8000 -1,1 -3,0

40 10000 -2,5 -4,4

41 12500 -4,3 -6,2

42 16000 -6,6 -8,5

43 20000 -9,3 -11,2fm: Fréquences centrales des tiers d’octavesgras: Fréquences centrales des octaves

Tab 9.8: Fréquences centrales des tiers d’octaves et des octaves, courbes de pondération et courbes de référence [9.9]

9.18 Fréquences centrales des tiers d’octaves et des octaves, courbes de pondération et courbes de référence

51

9 Annexes

9.32 Références: Annexes

[9.1] Norme SIA 380, Bases pour les calculs éner-gétiques des bâtiments, Société suisse des in-génieurs et des architectes (SIA), Zurich, 2015

[9.2] SIA 180, Protection thermique, protection contre l’humidité et climat intérieur dans les bâtiments, Société suisse des ingénieurs et des architectes (SIA), Zurich, 2014

[9.3] Heiselberg P.: Draught Risk from Cold Verti-cal Surfaces, Building and Environment 29 (1994), 297–301

[9.4] Manz H., Frank Th.: Analysis of Thermal Comfort near Cold Vertical Surfaces by Means of Computational Fluid Dynamics, Indoor and Built Environment 13 (2004), 233–242

[9.5] Verre dans la construction – Détermination des caractéristiques lumineuses et solaires des vitrages, EN 410, CEN Bruxelles

[9.6] Dispositifs de protection solaire combinés à des vitrages – Calcul du facteur de transmission solaire et lumineuse - Partie 1 : méthode sim-plifiée, EN 13363-1:2003+A1:2007, CEN Bruxelles

[9.7] SIA 382/1, Installations de ventilation et de climatisation – Bases générales et perfor-mances requises, Société suisse des ingé-nieurs et des architectes (SIA), Zurich, 2014

[9.8] Cahier technique SIA 2024, Données d’utili-sation des locaux pour l’énergie et les instal-lations du bâtiment, Société suisse des ingé-nieurs et des architectes (SIA), Zurich, 2015

[9.9] Norme SIA 181, Protection contre le bruit dans le bâtiment, Société suisse des ingé-nieurs et des architectes (SIA), Zurich, 2006

Documents

Addenda: Physique du bâtimentType de bâtiment ou de local Caté-gorie Plage de tempéra-ture pour le chauf-fage, C Habillement ~1,0 clo Plage de tempéra-ture pour le refroi-dissement,