Physique du Bâtiment III – Cours 1 Dr Jérôme KAEMPF

1. Introduction Physique du Bâtiment III: Aspects administratifs Enseignant: Dr Jérôme Kämpf Physicien diplômé UNIL ‘01 - Physique des hautes énergies Informaticien licencié UNIL ‘03 - Optimisation par algorithmes évolutionnaires Enseignant diplômé HEP-VD ‘05 - Physique et informatique-bureautique (sec I & II) Doctorat ès sciences EPFL ’09 - Modélisation et optimisation de la performance environnementale en milieu urbain Post-Doctorat EPFL ‘11 - Développement Urbain Durable (CitySim) - Lumière Naturelle (Geronimo) Chef du groupe « Développement Urbain Durable » au LESO-PB / EPFL Physique du Bâtiment III – Cours 1 Dr Jérôme KAEMPF

2. Introduction Physique du Bâtiment III: Aspects administratifs Assistants: • André Kostro (responsable), informaticien EPFL • Stefan Mertin, physicien Universität Heidelberg (D) Support de cours: • Prise de notes • Polycopié • Moodle Examination: • Examen écrit (1h45) • 2 Mini-Tests(45’) Bonus Moyenne des tests et[1, 4[→ + 0 pointBonus sur l’examen: [4, 5] → + 0.5 point ]5, 6] → + 1 point Echelle linéaire par morceaux, moyenne à 75% des points Physique du Bâtiment III – Cours 1 Dr Jérôme KAEMPF

3. Introduction Physique du Bâtiment III: Aspects administratifs Situation du cours: I et II : Principes généraux de base III : Enveloppe du bâtiment : Partie opaque IV : Enveloppe du bâtiment : Partie transparente V et VI : Bilan énergétique / gestion et stockage de l’énergie • choisir les éléments de construction en fonction des sollicitations thermiques intérieures et extérieures • établir la répartition des températures et des pressions partielles de vapeur d'eau dans un mur multicouche • évaluer et améliorer les qualités acoustiques d'une salle • choisir un élément de construction en fonction du degré de nuisance sonore et de la sensibilité au bruit et calculer son pouvoir d'isolation phonique 1h cours / 1h exercices (variable) Objectifs du cours: Organisation du cours: Physique du Bâtiment III – Cours 1 Dr Jérôme KAEMPF

4. Planning du cours Physique du Bâtiment III: Les parties opaques de l’enveloppe Physique du Bâtiment III – Cours 1 Dr Jérôme KAEMPF

5. Flux de chaleur, Valeur U Mise en perspective – réchauffement climatique Modélisation physique vs mesures rose: modèles physiques bleu: sans activité humaine noir: mesure de la température Source: ClimatePress 30, Novembre 2011, «Que valent les modèles climatiques?», proclimweb.scnat.ch Physique du Bâtiment III – Cours 1 Dr Jérôme KAEMPF

6. Flux de chaleur, Valeur U Mise en perspective – activité humaine Corrélation entre activité humaine (consommation d’énergie) et réchauffement climatique 2011 Réduire la consommation d’énergie fossile pour endiguer le réchauffement climatique Source: Office Fédéral de l’Energie, «Statistique globale suisse de l’énergie 2011», www.bfe.admin.ch Physique du Bâtiment III – Cours 1 Dr Jérôme KAEMPF

7. Flux de chaleur, Valeur U Mise en perspective – activité humaine Ménages 27.2% Industrie Services Transport Agriculture Source: Office Fédéral de l’Energie, «Statistique globale suisse de l’énergie 2011», www.bfe.admin.ch Physique du Bâtiment III – Cours 1 Dr Jérôme KAEMPF

8. Flux de chaleur, Valeur U Mise en perspective – activité de l’architecte • Réduction de la consommation d’énergie des «ménages» par le choix d’éléments de construction pour: • Rénovation des bâtiments • Création de nouveaux bâtiments à faible consommation • Thème du premier bloc: • Détermination du flux de chaleur à travers les parties opaques de l’enveloppe (murs et toîts) – Valeur U «Où disparait l’énergie dans un maison familiale typique» Source: Office Fédéral de l’Energie, «Rénovation des bâtiments», www.bfe.admin.ch Physique du Bâtiment III – Cours 1 Dr Jérôme KAEMPF

9. Flux de chaleur, Valeur U Détermination de flux de chaleur – rappel sur la résistance thermique Un élément opaque de construction est souvent représenté en coupe: brique intérieur intérieur isolant extérieur extérieur ② ④ ① ③ Les couches sont généralement numérotées et indicées (par exemple ) Chacune des couches opaques possède une grandeur physique qui détermine son comportement thermique: La résistance thermique La résistance thermique dépend du type de matériau: solide ou fluide. Physique du Bâtiment III – Cours 1 Dr Jérôme KAEMPF

10. Flux de chaleur, Valeur U Détermination de flux de chaleur – rappel sur la résistance thermique La résistance thermique d’un solide → conduction uniquement : résistance thermique de la couche : épaisseur de la couche : conductivité thermique de la couche ou conductibilité • Question: • Pour avoir la même résistance thermique que 20 cm d’isolant (laine de verre), quelle épaisseur faut-il de: • brique ? • granit? • Indice: Chercher la conductivité de: l’isolant, de la brique et du granit sur internet (wikipédiaou autre). int. Réponse: 4.2 m Réponse: 11 m ext. 20 cm Physique du Bâtiment III – Cours 1 Dr Jérôme KAEMPF

11. Flux de chaleur, Valeur U Détermination de flux de chaleur – rappel sur la résistance thermique La résistance thermique d’un fluide → conduction, convection et radiation : conductance thermique de la couche Lame d’air Couche d’air limite int. couche ⑤ couche ⓪ ext. ④ ① ③ ② conduction 1/3 rayonnement 2/3 convection pouvant être importante à l’extérieur (vent) → valeurs standard pas de convection (air immobile) Physique du Bâtiment III – Cours 1 Dr Jérôme KAEMPF

12. Flux de chaleur, Valeur U Détermination de flux de chaleur – rappel sur la résistance thermique La résistance thermique totale d’un élément opaque de construction : nombre de couches de l’élément opaque : conductance thermique de la couche d’air limite intérieure / extérieure Exemple: Mur simple Nous obtenons: int. = = ext. (Exercice Série 1) ② ④ ① ③ Physique du Bâtiment III – Cours 1 Dr Jérôme KAEMPF

13. Flux de chaleur, Valeur U Détermination de flux de chaleur – rappel sur le flux de chaleur spécifique intérieur extérieur Le flux de chaleur spécifique à travers un élément opaque de l’enveloppe se calcule de la manière suivante: : flux de chaleur spécifique de l’intérieur vers l’extérieur : valeur U ou conductance de l’élément : température intérieure / extérieure (°C ou K) ordre important Interprétation: avec: Physique du Bâtiment III – Cours 1 Dr Jérôme KAEMPF

14. Flux de chaleur, Valeur U Résumé Le flux de chaleur donné en (W) se calcule: avec: et: où est le flux de chaleur spécifique donné en () Interprétation: • Si est importante (climat «froid» ou «chaud») • → deux actions possibles pour minimiser : • Diminuer ( par isolation des bâtiments) – Exercice Série 1 • Diminuer (forme compacte – minimisation de la surface en contact avec l’air/sol) Physique du Bâtiment III – Cours 1 Dr Jérôme KAEMPF

15. Flux de chaleur, Valeur U Illustration – Minimisation de la Valeur U, exemple de rénovation Double mur avec une lame d’air isolé depuis l’extérieur 14 cm de Sagex EPS 15 Non rénové: Economie d’énergie: 78 % Note: il est d’usage de ne pas donner plus de deux décimales à une valeur U Source: Office Fédéral de l’Energie, «Catalogue d’éléments de construction avec calcul de la valeur U: Assainissement», www.bfe.admin.ch Physique du Bâtiment III – Cours 1 Dr Jérôme KAEMPF

16. Flux de chaleur, Valeur U Illustration – Flux de chaleur pour 30 m2 Avant rénovation: Après rénovation: Illustration – Minimisation de la surface en contact avec l’extérieur La Ville Radieuse, Le Corbusier, 1924 Projet non-réalisé, idéalement pour optimiser la captation solaire Formes de radiateurs: Les gains solaires à travers les vitres compenseraient-ils les pertes de nos jours ? Physique du Bâtiment III – Cours 1 Dr Jérôme KAEMPF