Physique du Bâtiment III – Cours 3Dr 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, évaporation

5 17 octobre Condensation / assèchement, méthode de Glaser

6 24 octobre 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

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Retour sur l’Exercice Série 2, Isolation translucide

Le bilan thermique net et spécifique est de:- Dans le cas initial: (perte thermique)- Dans le cas rénové (avec isolation translucide): (gain thermique)

→ Avec isolation translucide: gains solaires même en hiver à travers les murs→ Attention aux surchauffes en été (protections solaires pour les murs)

Isolation des murs, bilan thermique net

𝐼 𝑖𝑛𝑐 𝑄𝑖

𝐽 𝑠 , 𝑖→𝑒

𝑅𝑒

Gains – Pertes: 𝑄𝑛𝑒𝑡=𝑄𝑖− 𝐽 𝑠 , 𝑖→𝑒

𝑄𝑖=𝐼 𝑖𝑛𝑐 ⋅𝑎⋅𝑅𝑒

𝑅𝑡𝑜𝑡avec:

La résistante extérieure depuis l’absorbeur est:- dans le cas initial, la résistance de la couche d’air limite extérieure- dans le cas rénové avec isolation translucide, la somme des résistances de l’extérieur

à l’absorbant (incluant l’isolation translucide)

Introduction – Ponts thermiques, rappel du cours de 1ère année

Ponts thermiques, pertes vers le sol

Source: Exercices de Physique du Bâtiment I/II, Prof. Jean-Louis Scartezzini, Dr Andreas Schüler

Dans quelle situation la résistance totale équivalente d'éléments en série n'est pas simplement égale à la somme des résistances de ces éléments ?

Donnez deux exemples de configuration d'enveloppe de bâtiment où ce phénomène apparaît.

Réponse:Chaque fois que des éléments en série ne sont pas traversés par une même densité de flux de chaleur.→ ponts thermiques

Exemples: deux endroits où une inhomogénéité dans l’épaisseur d’un élément du bâtiment → ponts thermiques géométriques

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Introduction – Images infra-rouges

Ponts thermiques, pertes par le sol

Source: Photographies thermiques réalisés par Guillaume Pointet

Densité de flux de chaleur différente par endroits→ Température de surface différente par endroits→ Visible à la caméra infra-rouge (diagnostic de bâtiments)

20°C

Coins des bâtiments

• Repérer les ponts thermiques

• Evaluer l’enveloppe d’un bâtiment (CECB)

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Deux types de ponts thermiques

Ponts thermiques, pertes par le sol

1) Dus à la géométrieUne petite zone de réchauffement (intérieure) correspond à une grande zone de refroidissement (extérieure) – pour un climat froid

Exemple: Coin d’un bâtiment

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Deux types de ponts thermiques

Ponts thermiques, pertes par le sol

2) Dus aux matériauxPrésence de matériaux ayant une plus grande conductibilité

Exemple: Parois métalliques extérieures de l’EPFL

Les parois de protection métalliques sont fixées au béton par des attaches métalliques qui coupent l’isolation

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Effets des ponts thermiques

Ponts thermiques, pertes par le sol

1) Condensation de l’humidité (→ cours 4)2) Pertes thermiques plus importantes de l’enveloppe du bâtiment→ préoccupation majeure de l’Office Fédéral de l’Energie

Extraits choisis du Catalogue des ponts thermiques:

Source: Catalogue des ponts thermiques, 2003, Office Fédéral de l’Energie

«On constate l’augmentation de l’importance des ponts thermiques puisque les éléments de construction sont de mieux en mieux isolés.»

«Les normes exigent de tenir compte des ponts thermiques pour le justificatif d’isolation.»→ SIA 380/1:2009, L’énergie thermique dans le bâtiment

«Des mesures constructives devraient permettre de les limiter au maximum.» → assurer la continuité de l’isolation au maximum

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Flux de chaleur tenant compte des ponts thermiques

Ponts thermiques, pertes par le sol

𝐽 𝑖→𝑒= 𝑈⋅𝑆⋅ (𝜃 𝑖−𝜃𝑒 )⏟pertes thermiques surfaciques

+ 𝜓⋅ 𝑙 ⋅ (𝜃𝑖−𝜃𝑒 )⏟pertes thermiques lin é iques

+ 𝜒 ⋅ (𝜃 𝑖−𝜃𝑒 )⏟pertes thermiques ponctuelles

𝐽 𝑠 , 𝑖→𝑒=(𝑈+𝜓 ⋅𝑙𝑆

+ 𝜒𝑆 )⏟

𝑈𝜓 ,𝜒

⋅ (𝜃 𝑖−𝜃𝑒 ) : pont thermique linéique : longueur caractéristique : pont thermique ponctuel

Pont thermique ponctuelExemple: Pilier en béton

SIA 380/1: max.

Pont thermique linéiqueExemple: Dalle de balcon

SIA 380/1: max.

Note: Pour l’exemple de la dalle de balcon, la longueur caractéristique est sa longueur.

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Flux de chaleur tenant compte des ponts thermiques

Ponts thermiques, pertes par le sol

𝐽 𝑠 , 𝑖→𝑒=(𝑈+𝜓 ⋅𝑙𝑆

+ 𝜒𝑆 )⏟

𝑈𝜓 , 𝜒 ⋅

⋅ (𝜃 𝑖−𝜃𝑒 )Pont thermique linéiqueExemple: Dalle de balcon

SIA 380/1: max.

Réponse:

L’ancienne valeur U de devient , soit une augmentation des pertes thermiques de 25 %, ce qui est non-négligeable.

Question:

Dans un pan de mur de 60 m2 de valeur U de 0.2 , on considère un balcon de 10 m de longueur. Si l’on satisfait la norme SIA 380/1 pour le pont thermique linéique du balcon, quelle est l’augmentation relative de la valeur U compte tenu du pont thermique ?

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Détermination de et

Ponts thermiques, pertes par le sol

Logiciels spécialisés de simulation 2D ou 3D des flux de chaleur

HEAT 2D – Eléments uniformes en 2DExemple d’une dalle de balcon

HEAT 3D – Eléments complexes en 3DExemple d’un coin de bâtiment

→ détermination du flux de chaleur, et des valeurs et équivalentes

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Catalogue des ponts thermiques

Ponts thermiques, pertes par le sol

1.1 Dalle de balcon 1.2 Toiture plate avec avant-toit 1.3 Toiture plate avec mur d‘acrotère 2.1 Dalle d’étage2.2 Raccord de paroi sous la dalle sur sous-sol 2.3 Raccord d’une paroi intérieure à la façade

6.1 Piliers (colonnes) → 6.2 Fixation de façade ventilée

3.1 Toiture plate sans avant-toit 3.2 Raccord au bas d’une toiture en pente 3.3 Raccord au pignon d’une toiture en pente 3.4 Pied de façade 3.5 Encorbellement (élément en porte-à-faux) 4.1 Elargissement du cadre de fenêtre 4.2 Caisson de store5.1 Embrasure de fenêtre5.2 Allège de fenêtre5.3 Linteau de fenêtre

Source: Catalogue des ponts thermiques, 2003, Office Fédéral de l’Energie

et pré-calculés et tabulés

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Catalogue des ponts thermiques

Ponts thermiques, pertes par le sol

1.1 Dalle de balcon Goujons d’ancrage (tige filetée avec écrou)

Source: Catalogue des ponts thermiques, 2003, Office Fédéral de l’Energie

Extrait

→ Exercice Série 3

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Flux de chaleur par le sol – isolation

Ponts thermiques, pertes par le sol

Température du sol stable par rapport à l’air ambiant → pertes thermiques relativement moins importantes

La température du sol varie selon la profondeur (→ cours 11) et la saison

Règle générale:isoler les zones où

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Flux de chaleur par le sol – calcul simplifié

Ponts thermiques, pertes par le sol

Selon SIA: où est la température du terrain considérée comme constante

Flux de chaleur (W):

𝑅𝑡𝑜𝑡=1hi

+∑𝑗=1

𝑛

𝑅 𝑗+1he

Note: → pas de couche d’air extérieure et pas d’isolation due au terrain

Exemple: Un mur avec une valeur U standard de devient soit une augmentation de +0.8% pour tenir compte du lien

direct avec le terrain (conduction pure)

et ,

avec: , et où: [norme SIA 380/1:2009][norme SIA 384.201:2003]

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Résumé

Isolation des murs, bilan thermique net

Définition d’un pont thermique et son type (géométrique et dû aux matériaux)

Calcul du flux de chaleur simplifié (avec et ):

Calculs 2D ou 3D complexes pour obtenir et → Catalogue des ponts thermiques

Calcul du flux de chaleur par le sol:

𝐽 𝑠 , 𝑖→𝑒=(𝑈+𝜓 ⋅𝑙𝑆

+ 𝜒𝑆 )⏟

𝑈𝜓 ,𝜒

⋅ (𝜃 𝑖−𝜃𝑒 ) : pont thermique linéique : longueur caractéristique : pont thermique ponctuel

𝑅𝑡𝑜𝑡=1hi

+∑𝑗=1

𝑛

𝑅 𝑗+1he

et

avec: , et où:

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Références (hiver 2012)

Isolation des murs, bilan thermique net

Catalogue des ponts thermiques, 2003, Office Fédéral de l’Energie - http://www.bfe.admin.ch

Norme SIA 380/1:2009, L’énergie thermique dans le bâtiment, Société Suisse des Ingénieurs et Architectes- Bibliothèque de l’EPFL

Limiter les ponts thermiques, 2010, Info-fiches-bâtiment durable, IBGE- http://www.bruxellesenvironnement.be

Norme SIA 384.201:2003, Systèmes de chauffage dans les bâtiments – Méthode de calcul des déperditions calorifiques de base, SIA, 2003- basé sur la norme européenne EN 12831:2003

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