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Energetique du Batiment (dimensionnement) EPFL


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1 Introduction et rappels de physique du bâtiment ......................

1.1 A quoi sert l'énergétique du bâtiment ?......................

1.1.1 Le bâtiment est un gros consommateur d'énergie ..........

1.1.2 Le bâtiment devrait être confortable .....................

1.1.3 Suivant la conception, la consommation varie énormément........

1.1.4 Applications de l'énergétique du bâtiment.................

1.2 Quelques rappels de physique du bâtiment...........

1.2.1 Capacité thermique ..........................

1.2.2 Modes de transfert de chaleur ...............

1.2.3 Rayonnement solaire.....................

1.2.4 Rayonnement solaire et matière........

1.2.5 Position du soleil et angles solaires ........

1.3 Exercices ..........................

2 Les besoins de l'occupant...........

2.1 Confort ......................................

2.1.1 Confort thermique............

2.1.2 Facteurs d'inconfort supplémentaires..............

2.1.3 Utilité du modèle de confort thermique ..................

2.2 Qualité de l’air ....................

2.2.1 Source de polluants et concentrations..............

2.2.2 Concentration de composés gazeux ................

2.2.3 Concentration en vapeur d'eau et humidité relative........

2.2.4 Odeurs.............................

2.3 Aération.....................................

2.3.1 Nécessité de l'aération......................

2.3.2 Débit minimum requis .........................

2.3.3 Conditions générales pour une bonne qualité d'air .............

2.4 Exercices ...................................

3 Bilan thermique d'éléments du bâtiment...............

3.1 Matériaux d'isolation.................................

3.1.1 Conductivité thermique.....................

3.1.2 Isolants et conducteurs de la chaleur..............

3.1.3 Qualité des isolants thermiques..........

3.1.4 Les différents matériaux sur le marché ..............

3.1.5 Application des isolants thermiques ......

3.1.6 Autres effets des isolants thermiques.......

3.1.7 Homogénéisation de l'isolation thermique............

3.2 Transmission thermique................

3.2.1 Éléments plans formés de couches.......................

3.2.2 Ponts thermiques...........

3.2.3 Transmission thermique des fenêtres.......................

3.2.4 Coefficients de transmission thermiques admissibles.................

3.3 Caractéristiques thermiques dynamiques..............

3.3.1 Définitions.................

3.3.2 Caractéristiques dynamiques des matériaux ....................

3.3.3 Réponse indicielle d'un élément de construction ......................

3.3.4 Réponse harmonique d'un élément de construction...............

3.3.5 Modèle de paroi en réponse harmonique .............

3.3.6 Calcul approché de la capacité thermique........

3.3.7 Exemples..............

3.4 Aération..........

3.4.1 Effets de l'aération ..................

3.4.2 Modélisation de l'aération.........

3.4.3 Effet de cheminée ................

3.4.4 Ouvertures de ventilation ................

3.5 Exercices...............................

4 Bilan thermique du bâtiment ..............

4.1 Bilan énergétique..................

4.1.1 Délimitation du système ...............

4.1.2 Diagramme de Sankey............................

4.1.3 Bilan thermique instantané ................

4.1.4 Bilan thermique moyen ......................

4.1.5 Déperditions .................................

4.2 Déperditions par transmission .........

4.2.1 Limites du volume chauffé ....................................

4.2.2 Transmission directe vers l'extérieur ...................

4.2.3 Transmission à travers les espaces non chauffés..................

4.2.4 Déperditions par le sol...............

4.3 Déperditions par ventilation ...............

4.3.1 Déperditions ...................

4.3.2 Récupération de chaleur ...........

4.4 Apports d'énergie solaire et gains internes .........

4.4.1 Principe du captages solaire passif ..............

4.4.2 Calcul des gains solaires passifs..................

4.4.3 Gains internes ....................

4.5 Besoins de chauffage

4.5.1 Taux d'utilisation ................

4.6 Exercices................

5 Installations techniques ..............................

5.1 Introduction .................

5.1.1 De l'énergie finale à l'énergie utile ..............

5.1.2 Sources d'énergie finale........................

5.1.3 Éléments de l'installation de chauffage .........................

5.1.4 Besoins d'énergie de chauffage .....

5.2 Chaudières à combustible....................

5.2.1 Eléments d'une chaudière ...........

5.2.2 Notions de combustion .........

5.2.3 Rendement d'une chaudière....................

5.2.4 Pertes moyennes et rendement annuel.................

5.3 Pompes à chaleur ..............

5.3.1 Principe de fonctionnement d'une pompe à chaleur (PAC)................

5.3.2 Performance d'une pompe à chaleur........

5.3.3 Considérations pratiques ...........

5.4 Installations héliothermiques..........

5.4.1 Le rayonnement solaire .......

5.4.2 Les capteurs héliothermiques .....

5.4.3 Installations thermosolaires ......

5.5 Chauffage à distance............

5.5.1 Réseau.............

5.6 Chauffage électrique.....

5.7 Poêles et cheminées ......

5.8 Installations de ventilation mécanique .........

5.8.1 Principe de fonctionnement............

5.8.2 Consommation d'énergie pour les diverses fonctions .....................

5.8.3 Efficacité de la ventilation ................

5.9 Refroidissement et climatisation à basse consommation d'énergie ..................

5.9.1 Parois climatiques .................

5.9.2 Refroidissement passif ..............

5.10 Dimensionnement .........................................

5.10.1 Principes généraux de dimensionnement......................

5.10.2 Dimensionnement des générateurs de chaleur .......................

5.10.3 Dimensionnement des installations de réfrigération..................

5.10.4 Dimensionnement d'installations solaires thermiques ......................

5.11 Exercices ....................................

6 Optimisation économique ...............................

6.1 Introduction.................................................

6.2 Concept de l’optimisation économique d’une installation énergétique .............

6.3 Notions d’économie .........................

6.3.1 Généralités ...................................

6.3.2 Méthodes de calcul de rentabilité.....................

6.3.3 Investissements ...............

6.3.4 Frais courants ..............

6.4 Optimisation technico-économique appliquée au bâtiment .......

6.4.1 Fonction objectif-coût............

6.5 Exercices .....................

7 Diagnostic .................................

7.1 Introduction..........

7.1.1 Objets et objectifs des mesures ....................

7.1.2 Équipement de mesure dans le bâtiment....................

7.1.3 Mesures pour la mise en service .......................

7.1.4 Mesures en cours d'exploitation.......................

7.2 Mesures concernant la consommation d'énergie........

7.2.1 Mesures de consommation..........................

7.2.2 Indice de dépense d'énergie (IDE) ........

7.2.3 Signature énergétique..................

7.2.4 Méthode H-m......................

7.3 Thermographie ......................

7.3.1 Principe ........................................

7.3.2 Défauts d'isolation et humidité.................

7.3.3 Détection des fuites d'air..........................

7.3.4 Précautions et inconvénients..................

7.4 Mesure de l'isolation thermique .............

7.4.1 Objectif de la mesure ....................................

7.4.2 Méthode fluxmétrique........................................

7.4.3 Mesure...............

7.4.4 Interprétation des mesures ............

7.5 Mesure des débits d'air......................

7.6 Mesure de la perméabilité à l'air de l'enveloppe des bâtiments .................

7.6.1 Mesure par pressurisation ....................

7.6.2 Expression des résultats et limites ................

7.6.3 Méthode du niveau neutre............

8 Synthèse, interactions ..............

8.1 Humidité, isolation et aération ..........

8.1.1 Risques relatifs à l'humidité ..........................

8.1.2 Causes de dégâts dus à l'humidité...............

8.1.3 Risques de moisissures sur les parois extérieures des bâtiments ..............

8.1.4 Condensation interstitielle ..............

8.2 Budget énergétique global ...............

8.2.1 Énergie et matériaux............................

8.2.2 Budget énergétique du bâtiment....................

8.3 Conception globale .........................

8.3.1 Généralités.........................

8.3.2 Énergie et pollution ............

8.3.3 Énergie et confort ........

8.4 Exercices....................

9 Solutions des exercices.....................

9.1 Chapitre 1: Introduction et rappels de physique du bâtiment................

9.2 Chapitre 2: Les besoins de l'occupant........................

9.3 Chapitre 3: Bilan thermique d'éléments du bâtiment...................

9.4 Chapitre 4: Bilan thermique du bâtiment ........

9.5 Chapitre 5: Installations techniques.....................

9.6 Chapitre 6: Optimisation économique..........

9.7 Chapitre 7: Diagnostic ...............................

9.8 Chapitre 8: Conception globale ..............

10 Bibliographie ..........................

10.1 Généralités ....................

10.2 Notion de confort............

10.2.1 Manuels ...........................

10.2.2 Normes, recommandations .....................

10.3 Analyse thermique du bâtiment................

10.3.1 Manuels ...............................................

10.3.2 Normes, recommandations ...................

10.4 Mesures de diagnostic ........

10.4.1 Manuels .......................

10.4.2 Normes, recommandations ......

11 Annexes ...............................................................................

11.1 Pression de saturation de la vapeur d'eau en Pa........................

11.2 Diagramme de Carrier ......................................

11.3 Caractéristiques thermiques de quelques matériaux de construction .........

11.4 Emissivités de quelques surfaces à 280 K environ..................................

11.5 Gradient, divergence et laplacien ..........................

11.5.1 Coordonnées cartésiennes ..............................

11.5.2 Coordonnées cylindriques ..................

11.5.3 Coordonnées sphériques.....................

11.6 Données météorologiques mensuelles moyennes...............................

11.6.1 BERNE.........................

11.6.2 LAUSANNE.................

11.6.3 LUGANO .............

11.6.4 SION.................

11.6.5 ZURICH ..............

11.7 Facteur de conversion pour le rayonnement solaire ............

11.7.1 Surfaces inclinées, orientation sud ...........

11.7.2 Surfaces verticales ......................

11.8 Propriétés thermiques de fenêtres.........

11.9 Coefficients de transmission thermique de cadres.............

11.10 Propriétés thermiques de vitrages.........

11.10.1 Isolation transparente.................

11.11 Pouvoir calorifique inférieur de combustibles...........

11.12 Durée de vie d'éléments de construction ................

11.13 Indice de dépense d'énergie...................

12 Index .............................

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