Upload
osanne-tison
View
121
Download
1
Embed Size (px)
Citation preview
Physique du Bâtiment III – Cours 1Dr Jérôme KAEMPF
Introduction
Enseignant: Dr Jérôme Kämpf
Physique du Bâtiment III: Aspects administratifs
Physicien diplômé UNIL ‘01 - Physique des hautes énergies
Informaticien licencié UNIL ‘03 - Optimisation par algorithmes évolutionnaires
Enseignant diplômé HEP-VD ‘05 - Physique et informatique-bureautique (sec I & II)
Doctorat ès sciences EPFL ’09 - Modélisation et optimisation de la performance environnementale en milieu urbain
Post-Doctorat EPFL ‘11 - Développement Urbain Durable (CitySim)- Lumière Naturelle (Geronimo)
Chef du groupe « Développement Urbain Durable » au LESO-PB / EPFL
Physique du Bâtiment III – Cours 1Dr Jérôme KAEMPF
Introduction
Assistants: • André Kostro (responsable), informaticien EPFL• Stefan Mertin, physicien Universität Heidelberg (D)
Support de cours: • Prise de notes• Polycopié• Moodle
Examination: • Examen écrit (1h45)• 2 Mini-Tests
(45’) Bonus
Moyenne des tests et [1, 4[ → + 0 pointBonus sur l’examen: [4, 5] → + 0.5 point
]5, 6] → + 1 point
Echelle linéaire par morceaux, moyenne à 75% des points
Physique du Bâtiment III: Aspects administratifs
[1,2[ [2,3[ [3,4[ [4,5[ [5,6[ 6
0 2
48
63
25
30 2
37
57
31
14
Physique du Bâtiment III ‘11Examen Semestre
Physique du Bâtiment III – Cours 1Dr Jérôme KAEMPF
Introduction
Situation du cours:
I et II : Principes généraux de baseIII : Enveloppe du bâtiment : Partie opaqueIV : Enveloppe du bâtiment : Partie transparenteV et VI : Bilan énergétique / gestion et stockage de l’énergie
• choisir les éléments de construction en fonction des sollicitationsthermiques intérieures et extérieures• établir la répartition des températures et des pressions partielles devapeur d'eau dans un mur multicouche• évaluer et améliorer les qualités acoustiques d'une salle• choisir un élément de construction en fonction du degré denuisance sonore et de la sensibilité au bruit et calculer son pouvoird'isolation phonique
1h cours / 1h exercices (variable)
Physique du Bâtiment III: Aspects administratifs
Objectifs du cours:
Organisation du cours:
Physique du Bâtiment III – Cours 1Dr Jérôme KAEMPF
Planning du coursPhysique du Bâtiment III: Les parties opaques de l’enveloppe
Cours Date Matière du cours
1 ← 19 septembre Flux de chaleur, valeur U
2 26 septembre Isolation des murs, bilan thermique net
3 3 octobre Ponts thermiques, pertes vers le sol
4 10 octobre Condensation superficielle
5 17 octobre Flux de vapeur, méthode de Glaser
6 24 octobre Condensation / assèchement, méthode des pascal-jours
7 31 octobre Résumé/Questions & TEST
8 7 novembre Réflexion / absorption du son, isolation acoustique
9 14 novembre Protection contre les bruits extérieurs / intérieurs
10 21 novembre Protection contre les bruits de choc, installation techniques
11 28 novembre Thermocinétique
12 5 décembre Résumé/Questions & TEST
Physique du Bâtiment III – Cours 1Dr Jérôme KAEMPF
Flux de chaleur, Valeur UMise en perspective – réchauffement climatique
Modélisation physique vs mesures
rose: modèles physiquesbleu: sans activité humainenoir: mesure de la température
Source: Climate Press 30, Novembre 2011, «Que valent les modèles climatiques?», proclimweb.scnat.ch
Physique du Bâtiment III – Cours 1Dr Jérôme KAEMPF
Mise en perspective – activité humaine
Source: Office Fédéral de l’Energie, «Statistique globale suisse de l’énergie 2011», www.bfe.admin.ch
Corrélation entre activité humaine (consommation d’énergie) et réchauffement climatique
2011
Réduire la consommation d’énergie fossile pour endiguer le réchauffement climatique
Flux de chaleur, Valeur U
Physique du Bâtiment III – Cours 1Dr Jérôme KAEMPF
Mise en perspective – activité humaine
Source: Office Fédéral de l’Energie, «Statistique globale suisse de l’énergie 2011», www.bfe.admin.ch
Ménages
Flux de chaleur, Valeur U
27.2%
Industrie
Services
Transport
Agriculture
Physique du Bâtiment III – Cours 1Dr Jérôme KAEMPF
Mise en perspective – activité de l’architecte
Source: Office Fédéral de l’Energie, «Rénovation des bâtiments», www.bfe.admin.ch
Réduction de la consommation d’énergie des «ménages» par le choix d’éléments de construction pour:
• Rénovation des bâtiments• Création de nouveaux bâtiments à
faible consommation
Thème du premier bloc:Détermination du flux de chaleur à
travers les parties opaques de l’enveloppe (murs et toîts) – Valeur U
«Où disparait l’énergie dans un maison familiale typique»
Flux de chaleur, Valeur U
Physique du Bâtiment III – Cours 1Dr Jérôme KAEMPF
Détermination de flux de chaleur – rappel sur la résistance thermique
Un élément opaque de construction est souvent représenté en coupe:
extérieur
intérieur
Les couches sont généralement numérotées et indicées (par exemple )
Chacune des couches opaques possède une grandeur physique qui détermine son comportement thermique: La résistance thermique
La résistance thermique dépend du type de matériau: solide ou fluide.
extérieur
intérieur brique
isolant
① ② ③ ④
Flux de chaleur, Valeur U
Physique du Bâtiment III – Cours 1Dr Jérôme KAEMPF
Détermination de flux de chaleur – rappel sur la résistance thermique
La résistance thermique d’un solide → conduction uniquement
ext.
int.
𝑅 𝑗=𝑑 𝑗
𝜆 𝑗
: résistance thermique de la couche : épaisseur de la couche : conductivité thermique de la couche ou conductibilité
Question:• Pour avoir la même résistance thermique que 20 cm
d’isolant (laine de verre), quelle épaisseur faut-il de:• brique ?• granit?
Indice: Chercher la conductivité de: l’isolant, de la brique et du granit sur internet (wikipédia ou autre).20 cm
Réponse: 4.2 mRéponse: 11 m
Flux de chaleur, Valeur U
Physique du Bâtiment III – Cours 1Dr Jérôme KAEMPF
Détermination de flux de chaleur – rappel sur la résistance thermique
La résistance thermique d’un fluide → conduction, convection et radiation
𝑅 𝑗=1h 𝑗
: conductance thermique de la couche
Couche d’air limiteLame d’air
h3≐ Λ=6W /(m 2⋅K)
conduction 1/3 rayonnement 2/3
pas de convection (air immobile)
ext.
int.
convection pouvant être importante à l’extérieur (vent) → valeurs standard
couche ⓪
couche ⑤
① ② ③ ④
Flux de chaleur, Valeur U
Physique du Bâtiment III – Cours 1Dr Jérôme KAEMPF
Détermination de flux de chaleur – rappel sur la résistance thermique
La résistance thermique totale d’un élément opaque de construction
Exemple: Mur simple
ext.
int.
= =
𝑅𝑡𝑜𝑡=1hi
+∑𝑗=1
𝑛
𝑅 𝑗+1he
① ② ③ ④
: nombre de couches de l’élément opaque: conductance thermique de la couche d’air limite intérieure / extérieure
𝑅𝑡𝑜𝑡=18+∑
𝑗=1
4
𝑅 𝑗+125
Nous obtenons:
(Exercice Série 1)
Flux de chaleur, Valeur U
Physique du Bâtiment III – Cours 1Dr Jérôme KAEMPF
Détermination de flux de chaleur – rappel sur le flux de chaleur spécifique
Le flux de chaleur spécifique à travers un élément opaque de l’enveloppe se calcule de la manière suivante:
𝐽 𝑠 , 𝑖→𝑒=𝑈⋅(𝜃𝑖−𝜃𝑒)
: flux de chaleur spécifiquede l’intérieur vers l’extérieur
: valeur U ou conductance de l’élément : température intérieure / extérieure (°C ou K)
extérieurintérieur𝐽 𝑠 , 𝑖→𝑒
ordre important
avec: 𝑈=1 /𝑅𝑡𝑜𝑡𝑅𝑡𝑜𝑡↗⟹𝑈↘⟹ 𝐽 𝑠 ,𝑖→𝑒↘Interprétation:
Flux de chaleur, Valeur U
Physique du Bâtiment III – Cours 1Dr Jérôme KAEMPF
Résumé
Le flux de chaleur donné en (W) se calcule:
Interprétation: Si est importante (climat «froid» ou «chaud»)→ deux actions possibles pour minimiser :
• Diminuer ( par isolation des bâtiments) – Exercice Série 1
• Diminuer (forme compacte – minimisation de la surface en contact avec l’air/sol)
avec: 𝑈=1 /𝑅𝑡𝑜𝑡 et:
Flux de chaleur, Valeur U
où est le flux de chaleur spécifique donné en ()
𝑅𝑡𝑜𝑡=1hi
+∑𝑗=1
𝑛
𝑅 𝑗+1he
Physique du Bâtiment III – Cours 1Dr Jérôme KAEMPF
Illustration – Minimisation de la Valeur U, exemple de rénovation
Note: il est d’usage de ne pas donner plus de deux décimales à une valeur U
Double mur avec une lame d’air isolé depuis l’extérieur
14 cm de Sagex EPS 15
Non rénové:
Economie d’énergie:78 %
Source: Office Fédéral de l’Energie, «Catalogue d’éléments de construction avec calcul de la valeur U: Assainissement», www.bfe.admin.ch
Flux de chaleur, Valeur U
Physique du Bâtiment III – Cours 1Dr Jérôme KAEMPF
Illustration – Flux de chaleur pour 30 m2
Avant rénovation:
Après rénovation:
Illustration – Minimisation de la surface en contact avec l’extérieur
La Ville Radieuse, Le Corbusier, 1924
Projet non-réalisé, idéalement pour optimiser la captation solaire
Formes de radiateurs:
Les gains solaires à travers les vitres compenseraient-ils les pertes de nos jours ?
Flux de chaleur, Valeur U