Beton Et Confort Thermique

7/29/2019 Beton Et Confort Thermique

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COLLECTION T E C H N I Q U E

C I M B T O N

BTON & CONFORT

B 40

http://topographi.blogspot.com/


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Avant-propos

Le confort est une notion bien videmment subjective qui place la perception de chaque individuau cur de lanalyse. Dans la socit de laprs-guerre et face lurgence de la reconstruction, on alongtemps raisonn de manire segmente avec la sphre fonctionnelle, lintrt collectif dun ct et tout ce qui relve du bien-tre, de lintrt individuel, de lautre. La recherche du confort dans leslogements tait ds lors considre comme superflue, les exigences se focalisant en toute logique sur la rapidit dexcution et laccs des installations sanitaires de base pour lensemble de la population. Le plaisir et le confort taient alors recherchs dans des activits connexes dites de

loisir qui ne souffraient pas le quotidien. Dans un deuxime temps, lpanouissement personnel de chacun, sest petit petit dpouill de la dimension ostentatoire, emblmatique des trente glorieuses pour se recentrer sur la sphre intime, le cocooning . Ainsi des dplacements de valeursont t observs entre sphre collective et individuelle, le bien-tre se rapprochant de plus en plus du fonctionnel, du quotidien. Lautomobile nous a fourni lun des premiers exemples de cette volutiondes comportements, le confort et la scurit supplantant progressivement la vitesse et la puissancedans le choix dun vhicule.

Les attentes lies au logement dpassent donc aujourdhui trs largement les frontiressmantiques usuelles : habiter cest beaucoup plus que se loger . Ce dplacement des exigencesalli la recherche dconomies dnergie amne les concepteurs penser diffremment lhabitat pour plus de bien-tre et moins de gaspillage. Le confort thermique dun btiment est essentiel quil sagisse dinstallations collectives ou individuelles, ddies au travail ou au logement. Linconfort li une chaleur excessive, par exemple, est beaucoup plus que linverse du confort, il peut mener dessituations dramatiques comme lpisode de la canicule de 2003 la douloureusement rappel.Concevoir des btiments respectueux du confort et du bien-tre de chacun tout en diminuant srieusement lnergie utilise pour y parvenir, cest le dfi lanc tous les acteurs de la filire construction.



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1 - Un contexte en pleine mutation 5

1. Performances nergtiques 6

2. Confort 7

2 - La conception dun projet et linertie thermique 9

1. Lintrt de linertie en priode de chauffe 10

2. Lintrt de linertie en mi-saison 12

3. Lintrt de linertie en t 14

3 - Linertie thermique : quest ce que cest ? 17

1. Petit tour thorique 18

1.1 - Linertie dun matriau et dune paroi 18

1.2 - Inertie thermique dun btiment 21

2. Grand tour pratique 22

2.1 - Traduction qualitative de linertie 22

2.2 - Traduction pratique de linertie 22

Sommaire



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4 - Comment exploiter les atouts thermiques du bton ? 25

1. Le bton dans la dmarche bioclimatique 25

1.1 - En maison individuelle 27

1.2 - En immeuble collectif 28

1.3 - En btiment non rsidentiel occupation continue 29

1.4 - En btiment occupation intermittente 30

1.5 - En altitude 30

2. Le bton en conception classique 31

3. Le bton entre la thermique et lacoustique 32

Conclusion 33

Bibliographie et sources iconographiques 34

ANNEXES

I - Influence de linertieen maison individuelle et immeuble de bureaux 35

II - Influence de linertieen immeuble collectif 53



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1Chapitre

Un contexteen pleine mutation

1. Performances nergtiques

2. Confort



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1. Performances nergtiques

Linfluence de lactivit humaine sur la prolifration des gaz effet de serre nest plus

dmontrer. Les pays dvelopps, dont la France, doivent dornavant fournir des efforts lamesure de leurs consommations nergtiques pour parvenir stopper laction ngative delHomme sur le climat. Les engagements pris suite au protocole de Kyoto (1997) se sontconcrtiss en Europe par diffrentes Directives dont celle consacre la performancenergtique des btiments (dcembre 2002).

Pour sa part, la France sest dote de la loi sur lnergie du 13 juillet 2005 qui prcise quilfaudra diviser par 4 les missions de gaz effet de serre dici 2050, donc rduiredrastiquement lemploi des nergies fossiles et recourir massivement aux nergies

renouvelables. Cap vers le facteur 4 !

Ces enjeux lis au changement climatique vont modifier profondment lacte de construireet la rnovation des btiments existants car ce secteur reprsente le quart des missions deCO2 totales en France.

Il faut concevoir, construire etsavoir exploiter des btiments faibles consommations dnergiesfossiles tout en offrant auxutilisateurs des ambiances intrieuresconfortables. Les diffrents postesde consommation dnergie duneconstruction sont rsums sur lafigure 1.

Diffrentes rglementations actuelleset en cours de formalisation prcisentles performances minimales quedoivent atteindre les btimentsneufs : la rglementation thermiqueRT 2000, la RT 2005 qui obligedj un effort supplmentaire de20 % de performance par rapport 2000, bientt la RT 2010)

B t i

V e n t i l a t i o n

A p p

o r t g

r a t u

i t d

' e n e

r g i e

C h a u f f a g e

E C S

E c l a i r a g e

A u t r e s

C l i m a t i s a t i o n

Consommationd'energie

Dperditiond'energie

1 - Principaux postes et paramtres conditionnant les consommations nergtiques pour le confort des occupants.



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Il existe par ailleurs tous les labels qui incitent faire mieux que le minimum rglementaire(arrt du 3 mai 2007) : Haute et Trs Haute Performance nergtique (HPE, THPE),le label nergies renouvelables encourageant les acteurs de la construction utiliser

des sources nergtiques mission de CO 2 nulles ou ngligeables et enfin le label basse consommation prfigurant les btiments qui seront construits aprs 2020.Les btiments existants auront galement contribuer lobjectif facteur 4 . Ils serontdornavant soumis galement des rglementations thermiques lors des travaux dernovation : la Rglementation Thermique par lment qui obligera utiliser desproduits, matriels ou systmes ayant chacun dentre eux une performance minimale, et laRglementation Thermique globale qui prcisera les niveaux de consommationdnergie maximale autoriss.

Le diagnostic de performance nergtique (DPE) qui oblige fournir ou afficher ltiquettenergtique du btiment lors de toute transaction immobilire va banaliser la performancenergtique auprs du grand public.

Le rythme des renforcements successifs des exigences nergtiques sera rapide(une nouvelle rglementation thermique tous les 5 ans). Il faudra plus de ractivit,plus dattention aux volutions techniques, plus de vigilance sur lmergence des sautstechnologiques.

2. Confort

Le confort hygrothermique est une notion difficile cerner. Il est subjectif : dune personne lautre (ge, sexe, habitudes), dune situation lautre (activits, habillement), dunepoque lautre (les standards de confort ont beaucoup volu durant le XXe sicle),dune heure ou dune saison lautre, la sensation de bien-tre ou labsence de gne esttrs variable. Les tentatives dobjectivation du confort se sont appuyes sur des approchesstatistiques. Il en ressort des critres physiques supposs satisfaire une majoritdindividus. Ces critres sont principalement les tempratures de lair et des parois, les variations spatiales de ces tempratures, lhygromtrie de lair, les vitesses de lair.

Dans un local, la moyenne entre la temprature de lair et de celles des surfaces des paroisappele temprature oprative est considre comme la temprature intrieureressentie. Les fourchettes de valeurs de ces critres dfinissant des zones de confortdpendent, entre autres, de lactivit du sujet et de son niveau dhabillement.



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La dema nde de confort, ne pas confondre avec la sens a t ion du confort, volue enfonction de lpoque. Les exigences supposes exprimes par les usagers tendent verslobtention dune ambiance intrieure constante toute lanne. Le dveloppement de la

climatisation en est un exemple frappant, exemple contradictoire avec les objectifs delimitation des missions de gaz effet de serre : consommations lectriques supplmen-taires, forts appels de puissance en t (engendrant la ncessit de pallier le repos duparc nuclaire en remettant en marche des centrales combustibles) et dissmination defluides frigorignes dont le confinement nest pas parfait et dont les rejets danslatmosphre reprsentent un impact beaucoup plus important pour leffet de serre que lesconsommations nergtiques supplmentaires engendres par la climatisation.



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2Chapitre

La conceptiondun projet etlinertie thermique

1. Lintrt de linertieen priode de chauffe

2. Lintrt de linertie en mi-saison

3. Lintrt de linertie en t



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Pour concilier la performance nergtique et le confort, qui peuvent apparatre certains

comme des objectifs antagonistes, la matrise duvre doit tre davantage sollicite.

Une condition est ncessaire pour renforcer le rle des architectes et des bureaux dtudes :

le matre douvrage doit prciser au mieux ses priorits. Les objectifs souhaits doivent tre clairement exprims dans le programme du projet : cest un facteur de premier ordre pour

obtenir la qualit vise.

Pour rduire les besoins de chauffage , il exi s te deux leviers :

Le renforcement de lisolation thermique. Lexploitation maximale des apports internes et solaires dhiver et de mi-saison (appels

apports gratuits ).

Cependant ces deux moyens dimensionns uniquement sur des considrations purementnergtiques dhiver peuvent savrer catastrophiques pour la priode dt et induire lerecours la climatisation (surtout si celle-ci se banalise !).

Il est donc impratif dintgrer en amont le confor t toute l anne , cest dire dtudierles possibilits offertes par liner tie thermique qui peut justement accrotre la part desnergies gratuites pour le chauffage tout en prservant des risques dinconfort durantla priode estivale (stockage et restitution dcale).

1. Lintrt de linertie en priode de chauffe

2 - Intervention de linertie dans le schmades changes thermiques dhiver.

Inertie lgre Inertie lourde

Apports gratuits valoriss

Dperditions

Besoin de chauffage



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Focus : Valorisation des apports gratuits

Ag/DQuanttdapports gratuts

contrbuant rdure

les besons nergtques

Inertie lgre

Inertie lourde

Inertie trs lourde

Les apports internes (occupants, cuisson, clairage, appareils lectromnagers) etsolaires couvrent en partie les dperditions thermiques. En dbut et en fin de saison dechauffe en particulier, mais aussi au cur de lhiver, certaines heures, il est frquent que

ces apports soient suprieurs aux dperditions. Do apparitions de surchauffes dautantplus marques que la structure du btiment savre incapable den stocker tout ou partie.

Ainsi, une partie seulement des apports gratuits participera couvrir les dperditions(loccupant qui aura trop chaud vacuera les surchauffes inutiles en ouvrant la fentre).

3 Plus Ag/D est important plus la part de Ag efficace est faible (tant la temprature de consigne les apports gratuits

plthoriques sont perdus et devront tre limins ou stocks).

La tendance pour les futurs logements sera, dune part, de favoriser les apports solaires,donc daugmenter les apports gratuits (Ag) et dautre part, daugmenter encore le niveaudisolation thermique, donc de diminuer les dperditions (D).

Le rapport Ag/D sera donc fortement croissant, do lintrt de construire avec desinerties importa ntes .

Une maison individuelle R + combles, denviron 115 m2 au nord de la Loire, la rfrenceRT 2005 verra sa consommation de chauffage en nergie primaire chuter denviron 6 % sielle passe dune inertie lgre une inertie lourde (soit environ - 4 % sur sa consommation totale).Une rpartition favorable des vitrages accentue cette tendance : avec 70 % de vitrages auSud et 30 % rpartis en Est et Ouest, le gain en chauffage passe environ 15 % (soit 10 %sur la consommation totale).

La dmarche bioclimatique est une rponse pour contribuer atteindre les objectifs du

Plan Climat.



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Prcautions en priode de chauffe

Pour les btiments occupation intermi tten t e (bureaux, btiments denseignement,

quipements sportifs, btiments industriels), la temprature de maintien durant la nuit estinfrieure la temprature de consigne en priode doccupation. Il faut donc remettre leslocaux en temprature avant larrive des occupants (priode de relance du chauffage).

4 - volution selon linertie des tempratures intrieures (Ti) et des puissances de chauffage (Pch) sur 24hen immeuble de bureaux (calculs avec Pliades-Comfie).

En climat amplitude moyenne ou faible, les gains en rcuprations des apports gratuitscompenseront lventuelle augmentation des consommations durant les dures derelance.

Cependant, en climat forte amplitude de temprature jour-nuit (climat continental,altitude leve), la structure se refroidit et la puissance de relance de chauffage doit assurergalement la remise en temprature de linertie. Ce qui peut engendrer desconsommations de chauffage supplmentaires. Un bon remde consistera en uneexcellente isolation, de prfrence par lextrieur, qui limitera labaissement nocturne de latemprature de la structure.

2. Lintrt de linertie en mi-saisonLa mi-saison qui se caractrise par des besoins de chauffage et de climatisation faibles, estune priode stalant de 3 mois au sud 4 mois au nord. En mi-saison, les apports solairessont suprieurs ceux de lhiver. Laugmentation des apports gratuits entrane uneaugmentation des apports rcuprs. Celle-ci est dautant plus nette que linertie estimportante.

inertie LGRE

1610

15

20

T i n t

( C

)

P c h

( k W

)

05101520253035

TiP ch

18 20 22 24 2 4 6 8 10 12 14

inertie TRS LOURDE

1610

15

20

T i n t

( C

)

P c h

( k W

)

05

101520253035

TiP ch

18 20 22 24 2 4 6 8 10 12 14



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Il en rsulte trois consquences positives pour les btiments chauffage continu(logements, htellerie, hbergement hospitalier) : La mise en route du chauffage est plus tardive en automne et larrt plus prcoce au printemps.

Lattnuation des amplitudes jour-nuit des tempratures opratives intrieures diminueles risques davoir relancer le chauffage certaines nuits et simplifie la gestion duchauffage centralis.

Lattnuation des surchauffes diurnes oblige moins agir pour rafrachir le logement(protections solaires, courants dair).

Prcautions en mi-saison

Pour les btiments chauffage intermittent, lorsque les apports internes sont importants

(bureaux, salles de classe, salles de runions) et si les locaux sont galement soumis desapports solaires, la structure doit tre en mesure dabsorber en partie ces apportsplthoriques de chaleur. Une inertie importante le fera dautant mieux sil est prvu unrafrachissement en priode nocturne consistant ventiler les locaux avec des dbits dairbeaucoup plus importants que ceux requis en priode doccupation (surventilation).

5 - Simulations avec le logiciel Pliades-Comfie sur un immeuble de bureaux pour le site de Macon 2 journes de semaine de mi-saison. La combinaison inertie lourde + surventilation nocturne permet de dissiper les importants apports de chaleur gratuits (bureautique, clairage) et ainsi viter les surchauffes en journe. Linertie du btiment stocke la fracheur nocturne et la diffuse la journe suivante.

Plus que les gains nergtiques apports, linertie permet de lisser les besoins de chaleuret de rafrachissement en mi-saison, simplifiant ainsi la gestion des systmes de chauffageet limitant lincitation mettre en marche une ventuelle climatisation durant certaines journes chaudes.

BUREAUX mi-saison Temprature Intrieure :influence de la surventilation.

0

T (C)

Heures6 12 18 24 6 12 18 24

35

30

25

20

15

10

5

Ti avec surventilationTi sans surventilationT extrieure



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3. Lintrt de linertie en t

6 - Reprsentation schmatique de lintrt de linertie thermique en priode estivale.

En t, les apports internes, les apports solaires et la temprature extrieure contribuent accrotre la temprature intrieure. Pour des btiments haut niveau disolation, lesconditions de confort peuvent devenir frquemment intenables. Linertie permet dcrterles pointes de temprature intrieure en stockant les surchauffes ponctuelles et en lestalant dans le temps (cf. figures 7 et 8).

7 - volution des tempratures intrieures et extrieures pour trois niveaux dinertie sur une journe chaude en logement : simulations avec le logiciel Pliades-Comfie sur une maison individuelle pour le site de Macon 2 journes de semaine dt.

Maison individuelle (t)Tempratures Intrieures - Influence de l'Inertie.

0

T (C)

Heures6 12 18 24 6 12 18 24

35

30

25

20

15

10

5

Inertie lgre Inertie lourde

Nb dheuresdurant lesquellesla temprature intrieureest suprieure 28Csur toute la priode estivale.



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Pour la majorit des climats en France mtropolitaine et pour la plupart des btiments, uneforte inertie peut contribuer obtenir lt des tempratures suffisamment acceptablespour se passer de systme de refroidissement.

Mais linertie seule nest pas suffisante : associe une bonne gestion des protectionssolaires et une surventilation nocturne, une inertie importante permet de stocker de lafracheur pour la journe suivante.

Iner t ie l gre : mauvais confort dt mme avec des protections solaires et la surventilationnocturne.

Ine r tie tr s lourde : bon confort dt, surtout avec des protections solaires et la surventilationnocturne.

8 - volution des tempratures intrieures et extrieures pour deux inerties en bureaux : simulations avec le logiciel Plaides-Comfie pour le site de Macon 2 journes de semaine dt avec et sans surventilation, avec et sans protections solaires, avec inertie lgre et trs lourde.

BUREAUX en t - inertie lgreTempratures Intrieures :

influence de la surventilation et des protections solaires

0

T (C)

Heures6 12 18 24 6 12 18 24

504540353025201510

Ti inertie lgreTi inertie lgre + protection

Ti inertie lgre + surventilationTi inertie lgre + protection+ surventilationT extrieure

BUREAUX en t - inertie trs lourdeTempratures Intrieures :

influence de la surventilation et des protections solaires

0

T (C)

Heures6 12 18 24 6 12 18 24

504540353025201510

Ti inertie trs lourdeTi inertie trs lourde + protectionTi inertie trs lourde + surventilationTi inertie trs lourde + protection+ surventilationT extrieure



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Prcautions pour lt

Pour des btiments usage intermittent et quips de systmes de refroidissement (cas

actuellement courant en bureaux), une inertie forte nest pas recommande si linstallationnest pas accompagne dun systme de surventilation nocturne dbit dair important etagissant sur un site climatique propice : grandes amplitudes des tempratures extrieures jour-nuit. Il faut vrifier que le systme de refroidissement nait pas assurer le refroidis-sement de la structure ayant stock de la chaleur le jour prcdent, ceci pour viter dessurconsommations de climatisation et la difficult dobtenir la temprature oprative vise.

Pour tous les btiments, une inertie importante est presque toujours bnfique lt.Cependant, en cas de journes caniculaires conscutives, la structure finit par se charger en

chaleur et met plus de temps se vider des surchauffes stockes. Ce phnomneconstat lt 2003, incite associer systmatiquement linertie forte la surventilationnocturne et au contrle maximal des apports gratuits (solaires et internes).

Le choix dinerties importantes exige des tudes pralables plus fines (analyse desdonnes climatiques du site, simulations dynamiques).

En rsum, dans les logements, une inertie importante permet la plupart du temps et dansla plupart des sites climatiques dviter des surchauffes importantes qui, par leur rptition,inciteraient les usagers squiper de systmes de climatisation.

En locaux usage intermittent (bureaux), linertie importante associe une surventilationnocturne peut contribuer galement viter une installation systmatique de productionde froid, au moins au Nord de la France.



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3Chapitre

Linertiethermique :quest ce que cest ?

1. Petit tour thorique1.1 - Linertie dun matriau et dune paroi

La diffusivit thermique Leffusit thermique Et alors ?

1.2 - Inertie thermique dun btiment

2. Grand tour pratique2.1 - Traduction qualitative de linertie2.2 - Traduction pratique de linertie



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1. Petit tour thorique

La notion dinertie thermique est difficile apprhender dun point de vue quantitatif car,

si elle est comprhensible intuitivement, elle ne reste pas moins galvaude lorsquil sagitden prciser sa dfinition.

Le propos sera volontairement non mathmatique (de nombreux documents traitentde la thorie de linertie, se rfrer la bibliographie). Il est propos dexpliquer linertiethermique sans quation tout en essayant den dchiffrer le sens.

Pralablement, de quelle inertie sagit-il, de linertie dun matriau, dune paroi ou dunbtiment ?

1.1 - Linertie dun matriau et dune paroi

Linertie thermique est conditionne principalement par une proprit appele capac it thermique . La capacit thermique exprime la facult dun matriau absorber et stockerde lnergie.

Lorsquils sont soumis une sollicitation nergtique (par exemple une variation detemprature), les matriaux se comportent un peu comme des ponges, cest dire quils vont absorber une partie de cette nergie. Comme lponge gonfle en prsence deau, lematriau, lui, se rchauffe en absorbant une partie de lnergie reue (cf. figure 9).

Tous les matriaux ne possdentpas les mmes capacitsthermiques : pour un mmeapport dnergie en un tempsdonn, ces matriaux ne vont passubir le mme chauffement.

9 - Analogie entre des ponges deux matriaux de capacits thermiquesdiffrentes.

ApportEnergie

Capacit thermiqueleve

Capacit thermiquefaible



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La capacit thermique des matriaux sexprime en kilojoules (donc de lnergie) par m3 dematriau et par degr.

(Valeurs dduites des donnes du fascicule 2/5 rgles Th U CSTB)

Linertie thermique, qui permet de stabiliser les tempratures lintrieur des btiments,

sera donc conditionne par lemploi de matriaux forte cap acit thermique avec un v olume c onsquent .

Cependant, si lemploi de ce type de matriaux lourds est indispensable, ceci nest passuffisant. Reprenons lexemple de lponge : quand elle est sature, il est ncessairedvacuer leau quelle contient pour quelle puisse nouveau se remplir. Il en est de mmepour les matriaux de construction : linertie thermique jouera son rle plein si lesmatriaux sont rgulirement vids de lnergie thermique quils ont emmagasine.Aussi, la capacit thermique doit pouvoir cha nger avec lambiance intrieure. Unesurface de contact importante est donc ncessaire.

Linertie rsulte dau moins deux paramtres physiques.

La diffusivit thermique

Elle exprime la vitesse de diffusion d un flux de chaleur au sein dun ma t ria u, flux dechaleur provenant par exemple dune variation de temprature la surface (rayonnementsolaire, effet du vent).

Plus cette diffusivit thermique est grande, plus le matriau schauffe ou se refroidit rapidement.

La diffusivit dpend de deux caractristiques : La conductivit thermique du matriau qui traduit sa propension transfrer de la

chaleur et qui sexprime par le flux de chaleur traversant en une seconde 1 m2 de surfaceet un mtre dpaisseur du matriau pour un degr dcart entre les surfaces dentre etde sortie ([W/m.K] pour 1 m2).

La c apaci t thermique.

Quelques capacits thermiques usuelles de matriaux

Matriaux courants Capacit thermique (kJ/m3.K)

Bois de charpente 960Bton 2400 2610Terre cuite 630 1800Pierre 2520 2790



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La diffusivit est proportionnelle sa conductivit thermique et inversementproportionnelle sa capacit thermique.

Le bton qui prsente une capacit thermique et une conductivit thermique importantesa une diffusivit du mme ordre de grandeur que les autres matriaux de construction.Mais, le bton utilis comme lment de structure a naturellement des paisseurscomprises entre 15 et 25 cm. Aussi, la variation de temprature sur lune des faces desparois met longtemps tre ressentie sur lautre face.

Leffusivit thermique

Elle exprimela pti tude de l a surface d un ma t ria u stocker ou re stituer de la cha le u r.

Leffusivit crot avec la conductivit et la capacit thermique (cf. encadr). Donc, celle dubton est leve, ce qui lui donne u ne g rande aptitude s tocker de la chale u r le jour o ude la fracheur la nuit .

(Valeurs dduites des donnes du fascicule 2/5 rgles Th U CSTB)

Quelques valeurs

Effusivit (J/m2.K.s0,5)

Isolants 30 60Bois 350 600

Mtal ~ 15000Pierre ~ 3000Bton ~ 2000Terre cuite 500 1300

Exemple concret :

La temprature de la peauest de lordre de 27C.Toucher une paroi 23C donnera une sensationde fracheur plus forte avec du bton quavec du bois,sensation lie la vitesse suprieure avec laquelle la main se refroidit avec le bton durant le contact.

La surface du bton est plus avide se rchauffer. Il faut laisser suffisamment longtemps le contact pour que le bois et le bton finissent par donner la mme sensation.

Focus : pour aller plus loin

: conductivit thermique du matriau [W/m.K]

Cp : capacit thermique du matriau(ou chaleur volumique) [J/m3.K]

Diffusivit D = / Cp

Effusivit Eff = .Cp



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Et alors ?

Comme la diffusivit du bton est moyenne et que son effusivit est leve, ce matriau

restitue avec un dcalage important la quantit de chaleur importante emmagasine le jource qui permet de la dissiper dans le logement pendant la nuit normalement plus frache.

A contrario, grce une ventilation efficace, il permet demmagasiner la fracheur la nuit et dela restituer au moment fort de la journe, lorsque la temprature est normalement plus leve.

On comprend bien ds lors lavantage trs important du bton vis--vis du confort dtgrce lexistence de ce dcalage (cf. figure 10).

10 - Principe dvolution des tempratures de surfaces intrieure et extrieure dune paroi forte inertie.

1.2 - Inertie thermique dun btiment

Linertie dun btiment peut tre dfinie par son aptitude rduire les surch auffes toutelanne, c'est--dire par son taux de rcupration des apports gratuits durant la priode dechauffage, et lvolution de la temprature intrieure en t.

Mais comment peut-elle simplement tre caractrise ?

Un btiment est constitu de nombreuses parois avec des inerties souvent trs diffrentes.En outre, un btiment est soumis de nombreuses sollicitations concomitantes : variationsde la temprature extrieure, des apports solaires, des apports internes, des cfficientsdchanges superficiels ( cause du vent, de la clart du ciel, etc.).

En consquence, cerner linertie thermique dun btiment suppose lexamen de lvolutionde son comportement lensemble des sollicitations, sur une grande priode. Ceci nestenvisageable quavec des outils de calcul prenant en compte tous les paramtres

caractrisant la fois le btiment, son usage et les variations climatiques.

18h00

dcalage

temps

t intrieuret extrieure

t



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Ce travail maintes fois ralis permet dexprimer de manire relativement simple etsuffisante linertie thermique dun btiment, les types de parois qui le composent et leurs

surfaces dchanges respectives avec lambiance intrieure.

2. Grand tour pratique

2.1 - Traduction qualitative de linertie

Selon que lon sintresse aux apports gratuits rcuprs ou au confort dt, linertie dunbtiment peut se dfinir selon deux notions :

linertie quotidienne qui caractrise lamortissement de londe sur 24 heures entemprature et ensoleillement et qui est lie au taux de rcupration des apportsgratuits. Pour le bton, ce sont environ les 7 premiers centimtres en contact aveclambiance intrieure qui agissent effectivement (surfaces dchanges suffisantes).

linertie squentielle qui caractrise lamortissement de la variation de latemprature extrieure sur plusieurs jours conscutifs et qui est utilise pour dcrirele comportement dun btiment en priode chaude. Pour une squence de 12 jours,lpaisseur efficace du bton est de lordre de 34 cm.

2.2 - Traduction pratique de linertie

Selon les modles de calcul, soit linertie est caractrise par la description de chaque paroisoit elle est globalise au btiment selon la nature des parois.

La premire approche est surtout utilise dans les outils de simulations dynamiquesqui calculent le comportement de chaque paroi pour dcrire le comportement dubtiment dans son ensemble.

La deuxime approche consiste caractriser globalement linertie du btimentpour estimer des consommations nergtiques et des tendances sur des priodeschaudes (confort dt). Cette approche est celle utilise dans le calcul rglementaire(RT 2005). Cf. tableau 11.



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11 Classes dinertie selon la nature des parois du btiment (mthode simplifie des rgles Th I CSTB).

La mthode simplifie des rgles Th-I est la plus pratique pour estimer rapidement laclasse dinertie dun projet. Elle ncessite cependant de savoir si les planchers hauts et baset les murs sont considrs comme lourds ou non.

Les figures 12 et 13 prcisent les conditions que doivent remplir des parois verticales ethorizontales pour tre classes comme lourdes .

12 - Exemples de murs lourds.

Le calcul rglementaire (RT 2005)

Plancher bas Plancher Haut Paroi verticale Classe dinertie

lourd lourd lourde trs lourde

- lourd lourde lourdelourd - lourde lourde

lourd lourd - lourde

- - lourde moyenne

- lourd - moyenne

lourd - - moyenne

- - - trs lgre



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13 - Exemples de planchers lourds.



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4Chapitre

Commentexploiter lesatouts thermiquesdu bton ?

1. Le btondans la dmarche bioclimatique1.1 - En maison individuelle1.2 - En immeuble collectif 1.3 - En btiment non rsidentiel

occupation continue1.4 - En btiment occupation

intermittente1.5 - En altitude

2. Le bton en conception classique

3. Le btonentre la thermique et lacoustique



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Les enjeux nergtiques et climatiques vont inciter les acteurs de la construction choisir

entre deux tendances pour concevoir et construire des enveloppes de btiments de moins en

moins mettrices de gaz effet de serre :

Rduire fortement les besoins tout en recherchant une utilisation maximale dnergiesrenouvelables, en particulier le solaire, pour exploiter des nergies missions trsfaibles ou nulles. Les consommations dnergie ne sont pas extrmement faibles, maisles missions de CO2 atteignent de trs faibles niveaux.

Rduire au maximum les besoins (hyper-isolation) et utiliser des systmes etquipements consommateurs dnergies fossile et lectrique les plus performants. Lesconsommations dnergie sont alors extrmement faibles et les niveaux dmissions de

CO2 sont alors suffisamment bas malgr lusage dnergie fort taux dmission.

Ces deux dmarches ne sont pas antinomiques. Cependant, elles peuvent chacune induiredes choix architecturaux marqus dbouchant sur une organisation des espaces, des choixconstructifs et un rapport entre le btiment et les futurs occupants diffrents. Elles peuventgalement induire des choix a priori sur lemploi ou non de la climatisation.

1. Le bton dans la dmarche bioclimatique

Construire avec le climat, cest au moins rechercher un maximum dapports solaires enhiver et en mi-saison tout en se protgeant des apports dt. Une inertie lourde ou t r slourde est ncessaire pour pouvoir exploiter les apports solaires recherchs.



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14 - Larchitecture dite bioclimatique se traduit entre autres par la prise en compte de lorientation du btiment et de la prsence de dispositifs tels que le puits canadien (architecte : Cabinet Grabli).

1.1 - En maison individuelle

Les parties vitres verticales sont plus gnreuses mais les orientations privilgies vont delest au sud-sud ouest. Elles doivent tre protges du soleil dt et des vents dominantsdhiver ; les planchers hauts et bas sont lourds. Les refends peuvent galement tre enbton ou maonnerie. Ainsi, les parties opaques des faades peuvent tre traites par toutsystme constructif. Linertie est suffisante , particulirement en maison de plain-pieddont les murs peuvent tre isols par lintrieur ou lextrieur (avec parement bton silarchitecte souhaite maintenir visible ce matriau).



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1.2 - En immeuble collectif

La compacit accrue des btiments et les apports internes plus importants quen maison

individuelle incitent privilgier une inertie importante : planchers haut et bas, planchersintermdiaires doivent tre prioritairement lourds.

Les vitrages orients de prfrence vers le sud (quand cela est possible) seront protgsdes vents dominants dhiver et du soleil dt par des casquettes et des joues adaptes quipeuvent devenir des lments danimation des faades et dexpression explicite de larecherche des apports solaires bnfiques pour les occupants. Attention cependant autraitement des ponts thermiques, en ITI, mais galement en ITE en cas de balcons etlments pare-soleil nombreux.

La prservation de linertie des faades est souhaite (ITE) tant donn que leurs surfacessont proportionnellement plus importantes quen maison individuelle. Les toituresterrasses doivent tre paisses, aussi bien pour limiter les dperditions (isolation) que pourrduire le facteur solaire pour lt (paisseur totale considrer) : une dalle bton de18 cm 20 cm avec au moins 12 cm 20 cm disolation et une ventuelle vgtalisationpermettent de rpondre aux exigences dhiver et dt.

15 Exemple de toiture terrasse vgtalise.



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1.3. En btiments non rsidentiels occupation continue

Ces quelques principes vu dans le chapitre prcdent sont applicables (zones de chambres

hospitalires, foyer, htellerie, RPA).

16 En btiments occupation continue (ici une unit griatrique), lemploi du bton permet de garantir la stabilit des tempratures (architecte : Franois Nol).

Focus : quelques principes ne pas oublier

rechercher les apports dclairage naturel, sassurer des possibilits de ventilation nocturne

traversante pour lt, viter les revtements ayant une rsistance

thermique trop forte sur le sol (moquette),

isoler fortement toutes les parois donnantsur lextrieur, en particulier la toiture.



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1.4 - En btiments occupation intermittenteLa dmarche bioclimatique est plus dlicate tant donn que les priorits nergtiquespeuvent glisser du chauffage lclairage ou au refroidissement selon les zones

climatiques et la fonction du btiment (enseignement, bureaux, commerces, sports).

Ici, pas de rgles simples : chaque projet doit tre abord au cas par cas et ncessitequelques calculs pour traiter de manire cohrente le chauffage, lclairage et si besoin, laclimatisation. Pour ces btiments, la non utilisation dune climatisation oriente vers le choixdinertie importante accompagne dune surventilation nocturne.

1.5 - En altitudeLe climat est caractris par un ensoleillement intense, des tempratures hivernales basses

et des amplitudes jour-nuit importantes. La dmarche bioclimatique est dautant plusintressante. Linertie galement. Des techniques particulires peuvent tre envisagesdans ce contexte propice : beaucoup de besoins de chauffage, beaucoup de soleil, do desbesoins de stockage de chaleur accrus.

Outre linertie amnager par les parois classiques, il peut tre envisag lemploi de murscapteurs en bton (murs Trombe, isolation transparente).

17 - Schmas de principe de murs capteurs.

Soleil

Vitre

Mur "Trombe"

Extrieur Intrieur

Vitre

Air neuf

Air neufprchauff

Mur hlio-parito dynamique

Extrieur Intrieur

Soleil

Extrieur

Isolation transparente

"Nidsd'abeilles"

Intrieur

Soleil



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2. Le bton en conception classique

Le bton utilis en planchers et en refends confre aux btiments une inertie suffisante

moyennant quelques principes de conception (taille et orientation/inclinaison des vitrages,masques et occultations, possibilit de ventilation transversale ou de surventilationnocturne) pour prserver un confort dt acceptable.

En immeuble collectif, en zone suburbaine, si la ventilation nocturne est impossible (bruitsextrieurs), il faut rechercher une inertie maximale : planchers lourds et isolation desfaades par lextrieur. Linertie passe du niveau moyen au niveau lourd et permet un gainapprciable de quelques degrs (cf. figure 18).

Cette dmarche gnralisable en logement permettra de ne pas avoir recours un systmede rafrachissement.

En tertiaire usage intermittent (bureaux, coles) pour lesquels les apports internes sontimportants, le choix a priori de ne pas climatiser suppose ncessairement un large emploidu bton pour obtenir uneinertie trs lourde . A cela,il faudra adjoindre lesprincipes de conceptioncits plus haut.

7 o c t

3 0 s e

p

2 3 s e

p

1 6 s e

p 9 s

e p 2 s

e p

2 6 a o t

1 9 a o t

1 2 a o t

5 a o

t 2 9

j u i l

2 2 j u i l

1 5 j u i l

8 j u i l

1 j u i l

2 4 j u i n

1 7 j u i n

1 0 j u i n

3 j u i n

2 7 m a i

2 0 m a i

5

1015

20

25

30

35

40

T (C)

18 - volution des tempraturesextrieure et intrieure (avec

ITI et ITE) du mois de mai au mois doctobre, en immeublecollectif, Macon (logiciel

Pliades-Comfie).

19 Les salles de classe du lyce Jean Jaurs, situ prs de Montpellier,sont dpourvues de climatisation,grce linertie thermique apporte par le matriau bton (architecte : Pierre Tourre).



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3. Le btonentre la thermique et lacoustique

Concevoir un btiment vertueux la fois en confort acoustique et thermique tout en tantfaible consommateur dnergie nest pas une gageure. Le bton semploie bien rpondresimultanment ces exigences, moyennant quelques prcautions.

Les interactions entre acoustique et thermique se nichent divers endroits dun btiment : Plancher intermdiaire : le bton confre une inertie lourde cet lment tout en

participant la rduction de la transmission des bruits ariens dun tage lautre. Faade : le bton utilis en structure reprsente une masse exploitable dans la

recherche de lattnuation des bruits ariens extrieurs. En particulier, la technique

de double-mur permet datteindre des niveaux acoustiques trs intressants tout envitant la plupart des ponts thermiques de liaison des planchers avec la faade.Dans tous les cas, lemploi dun isolant thermo-acoustique (laine de verre ou deroche, polystyrne souple) est privilgier.

Dans le cas dune liaison faade-plancher intermdiaire ou refend-faade en bton,les techniques de rupteurs de ponts thermiques employes pour lITI doivent trequipes disolation souple afin de rpondre la fois aux exigences thermiquesrglementaires (RT 2005) et aux exigences minimales acoustiques. Dans le casdune liaison toiture terrasse - faade, ladjonction dun isolant thermique souplerduit les bruits ariens extrieurs.

Le bton confre gnralement une meilleure tanchit lair du bti que dans le casdes filires sches (ossatures bois, mtallique, ou systmes de montages dlmentsindustrialiss). Cet atout se traduit par des dbits dinfiltration dair parasites plus faibles,do une meilleure matrise des dbits de renouvellement dair. Mais galement, larduction des dfauts denveloppe amne un meilleur affaiblissement acoustique vis--visdes bruits ariens extrieurs.



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Conclusion

Il apparat trs clairement au terme de cette analyse que cest lensemble de la dmarche deconception quil faut passer au crible pour obtenir un confort thermique tout en ralisant desubstantielles conomies dnergie. Tous les acteurs du btiment, chacun leur niveau, sont mme dapporter des solutions pour rpondre la double problmatique, environnementale et nergtique. Pour autant les habitudes de conception sont revoir pour plus de coordination entreles diffrents corps de mtier. Chaque solution doit en effet dinscrire dans une offre globale permettant aux entreprises dacqurir terme une vritable culture nergtique transversale. Il faut trouver le bon quilibre entre les solutions lies aux quipements et celles lies au bti. A dfaut nous risquons de voir arriver une tendance au surquipement renchrissant le cot de la performance

nergtique et la rservant des programmes litistes. Une approche pragmatique du bti doit permettre dobtenir des gains trs importants par la rduction des ponts thermiques, loptimisationde linertie thermique, la ventilation et la mise en place dune isolation adapte notre climat. De la mme manire il faut se mfier des phnomnes de mode qui tendent dsigner certains matriaux comme cologiques sans se proccuper de la conception globale.

Le bton comme les autres matriaux prsente de nombreuses qualits quil faut savoir optimiser dans le cadre dune analyse complte des besoins en nergie dune habitation. Enfin, au-del dessolutions proposes pour le logement neuf, les professionnels ont galement cur de proposer dessolutions pour la rnovation nergtique du parc de logements existant. L encore, les connectionsentre maonnerie, lectricit et spcialistes de lisolation sont nombreuses et exigent un travail collectif avec les diffrents corps dtat concerns.



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Bibliographie et sources iconographiques

Sources bibliographiques :

Rgles Th-I : rgles dapplication Th-Bat (CSTB, 2006). Performance nergtique des btiments - Calculs des besoins dnergie pour le chauffage,

norme europenne EN-ISO 13790. tudes TRIBU-NERGIE pour CIMBTON, 2006 et 2007 . Mieux connatre et mieux profiter de linertie thermique du bton-

Construction moderne n124, CIMBTON. Rponses constructives la RT 2005 - Construction moderne n125, CIMBTON. Guide de larchitecture bioclimatique- A. LIEBARD et A. DE HERDE,

(ditions LE MONITEUR, 2006).

Sources iconogra phiques :

Cabinet GRABLI, architectes - Photothque CIMBTON - F. NOL, architecte(photo : H. ABADIE pour CIMBTON) - Photothque SOPREMA.

Ont particip la rdaction de cette publication :

CIMBTON, Centre dinformation sur le ciment et ses applications. CERIB, Centre dtudes et de Recherches de lIndustrie du Bton. SNBPE, Syndicat National du Bton Prt lEmploi. Cabinet TRIBU nergie. Cabinet GAMBA Acoustique et associs.



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Annexe

A - Prliminaire

B - Hypothses

C - Simulations

tude ralise pour CIMBTON par le cabinet TRIBU nergie (2006)

IInfluence de linertie

en maison individuelleet immeuble de bureaux



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A - Prliminaire 37

1. Contexte et rsum de l'tude

2. Outils et logiciels

B - Hypothses 39

1. Maison

1.1 - Caractristiques gomtriques

1.2 - Caractristiques des parois

1.3 - Scnarii

2. Immeuble de bureaux



2.3 - Scnarii

C - Simulations 47

1. Site mto

2. Les inconvnients en priode de chauffe

3. Les inconvnients en mi-saison

4. Les avantages en mi-saison

5. Les avantages en t

5.1 - Logement

5.2 - Immeuble de bureaux

5.3 - Immeuble de bureaux (inertie lgre) 5.4 - Immeuble de bureaux (inertie trs lourde)

Sommaire



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Annexe I Prliminaire



A



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Linertie thermique dun btiment joue un rle important dans la rgulation de la temprature

intrieure que ce soit en priode estivale, en mi-saison ou en hiver tout comme sur lesconsommations de chauffage.

En revanche, cette inertie peut avoir un impact diffrent suivant lactivit interne du btiment(chauffage, apports internes), la ventilation et la gestion des apports solaires gratuits.

Afin danalyser tous ces paramtres, cette tude portera sur la simulation thermique dedeux types de btiments en parois bton : une maison et un immeuble de bureaux.

La maison tudie reprsentera le cas dun logement en chauffage continu avec de faiblesapports internes, une ventilation gnrale et permanente ainsi quune surface vitremoyenne.

Limmeuble de bureaux reprsentera un btiment tertiaire en chauffage intermittent avecdimportants apports internes et externes (grande surface vitre) et une ventilation permettanten t le free-cooling.

2. Outils et logicielsLes calculs des tempratures intrieures, du confort estival et des consommations dechauffage sont dtermins partir du logiciel Pleiades + Comfie, version 2.6, simulationdynamique.



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Annexe I Hypothses

1. Maison1.1 - Caractristiques gomtriques1.2 - Caractristiques des parois1.3 - Scnarii

2. Immeuble de bureaux 2.1 - Caractristiques gomtriques2.2 - Caractristiques des parois2.3 - Scnarii

B



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Les simulations thermiques dynamiques sont ralises sur une maison type ainsi que sur un

petit immeuble de bureaux.

1. Maison


Les simulations thermiques dynamiques sont ralises sur une maison de plain pied dunesurface habitable de 120 m 2. Elle est compose de trois chambres, un sjour, une cuisine,une salle de bains et un WC.

Pla n

Plan issu du logiciel Alcyone (coupl Comfie-Pleaides).

Les pices de mme couleur appartiennent la mme zone, cest--dire que les conditionsintrieures sont identiques (temprature, ventilation, occupation).

sjour

cuisine chambre 1 chambre 2

chambre 3salle de bain+ WC

entre + couloir placard



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Parois opaques Lobjectif de ltude est dobserver limpact de linertie du logement sur le confort dt etles consommations de chauffage. Pour cela, deux combinaisons de parois sont tudies :

Iner t ie lourde :

Mur : bton de 20 cm + isolation extrieure type laine de verre ( = 0.033 W/(m.K))de 8 cm.

Plancher bas sur terre-plein : dalle bton de 20 cm + isolation en sous-face type PSE( = 0.038 W/(m.K)) de 8 cm.

Plancher haut : toiture terrasse en bton lourd de 20 cm + isolation extrieure typePUR ( = 0.025 W/(m.K)) de 5 cm.

Iner t ie l gre :

Mur : bton de 20 cm + isolation intrieure type laine de verre ( = 0.033 W/(m.K))de 8 cm.

Plancher bas sur terre-plein : dalle bton de 20 cm + isolation en sous-face type PSE( = 0.038 W/(m.K)) de 8 cm.

Plancher haut : toiture lgre sous combles perdus + isolation type laine de verre( = 0.033 W/(m.K)) de 20 cm.

Cloisons intrieures Les cloisons intrieures sont composes de 2 plaques de BA13 spares par une lame dair.

Baies Menuiseries alu. Double vitrage 4/16/4 type CLIMAPLUS. Uw = 2.6 W/m2.K. Vitrage - Facteur solaire : 0.48. Menuiseries RCL : fentres 0.66.

Portes Porte dentre : isolante / bois U= 1 W/m2.K.



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1.3 - Scnarii

Occupation

2 adultes et 2 enfants. Semaine (du lundi au vendredi ) : 4 occupants de 18h00 9h00. Week-end : occupation permanente.

Ventilation La ventilation est de type simple flux . Le dbit de base est de 105 m3 /h et le dbit depointe atteint 195 m 3 /h.

Apports internes

Appareil s en veille :

Tlvision ; magntoscope ; 3 rveils ; tlphone ; micro-ondes ; hifi = 8 x 4W.

lectromnager

Puissance (W) Consommations

Lave vaisselle * 1.05kWh/cycle 6 cycles / semaineLave linge * 0.85kWh/cycle 6 cycles / semainesRfrigrateur seul 190kWh/an -Conglateur seul 230kWh/an -Tlvision 130W / 4W veille 4h / jourMagntoscope / DVD 130W / 4W veille 4h / jourOrdinateur + imprimante 250W 1h / jourCuisson plaques induction 2500W/plaque 0.85h / jourFour lectrique catalyse 2600W 1h / semaineFour micro-ondes 750W 0.25h / jour

clairage

lux P (W/m2) Type Nb h / jour

Entre 200 6 50% fluo + 50% halogne 1WC 200 6 50% fluo + 50% halogne 1Sjour 500 15 50% fluo + 50% halogne 4Cuisine 500 15 50% fluo + 50% halogne 2Chambres 500 15 50% fluo + 50% halogne 1.5Salle de bain 200 6 50% fluo + 50% halogne 2Couloir 200 6 50% fluo + 50% halogne 1



43/63

Temprature de consigne En priode de chauffe : 19C de 6h 23h et 17C la nuit.

2. Immeuble de bureaux


Les simulations thermiques dynamiques sont ralises sur un immeuble de bureaux de400 m 2 de surface utile rpartie sur 3 niveaux. Une circulation centrale dessert les bureauxorients au Nord et au Sud.

Plan du 1 er nive au

Plan issu du logiciel Alcyone (coupl Comfie-Pleaides).

Les pices de mme couleur appartiennent la mme zone, cest--dire que les conditionsintrieures sont identiques (temprature, ventilation, occupation).

Occupation

Les apports internes des 4 personnes occupant le logement sont estims 80W / personne.

bureaux 1

bureaux 2

circulations



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Parois opaques

Pour les simulations sur limmeuble de bureaux, quatre combinaisons de parois sonttudies suivant linertie voulue :

Inertie trs lourde :

Mur : bton de 20 cm + isolation extrieure type laine de verre ( = 0.033 W/(m.K)) de 8 cm. Plancher bas sur terre-plein : dalle bton de 20 cm + isolation en sous-face type PSE

( = 0.038 W/(m.K)) de 8 cm. Plancher haut : toiture terrasse en bton lourd de 20 cm + isolation extrieure type

PUR ( = 0.025 W/(m.K)) de 5 cm. Plancher intermdiaire lourd : bton de 20 cm sans faux plafond.

Iner tie lourde :

Mur : bton de 20 cm + isolation intrieure type laine de verre ( = 0.033 W/(m.K)) de 8 cm. Plancher bas sur terre-plein : dalle bton de 20 cm + isolation en sous-face type PSE


PUR ( = 0.025 W/(m.K)) de 5 cm. Plancher intermdiaire lourd : bton de 20 cm sans faux plafond.

Inertie moyenne :



PUR ( = 0.025 W/(m.K)) de 5 cm. Plancher intermdiaire lger.

Inertie lgre :


( = 0.038 W/(m.K)) de 8 cm. Plancher haut : toiture lgre sous combles perdus + isolation type laine de verre

( = 0.033 W/(m.K)) de 20 cm. Plancher intermdiaire lger.



45/63

Cloisons intrieures Les cloisons intrieures sont composes de 2 plaques de BA13 spares par une lame dair.

Baies Menuiseries aluminium. Double vitrage 4/16/4 type CLIMAPLUS. Uw = 2.6 W/m2.K. Vitrage - Facteur solaire : 0.48. Menuiseries RCL : fentres 0.66.

B.3 - Scnarii

Occupation 35 personnes. Semaine (du lundi au vendredi ) : de 8h00 18h00. Week-end : occupation nulle.

Ventilation La ventilation est de type simple flux . Le dbit est de 18 m3 /h.personne (1.6 vol/h) enpriode doccupation.Pour certaines simulations, une sur-ventilation nocturne de 6 vol/h est applique.

Apports internes Bureautique : 7000 W (35 postes informatiques x 200 W)

La nuit, on considre une veille globale du matriel informatique de 500 W. clairage : 15 W/m2 en zone bureaux et 10 W/m 2 en zone locaux de services /

circulations. Occupation : apports internes estims 80 W/personne.

Temprature de consigne En priode de chauffe : 20C de 7h 19h et hors gel la nuit + week-end.



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Annexe I Simulations

1. Site mto

2. Les inconvnients

en priode de chauffe

3. Les inconvnients en mi-saison

4. Les avantages en mi-saison

5. Les avantages en t5.1 - Logement5.2 - Immeuble de bureaux

5.3 - Immeuble de bureaux (inertie lgre)

5.4 - Immeuble de bureaux (inertie trs lourde)

C



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Les simulations ont t ralises sur les priodes t, hiver et mi-saison.

1. Site mtoLes fichiers mtorologiques, fournis par Mto France, sont issus dune moyenne destempratures mesures sur site durant 30 ans. Le logiciel intgre en outre la tempraturede lair au pas de temps horaire, le rayonnement horizontal diffus ainsi que le rayonnementglobal horizontal.

Les simulations thermiques dynamiques de la maison et des bureaux ont t ralises avecle fichier mto de Mcon (zone H1c) :

2. Les inconvnients en hiver (chauffage intermittent)

Ces simulations concernent limmeuble de bureaux (chauffage intermittent) pour uneinertie lourde et lgre en priode de chauffage.

On constate deux volutions diffrentes pour ces deux simulations.Dans le cas dune inertie lourde, la temprature nocturne chute lentement : -1.5 C entre22h et 7h. Cela a pour consquence dviter un fort appel de puissance pour remettre lebtiment en temprature le matin. En revanche, la puissance appele reste importante en journe afin de maintenir la temprature de lenveloppe.

A linverse, la temprature du btiment faible inertie chute rapidement ds la fin de journeet perd jusqu 7C le lendemain matin. Une fois la temprature de consigne atteinte, lesapports internes et solaires suffisent presque seuls au maintien de 20C en journe.

Les consommations de chauffage pour ces 2 cas sont toutefois similaires mais la rpartition

sur la journe est diffrente.

inertie LGRE

1610

15

20

T i n t

( C

)

P c h

( k W

)

05101520253035

TiP ch

18 20 22 24 2 4 6 8 10 12 14

inertie TRS LOURDE

1610

15

20

T i n t

( C

)

P c h

( k W

)

05101520253035

TiP ch

18 20 22 24 2 4 6 8 10 12 14



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3. Les inconvnients en mi-saison (chauffage intermittent)

Cette simulation concerne limmeuble de bureaux pour une inertie lourde en mi-saisonavec et sans free-cooling.

Limpact du free-cooling est clairement mis en avant ici avec une diffrencede temprature de 3C en journeet une baisse de plus de 7C la nuit.

La combinaison inertie lourde+free-cooling permet de dissiper les importants apports dechaleur gratuits (bureautique, clairage) et dviter ainsi les surchauffes en journe.Linertie du btiment stocke la fracheur nocturne et la diffuse la journe suivante.

4. Les avantages en mi-saison (chauffage continu)

Cette simulation concerne la maison (chauffage continu) pour une inertie lourde et lgreen mi-saison.

Linertie dun btiment nivelle lesvariations de tempratures intrieures.

En consquence, les surchauffes sont limites en mi-saison et les consommations de chauffagede nuit sont rduites puisque le dphasage dans le temps du au stockage de lnergie par

lenveloppe du btiment permet de librer la nuit les calories emmagasines la journe.

BUREAUX mi-saison Temprature Intrieure :influence de la surventilation.

0

T (C)

Heures6 12 18 24 6 12 18 24

35

30

25

20

15

10

5

Ti avec surventilationTi sans surventilationT extrieure

MI mi-saison T = f (inertie)

0

T (C)

Heures6 12 18 24 6 12 18 24

25

20

15

10

5



49/63


5.1 - Logement

5.2 - Immeuble de bureaux

Ces simulations ont t ralises sans free-cooling et sans protections solaires pour les vitrages.

Les deux graphiques mettent en vidence la rduction de la surchauffe en priode de fortechaleur par linertie du btiment en logement comme en bureaux sans toutefois garantir un

confort optimal.

Maison individuelle (t)Tempratures Intrieures - Influence de l'Inertie.

0

T (C)

Heures6 12 18 24 6 12 18 24

35

30

25

20

15

10

5

BUREAUX t T = f (inertie)

0

T (C)

Heures6 12 18 24 6 12 18 24

504540353025201510

Ti LGT MTi TLDTi ext



50/63

5.3 - Immeuble de bureaux (inertie lgre)

5.4 - Immeuble de bureaux (inertie trs lourde)

Ces deux derniers graphiques montrent limpact des protections solaires ( ps ) et dufree-cooling ( fc ) en t.

Cela confirme le fait que linertie thermique sera vritablement efficace en t si on luiassocie une sur-ventilation nocturne et des vitrages quips de protections solairesperformantes (volets/stores extrieurs de couleur claire).

Il est noter quun immeuble de bureaux faible inertie sera difficile maintenir unetemprature de confort en t mme avec la combinaison sur-ventilation / protectionssolaires.

BUREAUX t LG T = f (free c et protec s)

0

T (C)

Heures6 12 18 24 6 12 18 24

504540353025201510

Ti LGT extTi LG psTi LG fcTi LG ps+fc

BUREAUX t TLD T = f (free c et protec s)

0

T (C)

Heures6 12 18 24 6 12 18 24

504540353025201510

T extTi TLDTi TLD psTi TLD fcTi TLD ps+f



51/63

Annexe Influence de linertieen immeuble collectif

A - Prliminaire

B - Hypothses

C - Simulations

II

tude ralise pour CIMBTON par le cabinet TRIBU nergie (2007)



52/63

A - Prliminaire 55



B - Hypothses 57

1. Caractristiques gomtriques

2. Caractristiques des parois

3. Scnarii

C - Simulations 61

1. Site mto


Sommaire



53/63

Annexe II Prliminaire



A



54/63


55/63

Annexe II Hypothses



3. Scnarii

B



56/63

Les simulations thermiques dynamiques sont ralises sur la base dun immeuble

comportant 24 appartements : 6 T1, 12 T3 et 6 T4.


Les simulations thermiques dynamiques sont ralises sur un immeuble collectif dune surface habitable de 2 324 m 2. Le btiment est considr comme monozone danscette tude.


Parois opaques Lobjectif de ltude est dobserver limpact de linertie du logement sur le confort dt etles consommations de chauffage. Pour cela, deux combinaisons de parois sont tudies :

Parois commune toutes les configurations tudies. Plancher bas sur terre-plein : dalle bton de 20 cm + isolation en sous-face type

PSE ( = 0.038 W/(m.K)) de 8 cm. Plancher haut : toiture terrasse en bton lourd de 20 cm + isolation extrieure

type PUR25 de 10 cm.

Variantes (R=2.72 m.K/W dans tous les cas) ITI : bton de 20 cm + isolation extrieure type PSE38 de 10 cm. ITE : isolation extrieure type PSE38 de 10 cm + bton de 20 cm.

Baies Menuiseries aluminium. Double vitrage 4/16/4 type CLIMAPLUS Ug = 1.8 W/m2.K. Vitrage - Facteur solaire : 0.48. Menuiseries RCL : fentres 0.66.

Portes Porte dentre : isolante / bois U= 1 W/m2.K.



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3. Scnarii

Occupation

2 adultes et 2 enfants. Semaine (du lundi au vendredi ) : 4 occupants de 18h00 9h00. Week-end : occupation permanente.

Ventilation La ventilation est de type simple flux hygro A denviron 0.4 vol/h (fonction deloccupation).

Apports internes

Appareils en veille : Tlvision ; magntoscope ; 3 rveils ; tlphone ; micro-ondes ; hifi = 8 x 4W.

lectromnager

Puissance (W) Consommations

Lave vaisselle * 1.05kWh/cycle 6 cycles / semaineLave linge * 0.85kWh/cycle 6 cycles / semainesRfrigrateur seul 190kWh/an -Tlvision 130W / 4W veille 4h / jourMagntoscope / DVD 130W / 4W veille 4h / jourOrdinateur + imprimante 250W 1h / jourCuisson plaques induction 2500W/plaque 0.85h / jourFour lectrique catalyse 2600W 1h / semaineFour micro-ondes 750W 0.25h / jour

clairage

lux P (W/m2) Type Nb h / jour

Entre 200 6 50% fluo + 50% halogne 1WC 200 6 50% fluo + 50% halogne 1Sjour 500 15 50% fluo + 50% halogne 4Cuisine 500 15 50% fluo + 50% halogne 2Chambres 500 15 50% fluo + 50% halogne 1.5Salle de bain 200 6 50% fluo + 50% halogne 2Couloir 200 6 50% fluo + 50% halogne 1

Occupation

Les apports internes des 4 personnes occupant le logement sont estims gaux 80W / personne.



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Simulations

1. Site mto


CAnnexe II



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Les simulations ont pour objectif dvaluer limpact de linertie et des parois bton sur le

confort dt et les consommations de chauffage.

A. Site mto

Les fichiers mtorologiques, fournis par Mto France, sont issus dune moyenne destempratures mesures sur site durant 30 ans. Le logiciel intgre en outre la tempraturede lair au pas de temps horaire, le rayonnement horizontal diffus ainsi que le rayonnementglobal horizontal.

Les simulations thermiques dynamiques de la maison et des bureaux ont t ralises avec

le fichier mto de Mcon (zone H1c) :

B. Les avantages en t

Simulation du 20 mai au 1 er octobre

Ce graphique reprsente lvolution de la temprature intrieure en configuration isolationintrieure (rouge) et isolation extrieure (vert). La courbe bleue reprsente la tempratureextrieure (lissage et zoom des courbes la fin).

Le graphique ci-dessus montre lavantage dune isolation par lextrieur afin de valoriserlinertie des murs bton. La configuration isolation par lextrieur permet une rductionde la temprature moyenne denviron 3.5C et permet damortir les pic de temprature

extrieure.

Annexe II C - Simulations

7 o c t

3 0 s e

p

2 3 s e

p

1 6 s e

p 9 s

e p 2 s

e p

2 6 a o t

1 9 a o t

1 2 a o t

5 a o

t 2 9

j u i l

2 2 j u i l

1 5 j u i l

8 j u i l

1 j u i l

2 4 j u i n

1 7 j u i n

1 0 j u i n

3 j u i n

2 7 m a i

2 0 m a i

5

1015

20

25

30

35

40

T (C)



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C - Simulations

Surventilation nocturne de 7 vol/h (ouverture des fentres) du 27/06 au 02/07.

Ce graphique montre que la surventilation nocturne valorise autant lITI que lITE. Lescourbes bleue (ITE) et verte (ITI) sont quasiment confondues.

Donc, sil y a possibilit douverture de fentre, lITE nest pas valorise par rapport lITI.Linertie importante des planchers bton suffit.

Ces deux dernires courbes montrent donc que lorsque les occupants nont pas la possibilitdouvrir les fentres, linertie (ITE) permettra de diminuer fortement la tempratureintrieure en t.

27C

26C

25C

24C

23C

22C

21C

20C

19C

18C

17C

16C24/06-00 24/06-12 25/06-00 25/06-12 26/06-00 26/06-12 27/06-00 27/06-00 28/06-00 28/06-12 29/06-00 29/06-12 30/06-00 30/06-12 01/07-0001/07-12 02/07-00 02/07-12



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7 o c t

3 0 s e

p

2 3 s e

p

1 6 s e

p 9 s

e p 2 s

e p

2 6 a o t

1 9 a o t

1 2 a o t

5 a o

t

2 9 j u i l

2 2 j u i l

1 5 j u i l

8 j u i l

1 j u i l

2 4 j u i n

1 7 j u i n

1 0 j u i n

3 j u i n

2 7 m a i

2 0 m a i

5

1015

20

25

30

35

40

Extrieur

T inertie lourde

Polynomial(T int ITE)Polynomial(T int ITI)Polynomial(T ext)

T inertie lgre

T (C)

7 o c t

3 0 s e

p

2 3 s e

p

1 6 s e

p 9 s

e p 2 s

e p

2 6 a o t

1 9 a o t

1 2 a o t

5 a o

t

2 9 j u i l

2 2 j u i l

1 5 j u i l

8 j u i l

1 j u i l

2 4 j u i n

1 7 j u i n

1 0 j u i n

3 j u i n

2 7 m a i

2 0 m a i

5

10

15

20

25

30

35

40

Extrieur

T inertie lourde

Polynomial(T int ITE)

Polynomial(T int ITI)Polynomial(T ext)

T inertie lgre

T (C)



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C - Simulations

Ci-dessous, deux courbes permettent de comparer lITI avec lITE pendant une semainepuis deux jours, avec les scnarii standards prsents au chapitre hypothses .

Comparatif ITI/ITE sur 1 semaine

Comparatif ITI/ITE sur 1 jour

Sur ce zoom, on ce rend bien compte du delta de temprature entre lisolation intrieure et

lisolation extrieure.

T Extrieur

T int ITE

T int ITI

T (C)

Jour

32

27

22

17

124/8 5/8 6/8 7/8 8/8 9/8 10/8 11/8 12/80:00 0:00 0:00 0:00 0:00 0:00 0:00 0:00 0:00

T Extrieur

T int ITE

T int ITI

T (C)

Jour

36343230282624

222018161412

9/8 9/8 10/8 10/8 11/80:00 12:00 0:00 12:00 0:00



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Beton Et Confort Thermique

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