Cours bilan thermique

LP MIE
Module UE2 2B-CEE
Energétique du bâtiment
ENERGETIQUE DU BATIMENT
I. INTRODUCTION :
Prenons l’exemple d’un bâtiment en hiver pour lequel on souhaiterait obtenir une température
intérieure de 18 [°C] en moyenne pour – 5 [°C] à l’extérieur, et effectuons un bilan thermique :

Ce bâtiment est soumis à des pertes calorifiques vers l’extérieur, des …………………..
Ces déperditions sont dues et sont proportionnelles à la différence de température entre
l’intérieur et l’extérieur du bâtiment.

De plus, ce bâtiment reçoit des ………………….. que l’on dit gratuits, dus à l’environnement
du bâtiment :
Environnement intérieur : ………………………………………………………….
Environnement extérieur : …………………………………………………………..

Les besoins calorifiques pour les occupants sont donc égaux à :
…………………………………………………………………………………………..
Ces besoins correspondent à la puissance d’émission que l’on devra fournir pour assurer le
confort des occupants.

L’installation de chauffage qui va fournir cette puissance de chauffage va elle-même être
soumise à un certain nombre de pertes calorifiques. Ces pertes vont se localiser au niveau
de la production (avec des pertes de combustion, c'est-à-dire au niveau du brûleur, à travers
les parois de la chaudière, par les fumées chaudes) et au niveau de la distribution (avec des
pertes au niveau de la tuyauterie non calorifugée).

Finalement, l’énergie que l’on va consommer pour notre chauffage va être égale aux besoins
de chauffage + pertes calorifiques de l’installation.
On obtient ainsi la puissance de chauffage = ……………………………..
DEPERDITIONS
BESOINS
DE CHAUFFAGE
APPORTS
GRATUITS
PERTES
CONSOMMATION
Figure 1 : Bilan thermique d’un bâtiment.
La principale étape d’un bilan thermique consiste à effectuer un calcul de déperdition du bâtiment.
Page 1
LP MIE
Module UE2 2B-CEE
Energétique du bâtiment
OBJECTIFS DU CALCUL DES DÉPERDITIONS
Le calcul des déperditions doit être effectué pour répondre à trois préoccupations :

La plus évidente étant le dimensionnement : ce calcul nous fournira la puissance émise
vers l’extérieur et donc la puissance des radiateurs nécessaire.

Le calcul des déperditions est également un outil de vérification. En effet, il faut essayer de
limiter les déperditions du bâtiment dans la mesure du possible (en choisissant des
matériaux adaptés pour les parois), afin d’éviter le gaspillage d’énergie.

Enfin, le calcul des déperditions nous permettra d’avoir accès au calcul des consommations
d’énergie, celles-ci lui étant proportionnelles, et donc nous permettra de vérifier que ces
consommations restent raisonnables et conformes à la Réglementation Thermique RT 2005.
Page 2
LP MIE
Module U2B 2B-CEE
Energétique du bâtiment
II. DÉPERDITIONS THERMIQUES D’UN BÂTIMENT
II-1 POSTES DE DÉPERDITIONS
HD
HS
HU
HV
Coefficient de déperdition thermique par transmission à travers les
parois donnant directement sur l'extérieur
Coefficient de déperdition thermique par transmission à travers les
parois en contact direct avec le sol, un vide sanitaire ou un sous-sol
non chauffé
Coefficient de déperdition thermique par transmission à travers les
parois donnant sur des locaux non chauffés (à l'exception des soussols et vides sanitaires)
Coefficient de déperdition thermique par renouvellement d'air
W/K
W/K
W/K
W/K
Figure 2 : Postes de déperditions d’un bâtiment.
II-2. DÉPERDITIONS PAR TRANSMISSION : ……………………………
II-2-1. Transmission de chaleur
Quelques hypothèses sont nécessaires pour effectuer le calcul des déperditions :

On suppose un régime permanent

Température intérieure de base fixée en fonction des besoins des locaux :

Température extérieure : température de base hiver pour le calcul de la puissance de chauffage ou
température mensuelle pour le calcul de la consommation de chauffage. Cette température est de
plus fonction de la région et de l’altitude. Voir document ressource en page 14 .
Exemple :
Page 3
LP MIE
Module U2B 2B-CEE
Energétique du bâtiment
II-2-2. Transmission surfacique :


Figure 3 : Transmission surfacique à travers une paroi
On admet conventionnellement lorsque on ne peut pas définir la composition exacte de la parois, que les
résistances thermiques d’échanges superficiels intérieurs ( R si ) et extérieurs ( Rse ) ont les valeurs données
dans le tableau ci-dessous :
Position de
la paroi
R en m².°C/W
Angle
Paroi en contact avec
formé
Sens du l’extérieur
Un local chauffé ou non
avec
flux
un passage couvert
Un comble
le
plan
un local couvert
Un vide sanitaire
horizontal
Rsi
Rse
Rsi+Rse Rsi
Rse
Rsi+Rse
Verticale
> 60°
Horizontale
<60°
Horizontal
0,11
0,66
0,17
0,11
0,11
0,22
Haut
0,09
0,05
0,14
O,O9
0,09
0,18
Bas
0,17
0,05
0,22
0,17
0 ,17
0,34
Page 4
LP MIE
Module U2B 2B-CEE
Energétique du bâtiment
II-2-3. Transmission linéique :( Ponts thermiques )
i
Figure 4 : Transmission linéique.
II-2-4. Déperditions directement vers les LNC ( Locaux non chauffés )
LCLNC
LC
Ti
U1, A1
LNCext
LNC
Tu
Te
U2, A2
Figure 5 : Bilan thermique d’une paroi située entre un LC et un LNC.
Soit le bilan thermique d’une paroi entre un local chauffé LC et un local non chauffé LNC :

LCLNC = U1  A1  (Ti – Tu)
et

LNCext = U2  A2  (Tu – Te)
Pour simplifier les calculs finaux, on peut ramener la déperdition vers le LNC à une déperdition en
fonction de Ti – Te
Pour cela, on définit le coefficient b : 0  b  1
Par défaut pour b on prendra :
- comble ventilé : b = 0,9
- comble isolé : b = 0,6
- VS ventilé : b = 0,6
- VS non ventilé : b = 0,4
Et on écrit :
On peut définir les déperditions vers les locaux non chauffés comme étant égal à :
Dep =
Page 5
LP MIE
Module U2B 2B-CEE
Energétique du bâtiment
II-2-5. Déperditions directement vers les LNC par le plancher
A
Ue
Figure 6 : Déperditions par le sol.
Avec : Ue:
II-3. DÉPERDITIONS PAR RENOUVELLEMENT D’AIR HV
La ventilation dans un bâtiment permet d’assurer le confort des occupants en terme de qualité de
l’air :
Les déperditions par renouvellement d’air sont proportionnelles au débit de renouvellement d’air.
Ces déperditions s’expriment comme suit :
Les pertes par déperditions par renouvellement d’air sont proportionnelles au débit de renouvellement
d’air et à la différence de température entre l’air du local et l’air extérieur.
Page 6
LP MIE
Module U2B 2B-CEE
Energétique du bâtiment
III. EVALUATION DES PERFORMANCES ENERGETIQUES
Pour quantifier le caractère raisonnable de
ces déperditions et consommations
d’énergie, on va définir des limites
supérieures admissibles. Ces limites
sont fournies par un texte réglementaire :
La Réglementation Thermique ou RT 2005.
III-1. CHAMP D’APPLICATION DE LA RT 2005
La RT 2005 est applicable à tous les bâtiments neufs résidentiels ou non.
Les seuls bâtiments non concernés par cette réglementation sont :



Les bâtiments dont la température est inférieure à 12 [°C],
Les bâtiments climatisés ou chauffés en raison d’un processus industriel,
Les piscines, patinoires et bâtiments d’élevage.
III-2. PRINCIPE DE LA RT2005





Entrée en vigueur en septembre 2006
Continuité de la RT 2000, concernant les 3 exigences
Application des accords de Kyoto pour réduire l’effet de serre
Exigences supérieures en matière de maîtrise énergétique
Exigences supérieures en matière de qualité du bâtiment
III-3. LES 5 ORIENTATIONS DE LA RT 2005
Page 7
LP MIE
Module U2B 2B-CEE
Energétique du bâtiment
III-4. EXIGENCES DE LA RT 2005
Afin d’obtenir les performances énergétiques désirées pour un bâtiment, la RT 2500 fixe trois
exigences :
Première exigence : Un coefficient de conduction maximal de référence pour chaque paroi et un
coefficient de déperditions global de référence pour le bâtiment :
Uparoi : coefficient de déperdition (surfacique ou linéique) de la paroi considérée.
Ubât : coefficient de déperdition du volume chauffé.
Valeurs garde-fous
Les produits et systèmes d’isolation doivent satisfaire à des caractéristiques minimales Uparoi max , appelées
valeurs garde-fous.
Concernant les parois opaques, on sépare :

Les garde-fous des parois courantes exprimées en coefficients de transmission surfacique U
pouvant être retranscrits en résistances thermiques minimales requise pour chaque paroi :

b : coefficient de réduction des déperditions variables selon le renouvellement d’air des locaux non
chauffés. Couramment, b = 0,95
Page 8
LP MIE

Module U2B 2B-CEE
Energétique du bâtiment
Les garde-fous des ponts thermiques exprimés en coefficients linéiques Y ne pouvant pas dépasser
ces valeurs :
Coefficient de déperdition du volume chauffé : Ubât
Par rapport à un bâtiment de référence, la déperdition thermique d’un bâtiment qui s’effectue par le
plancher, les murs, la toiture, les portes fenêtres, etc … se caractérise par le coefficient Ubât (W/m².K)
Avec :
A1 : Surface parois verticales opaques
A2 : Surface plancher haut et toiture
A3 : Surface plancher haut donnant sur l'extérieur en béton
A4 : Surface des planchers bas
A5 : Surfaces des portes sauf vitrées
A6 : Surfaces des ouvrants vitrés en non résidentiel
A7 : Surfaces des ouvrants vitrés en résidentiel
L8 : Linéaire de liaison périphérique des planchers bas avec le mur
L9 : Linéaire de liaison périphérique des planchers intermédiaires ou sous comble aménageable avec le mur
L10 : Linéaire de liaison périphérique de toitures ou terrasse avec le mur
Page 9
LP MIE
Module U2B 2B-CEE
Coefficients surfaciques de référence ai en W/m².K
Coefficients de ponts thermiques de référence en W/m.K
Calcul de UBat :
Page 10
Energétique du bâtiment
LP MIE
Module U2B 2B-CEE
Energétique du bâtiment
Deuxième exigence : Une consommation maximale de référence pour le bâtiment :
2
C : consommation globale du bâtiment en énergie primaire. ( KWhep/m /an )
(*) Sauf pour les
bâtiments d’habitation
(pour l’éclairage).
Valeurs de référence :
2
Remarque concernant les KWhep/m /an :
Les consommations sont exprimées en énergie primaire. Par rapport à la consommation réelle en KWh, un
coefficient de majoration est appliqué :
Les valeurs du coefficient de majoration d’énergie primaire sont les suivantes :
Fioul, Gaz
Electricité
Solaire
1
2,58
0
Troisième exigence : Une température intérieure maximale de référence pour le bâtiment.
Tic : température de confort d’été du bâtiment.
III-5. CONCLUSION
Règles de la RT 2005 pour réduire les consommations du bâtiment :







Favoriser les apports passifs d’énergie
Augmenter l’isolation du bâti
Respecter les valeurs de référence
Ne pas atteindre les valeurs de garde-fous
Bilan prévisionnel des consommations d’énergies de la maison fourni par le maître d’ouvrage
Bilan thermique: avec les plans de la construction par un Bureau d’Étude Thermique
Une réglementation plus « contrôlée » avec des dispositifs de contrôle
Page 11
LP MIE
Module U2B 2B-CEE
Energétique du bâtiment
IV. ESTIMATION DES CONSOMMATIONS ENERGETIQUES
L'estimation d'une consommation moyenne totale d'énergie annuelle de combustible d'un bâtiment
pour une installation dépend à la fois des déperditions de base calculées sur 1°C, des caractéristiques
de l'installation, des degrés-jours unifiés (DJU), cumulés sur une saison et du type d'énergie utilisée.
Les degrés jours unifiés permettent de connaître la sévérité du climat. Ils sont obtenus à partir des
températures moyennes quotidiennes. Les degrés-jours sont calculés généralement sur une base de
18°C (d'où l'appellation DJU-base 18). Lorsque la température moyenne du jour est supérieure ou
égale à 18°C, l'écart est compté nul. Les écarts quotidiens sont cumulés mensuellement,
annuellement, ou par heure (Dh), ou sur les mois de la période de chauffage (Dju). On choisit
d'effectuer les calculs sur une période allant du 1er octobre au 20 mai, soit 232 jours.
Les besoins énergétiques d'une saison pour un hiver moyen sont donnés par l'expression suivante:
Bconso =
Page 12
LP MIE
Module U2B 2B-CEE
Energétique du bâtiment
V. DIAGNOSTIC DE PERFORMANCE ENERGETIQUE : DPE
Depuis le 1er novembre 2006, tous les bâtiments doivent présenter un DPE.
Le DPE permet de connaître :

Consommations d’énergie (estimation)

Dépenses annuelles : chauffage, eau chaude sanitaire, climatisation, ventilation, éclairage,
refroidissement

Émissions GES liées aux consommations

Classement du bâtiment pour l’énergie et pour les émissions de GES
Ces informations figurent sur une étiquette énergie logement ; réparties de A à G.
Rappel : Les consommations dans une maison sont :

30 à 40 % chauffage

20 à 25 % refroidissement

15 % eau chaude

10 % ventilation

5 % éclairage
Champ d’application :

Tous les permis de construire déposés à partir du 1er septembre 2006

Pour les bâtiments neufs résidentiels et non résidentiels sauf :
- Les bâtiments dont la température intérieure < 12°C,
- Les piscines, les patinoires,
- Les bâtiments d’élevage,
- Les bâtiments ayant des contraintes particulières de température, d’hygrométrie ou de
qualité de l’air,
- Les constructions provisoires (durée d’utilisation < 2 ans).
(Extrait du décret, article 1 relatif à la modification de la section IV du chapitre 1er du titre 1er du livre
1er du Code de la Construction et de l ’Habitation).
Page 13
LP MIE
Module U2B 2B-CEE
Energétique du bâtiment
DOCUMENTS RESSOURCE :
Température extérieure de base : Sauf indication contraire des pièces du marché, la température
extérieure à prendre en compte est la température extérieure de base déterminée comme suit. Pour
définir la température de base, utiliser la carte ci-dessous pour trouver la zone correspondante et se
reporter sur le tableau ci-après pour trouver la température de base en fonction de la tranche d'altitude
du lieu considéré.
Tranche altitude
0 à 200m
201 à 400m
401 à 600m
601 à 800m
801 à 1000m
1001 à 1200m
1201 à 1400m
1401 à 1600m
1601 à 1800m
1801 à 2000m
2001 à 2200m
Zone (en fonction de la carte ci-dessous)
A
B
C
-2 -4
-5
-4 -5
-6
-6 -6
-7
-8 -7
-8
-10 -8
-9
-12 -9 -10
-14 -10 -11
-16
-12
-18
-13
-20
-14
-15
D
-7
-8
-9
-11
-13
-14
-15
E
-8
-9
-11
-13
-15
-17
-19
-21
-23
-25
-27
Page 14
F
-9
-10
-11
-12
-13
G
-10
-11
-13
-14
-17
-19
-21
-23
-24
-25
-29
H
-12
-13
-15
-17
-19
-21
-23
-24
I
-15
-15
-19
-21
-23
-24
-25
LP MIE
Module U2B 2B-CEE
Energétique du bâtiment
Zones climatiques définies en France :
Le choix des délimitations de ces zones dépend des conditions d’exposition au soleil.
Elles déterminent les valeurs nécessaires pour le calcul de la résistance thermique.

Les huit zones
- H1a, H1b, H1c
- H2a, H2b, H2c, H2d
- H3 (Corse)

L’indice a, b, c, d
- Fixe l’écart de température pris dans le calcul de déperdition, pour l’été.
Page 15
LP MIE
Module U2B 2B-CEE
Coefficients de transmission des parois
Page 16
Energétique du bâtiment
LP MIE
Module U2B 2B-CEE
Energétique du bâtiment
Coefficients de transmission des fenêtres et portes-fenêtres avec châssis
métallique
U (W/m².°C)
U
Page 17