Nouveau Guide Bioclimatisme 2011

Dominique LOIR-MONGAZON Consultant environnement WWW.kephir-environnement.com

Sommaire1. 2. Do vient cette ide ? ............................................................................................... 5 La rglementation : ................................................................................................... 52.1. La RT 2012.................................................................................................................... 52.1.1. 2.1.2. La consommation d'nergie primaire maximale (Cepmax) :........................................................... 5 La caractrisation du bti (Le B Bio)................................................................................................ 6

2.2. Le label BBC-Effinergie.................................................................................................. 6 2.3. Les autres labels basse consommation europens ................................................... 7 2.4. Rflexion sur les biais de la rglementation .................................................................. 9 Problmatique cologique dans le secteur de lurbanisme .......................................................... 10

3. 4.

Les principes de base de larchitecture bioclimatique sont:....................................... 11 Les rgles de base de lhabitat bioclimatique ........................................................... 114.1. Le choix du terrain...................................................................................................... 12 4.2. Lorientation du btiment........................................................................................... 12 4.3. La compacit ou coefficient de forme (CF)................................................................... 12 4.4. La prise en compte des masques................................................................................. 13 4.5. Lexposition aux lments climatiques:....................................................................... 13 4.6. L'agencement des pices ............................................................................................ 14 4.7. Les autres lments prendre en compte................................................................... 14 4.8. Le choix des matriaux mis en uvre ......................................................................... 14 4.9. Autres conseils pour minimiser l'impact cologique d'un logement ............................. 14

5.

Les principales dispositions afin dassurer lefficacit nergtique du btiment ........ 155.1. Lisolation .................................................................................................................. 155.1.1. 5.1.2. 5.1.3. 5.1.4. 5.1.5. 5.1.6. Quelques notions de base ............................................................................................................. 15 Les autres caractristiques dun matriau .................................................................................... 16 Les coefficients d'change superficiel............................................................................................ 16 Les principaux isolants naturels et cologiques ............................................................................ 17 Les principales techniques disolation: .......................................................................................... 19 La classification des isolants:......................................................................................................... 20

6.

La gestion des flux thermiques................................................................................. 21Fig 4 : temprature de confort en fonction de la temprature de lair et de celle des parois . 21 6.1. Les dperditions thermiques ...................................................................................... 22 6.2. Les dperditions par les parois.................................................................................... 226.2.1. 6.2.2. 6.2.2.1. 6.2.2.2. 6.2.2.3. 6.2.2.4. 6.2.3. 6.2.3.1. 6.3.1. Les pertes calorifiques travers les parois opaques (H)................................................................ 22 Les autres caractristiques thermiques prendre en compte....................................................... 23 Linertie thermique (I).................................................................................................................... 23 La diffusivit thermique (d) : ......................................................................................................... 25 Le dphasage (D)........................................................................................................................... 25 Leffusivit thermique (Ef) ............................................................................................................. 25 La dperdition par les vitrages et les surchauffes estivales........................................................... 26 Les apports solaires ....................................................................................................................... 28 La mesure des dperditions arauliques ....................................................................................... 29

6.3. Les dperditions de chaleur dues au renouvellement dair .......................................... 28

6.3.2. 6.4.1. 6.4.2. 6.4.3.

La consommation dnergie sur la priode de chauffe ................................................................. 30 La construction sans pont thermique ............................................................................................ 32 La matrise de lhygromtrie ......................................................................................................... 34 Le facteur de rsistance la diffusion de vapeur ()..................................................................... 35

6.4. Les dperditions par les ponts thermiques .................................................................. 31

7.

Les diffrents choix constructifs ............................................................................... 367.1. La dalle ...................................................................................................................... 37 7.2. les murs ..................................................................................................................... 37 7.3. La toiture ................................................................................................................... 397.3.1. La vgtalisation des toitures........................................................................................................ 39 7.3.1.1. La mise en uvre dune toiture vgtalise.................................................................................. 40 7.3.1.2. Le surcot dune toiture vgtalise : ........................................................................................... 41

8.

Les solutions pour rguler lhygromtrie et la temprature ...................................... 418.1. Le puits canadien (ou puits provenal) ........................................................................ 428.1.1. 8.1.2. 8.1.3. 8.1.4. 8.1.5. 8.2.1. 8.2.2. 8.3.1. Son utilisation................................................................................................................................ 42 Les caractristiques dun puits canadien....................................................................................... 43 La gestion des condensats............................................................................................................. 45 Lchangeur d'air gothermique eau glycole (SEWT). .............................................................. 45 Les autres intrts du puits canadien :.......................................................................................... 46 Utilisation de la VMC double flux .................................................................................................. 48 Les autres intrts de la VMC double flux : ................................................................................... 48 Les conduits de ventilation ............................................................................................................ 49

8.2. La VMC double flux .................................................................................................... 47

8.3. La distribution de lair dans lhabitation ...................................................................... 49

9. 10.

Comparatifs de rentabilit....................................................................................... 50 Le dimensionnement simplifi de linstallation de chauffage et dECS. .................. 5210.1. La dperdition de chaleur : ......................................................................................... 52 10.2. Les apports de calories et les besoins en chauffage ..................................................... 52 10.3. Les besoins de chauffage (Bch) et la consommation annuelle (Cch).............................. 5210.3.1. Les besoins en ESC (Bec) ................................................................................................................ 53

10.4. Calcul simplifi pour le dimensionnement de linstallation de chauffage...................... 5310.4.1. Lhydroaccumulation..................................................................................................................... 53 10.4.1.1. Son dimensionnement................................................................................................................... 54 10.4.2. Les apports par lnergie solaire ................................................................................................... 54 10.4.3. Le choix dune chaudire biomasse : ............................................................................................. 55 10.4.4. Le choix du combustible : .............................................................................................................. 56

Les parties en bleu sont des donnes issues du logiciel Kephi 2.0Les parties en vert reprsentent les oprations standardises pour les btiments rsidentiels. Ces oprations standardises doivent permettre aux oprateurs (associations, collectivits, petites entreprises) de pouvoir prtendre au Certificat dEconomie dEnergie (CEE) mis en place par la loi de programme du 13 juillet 2005. Le montant de ces CEE est fix par dcret en kWh cumac (cumuls actualiss). Les kWh cumac reprsentent les kWh conomiss durant la dure de vie conventionnelle fixe dun quipement corrig dun coefficient dactualisation annuel de 4%. Il est ncessaire pour dposer un dossier la DRIRE que celui-ci prsente au minimum 1 GWh d'conomie. Exemple : un conglateur de classe A+, permettant dconomiser 50 kWh par an pendant une dure de vie de 10 ans, se verra attribuer 420 kWh cumac.

Dominique LOIR-MONGAZON

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PrambuleCe trait sur lhabitat bioclimatique a t conu pour faciliter la conception des maisons basse consommation . Il a pour ambition dtre objectif et de battre en brche le trop grand nombre dinformations errones qui circulent sur la toile. Pour ce faire de trs nombreuses sources ont t recoupes La plupart des calculs ont t effectus avec un outil complet de dimensionnement permettant de comparer les diffrents standards (BBC-Effinergie ; Minergie et PHPP) le logiciel Kephi 2.0. La mthodologie Kphi 2.0 ainsi que les algorithmes de calcul utiliss sont drivs du PHPP. Les modifications tiennent compte des diffrents standards et de leur mode de calcul. Des onglets spcifiques ont t ajouts (dimensionnement des puits canadiens, dtection des zones de condensation dans les parois, calcul dinertie du btiment). La base de donnes matriaux est le rsultat du croisement de plusieurs bases de donnes existantes aprs vrification des informations auprs des fournisseurs. Elle comporte environ 200 matriaux diffrents. Ce document devrait permettre aux professionnels du btiment (architectes, matre duvre) ainsi quaux matres douvrage (futurs propritaires, auto-constructeurs, responsables de collectivit) de recueillir un maximum dinformations pour raliser une habitation passive ou basse consommation dnergie respectueuse de lenvironnement. Il na pas pour but dopposer le BBC au passif qui rsultent de dmarches distinctes avec des objectifs diffrents de performance nergtique, mais de bien comprendre les impacts des diffrents standards sur lenvironnement naturel et sur le confort intrieur du btiment. Le BBC nest quune tape car ses performances sont malheureusement insuffisantes pour satisfaire les objectifs de rduction des gaz effet de serre lhorizon 2050 (facteur4). Il reprsente nanmoins un pas en avant par rapport au standard de la RT 2005. Dautres standards comme celui de Minergie Eco , intgrent des exigences sur l'nergie grise gnre par la construction du btiment ce qui constitue une avance majeure. La dmarche BBC constitue une tape indniable, en raison des difficults actuelles pour trouver des professionnels mme de construire une maison passive. Le label BBC+ ou BEPAS sur lequel travaille Effinergie devrait rapprocher les standards passifs entre eux et rduire donc les diffrences avec les labels passif allemands et suisses (PHPP et Minergie P ).

Petit trait de bioclimatisme1. Do vient cette ide ? Le besoin de confort s'est impos ds la rvolution industrielle, et a conduit laugmentation constante de la consommation en nergie pour obtenir des habitations confortables mesure d'une part que la classe moyenne croissait en nombre, et d'autre part que la surface occupe par habitant augmentait. La dfinition du terme "bioclimatique" apparat aprs le choc ptrolier des annes 1970, ds lors que le prix de l'nergie force les gens tenter d'amliorer leur confort en gaspillant moins. Une maison bioclimatique actuelle se doit galement de prendre en compte deux autres aspects qui ne sont pas directement lis au confort : la qualit sanitaire du lieu de vie, et l'impact cologique global de la construction. Ces deux points tendent de plus en plus tre associs la dmarche bioclimatique, ce qui devrait conduire terme le bioclimatisme construire des maisons rellement cologiques ! L'objectif du bioclimaticien est de fournir aux individus un environnement optimum pour leur confort, tout en utilisant pour ce faire le minimum d'nergie direct et indirect. 2. La rglementation : La nouvelle Rglementation Thermique dite RT 2012 a t institue par le dcret n 2010-1269 du 26 octobre 2010 relatif aux caractristiques thermiques et la performance nergtique des constructions. Elle sappliquera tous les permis de construire partir du 1er janvier 2013. La RT 2012 reprend le niveau de base de performance nergtique dfini par le label BBCEffinergie. Elle dpasse les exigences des labels HQE et HPE ainsi que celles de la RT 2005 en matire de consommation dnergie. Dautres nouveauts importantes sont introduites : La conception bioclimatique du bti : B Bio ou besoins bioclimatiques doit tre raliser avant le Permis de Construire ! Le Traitement des ponts thermiques devient obligatoire : 0,28 W/(mSHON.K) Ltanchit lair maximale de lenveloppe (Q4) doit tre infrieure 0,6 m/h.m en maison individuelle et 1 m/h.m dans les immeubles collectifs comme pour le BBC Un recours quasi obligatoire aux nergies renouvelables pour les maisons individuelles Une volution du Confort dt ou Tic (temprature intrieure conventionnelle) 2.1. La RT 2012

2.1.1. La consommation d'nergie primaire maximale (Cepmax) : Elle est fixe en kWh dnergie primaire (ep) par mSHON par an pour le chauffage, le refroidissement, la production d'eau chaude sanitaire, l'clairage, les auxiliaires de chauffage, de refroidissement, d'eau chaude sanitaire et de ventilation. Elle est fonction de paramtres lis la nature du btiment, sa localisation, et ses sources dnergie. Le calcul se fait en nergie primaire en tenant compte de coefficients ou vecteurs nergtiques . Les combustibles fossiles et le bois se voient attribuer un coefficient gal 1,l'lectricit un coefficient de 2,58 (non chang depuis les annes 70 et en ralit plus proche de 3 selon les experts ). Comme pour le BBC l'nergie produite localement par des panneaux solaires photovoltaques peut tre dduite dans la limite de 12 kWh/m.an. Cepmax = 50 kWhep Mctype (Mcgo + Mcalt + Mcsurf + McGES) Mctype : coefficient de modulation en fonction du type de btiment et de sa catgorie (CE1 non climatis et CE2 climatis). Ce coefficient est prpondrant. Mctype est de 1 et 1,2 pour les habitations selon qu'elles sont climatises ou pas et de 1,4 et 2,2 pour les bureau !. Mcgo : coefficient en modulation selon la situation gographique. (voir BBC) Mcalt : coefficient de modulation selon l'altitude (le double du BBC)


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Mcsurf : coefficient qui tient compte de la surface des logements pour ne pas pnaliser les petits logements. Pour les maisons individuelles les paliers sont situs entre 120m et 140m et au dessus de 200m. Pour les appartements les changements de coefficient sont situs 40, 80, 100 et 150mavec un palier entre 80 et 100m. McGES: coefficient de modulation selon les missions de gaz effet de serre. Le coefficient est gal 0 sauf pour le bois (0,3) et pour le chauffage par rseau de chaleur (de 0 0,3 selon les rseaux). 2.1.2. La caractrisation du bti (Le B Bio)

Le B Bio est un coefficient qui tient compte de la conception du bti indpendamment des systmes de chauffage, de climatisation et dclairage et qui remplace le U bt de la RT 2005. Il doit tre infrieur au B bio max ce qui valorise la conception bioclimatique et la qualit du bti notamment avec le recours lclairage naturel et aux apports solaires. Le calcul du BBio conduit dterminer les besoins de chauffage, de climatisation et dclairage. BBio = 2 * (Bchauffage + Brefroidissement) + 5 * Bclairage (en kWh/m de SHON). Et B bio max = B bio max moyen x (Mb go+ Mb alt+ Mb surf) avec B bio max moyen coefficient de modulation en fonction du type de btiment et de sa catgorie (CE1 non climatis et CE2 climatis). A titre dexemple, B bio max moyen est de 60 pour le rsidentiel non climatis et 80 pour les autres.

La RT 2012 devrait permettre de rduire de 50% la consommation nergtique des btiments neufs par rapport la rglementation actuelle (RT 2005)2.2. Le label BBC-Effinergie impose une consommation nergtique 80 kWh/m pour la rnovation. Les fonction des rgions a (voir la carte) et altitude >800m (contre respectivement + Le label franais basse consommation Effinergie annuelle 50 kWhep/m de SHON pour le neuf et consommations prendre en compte sont moduler en de laltitude b : + 0,1 si 400 m < alt. < 800 m et + 0,2 si 0.2 et + 0.4 pour la RT 2012 ! dans le rsidentiel ).

Elles sexpriment sous la forme: Cepmax = 50 x (a+b) pour le neuf Cepmax = 80 x (a+b) pour la rnovation.

Exemple de lAlsace : Neuf 65 kWhep/mde SHON Rnovation 104 kWhep/mde SHON


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De plus il y a des rgles spcifiques respecter pour le coefficient maximal de dperditions par les parois et les baies du btiment, not Ubtmax (anciennement Gv) qui est dtermin selon le mode de chauffage et qui donne la part belle aux modes conventionnels de chauffage et la PAC. Pour une chaudire ou pompe chaleur : Ubtmax Pour un pole : Ubtmax 25% (depuis juin 2009) Pour du photovoltaique : Ubtmax 30% (depuis novembre 2009). Les autres labels basse consommation europens

2.3.

Il est difficile de comparer les labels entre eux car il y a de grosses diffrences sur les conventions de calcul : vecteurs nergtiques diffrents, surface de rfrence diffrentes, primtre pris en compte

Les surfaces prises en compte selon les diffrents standards Remarque : Pour le BBC, la surface de rfrence est la SHON, sauf si la SHON est suprieure de 20% la surface habitable. Dans ce cas la rfrence est : SHAB x 1.20. Exemple de calcul pour comprendre les diffrentes formes dnergie utilises :

Maison de 100m qui de par la composition de sa paroi, son architecture et son occupation possde un besoin brut annuel de chauffage de 5000 kWh/an (Eu = nergie utile = 5000kWh/an) Chauffage par pole bois avec un rendement de 85% : (nergie finale = nergie utile/rendement = 5000/0,85 soit Ef = 5882,35 kWh/an) Quantit de bois pour couvrir les besoins brut de chauffage de cette habitation sachant que le contenu nergtique du bois 15% dhygromtrie (valeur en Pci) est de 3900 kWh/tonne : Poids du bois ncessaire = besoin brut de chauffage/contenu nergtique du bois = 5882,35/3900 = 1,50T ou 3 stres environ. Lnergie utilise tant le bois avec un vecteur nergtique de 0.6 selon le BBC (nergie primaire = nergie finale x vecteur nergtique = 5882,35 x 0,6 soit Ep = 3529,41 kWh/ an) contre 5882,35 kWh/an pour la RT 2012 ! La mme maison chauffe par une pompe chaleur (PAC) avec un (COP) de 3 consommera : Ef = Eu/3 = 1667 kWh/an et Ep = Ef x 2,58 = 4300 kWh/an La PAC sera donc avantage par la RT 2012 et dsavantage dans le BBC


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Pour mieux comprendre, les diffrentes normes utilisent des coefficients de conversion (vecteurs nergtiques) ainsi que les mthodes de calcul diffrentes ce qui rend difficile les comparaisons entre les diffrents standards. Consommation dnergie finale : cest la quantit dnergie rellement utilise pour un service. Elle tient compte du rendement des quipement de production de chaleur. Consommation dnergie primaire : reprsente la consommation dnergie finale avec les pertes lors de la transformation et de la distribution. Elle explique les coefficients appliqus par les diffrents pays en fonction de leur choix nergtique. En France en raison du choix du nuclaire ce coefficient est de 2.58 pour llectricit. Besoin nergtique brut (nergie utile) = Pertes enveloppe + Pertes ventilation Apports solaires Apports internes + Besoin en ESC + Pertes rseau (chauffage, ESC) = Consommation nergie finale (ef) + Pertes transformation / distribution = Consommation nergie primaire (ep) Vecteurs nergtiques en fonction du type dnergie et du standard utilisNormes Convention utilise lectrique Bois Gaz / Fioul Photovoltaque Solaire thermique RT 2005 / RT 2012 kWh ep 2.58 1 1 0 0 BBC-Effinergie kWh ep pondr 2.58 0.6 1 1 0 Suisse Minergie kWh ep pondr 2 0.5 1 2 0 PHPP kWh ep non renouv 2.7 0.2 1.1 0.7 0

En diminuant le vecteur nergtique du bois, on replace le bois au mme niveau que la PAC lectrique en nergie primaire. Cela permet donc aux labels basse consommation de promouvoir diffrentes solutions de chauffage, le bois en premier lieu parce qu'il produit bien moins de gaz effet de serre que l'lectricit.


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L'nergie utile (eu) caractrise le besoin nergtique brut, c'est dire l'nergie ncessaire pour satisfaire un besoin. C'est gnralement autour de ce niveau de performance d'enveloppe que la puissance utile ncessaire devient infrieure 10 W/m et que lhabitation peut-tre chauffe via une ventilation double flux. La norme de 15 kWh/m.an en nergie utile pour le chauffage dune maison passive nest pas choisie par hasard ! Comme le montre le graphique ci-dessous (source la maison passive), la courbe du cot total (investissement supplmentaire par rapport la BBC + frais de fonctionnement) passe par un premier minimum vers 15 kWh/m.an puis un deuxime minimum vers 40-45 kWh/m.an. Au del de cette valeur il nest pas possible de se passer dun systme de chauffage classique alors quen de un simple appoint (chauffage non-conventionnel) peut assurer la production de chaleur.

Le respect du standard Minergie avec 42 kWhep/m.an est possible avec lutilisation du bois pour le chauffage en raison dun coefficients de pondration par rapport lnergie primaire faibles (0.5) 2.4. Rflexion sur les biais de la rglementation

Le DPE (diagnostic de performance nergtique) exig la vente ou la location d'un btiment donne des rsultats contestables car provenant de procdures de calcul diffrentes de celles de la RT 2005, qui elle mme est incompatible avec le calcul BBC (ajout d'une pondration sur le facteur de conversion de la biomasse). La RT 2012 ne sera compatible avec aucune des dmarches prcdentes, du fait de l'ajout des nouvelles pondrations (climatisation, surface, bureau).

Cela signifie que le chiffre figurant sur votre classe nergie qui note de A G la performance du bti varie considrablement selon la mthode utilise ! De plus selon des tests effectus par le mensuel Que Choisir les rsultats de diffrents diagnostics sur un mme bien immobilier varient parfois du simple au triple avec des recommandations souvent trs fantaisistes ! Ces divergences sont dautant plus dommageables que ltiquette nergie est prise en compte pour loctroi des prts taux zro pour lacquisition dune rsidence principale depuis le 1/1/2011 ainsi que pour le montant de la prime dtat verse aux titulaires dun PEL (Que choisir-03-2011)


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Le calcul du besoin de chauffe : entre la RT qui situe les apports internes 5 W/m, et le PHPP qui les situe 2.1 W/m, on observe de grosses diffrences. Ce qui veut dire qu'obtenir un besoin de chauffe de 15 kwh/m avec un outil RT ne signifie pas que vous tes en passif . En ralit, il est probable que vous soyez proche des 30 kwh/m avec l'outil PHPP ou Kephi 2.0.

Le PHPP, le Kephi 2.0, comme la simulation thermique, sont des outils d'aide la conception. L'outil RT permet lui de vrifier le respect de la loi. Il ne faut pas les opposer mais bien comprendre qu'il n'ont pas le mme rle !Rpartition des consommations selon la RT 2005

230

180 ECS solaire kWh ep/m Auxiliaires ventilation 130 Auxiliaires lectriques Eclairage 80 Eau Chaude Sanitaire Chauffage 30

-20 Rfrence Electrique Projet M inergie

La RT 2012 en nimposant que des objectifs en termes de consommation dnergie ne fait quorienter vers des solutions techniques puises dans les solutions bioclimatiques au libre choix des architectes:

La Rglementation BBC-Effinergie bannit dfinitivement le chauffage lectrique (sauf PAC), impose lutilisation dnergies renouvelables et la suppression des ponts thermiques ce qui suppose une isolation obligatoirement par lextrieur pour le neuf.

Il est possible de bnficier dun dpassement jusqu 20% du coefficient doccupation des sols (COS) prvu pour votre terrain si votre projet de construction est (THPE ou BBC) si le conseil municipal de la commune concern a vot cette mesure. (voir arrt du 3 mai 2007) Problmatique cologique dans le secteur de lurbanisme

Une tude ralise lchelle europenne montre que lisolation thermique des btiments existants pourrait rduire les consommations dnergie de 42% et les missions de CO2 de plus de 300 millions de tonnes. Les mmes rsultats seraient beaucoup plus difficiles et coteux atteindre dans les transports. Le secteur du btiment consomme lui seul 50 % des ressources naturelles, 40 % de lnergie, 16 % de leau, et produit plus de 50 % des dchets. Les btiments rsidentiels et tertiaires gnrent, au niveau mondial, le quart des missions de CO2. Le groupe dexpert du Grenelle de lEnvironnement propose de lancer un programme de rupture technologique sur le btiment neuf visant gnraliser les btiments nergie positive en 2020 et avoir, dans 5 ans, au moins un tiers des btiments neufs basse consommation ou nergie positive de faon satisfaire lengagement pris Kyoto : Diviser par 4 les missions de gaz effet de serre du niveau de 1990 dici 2050 .


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3. Les principes de base de larchitecture bioclimatique sont: De tenir compte ds la conception des facteurs environnementaux (climat, exposition) Dutiliser les apports solaires passifs qui sont gratuits (vitrage, vranda) De stocker lnergie capte (matriaux forte inertie thermique) De grer les transferts de calories dans lhabitat (ventilation et aration adapte) De prendre en compte toutes les sources de chaleur (externes et internes) De prendre en compte les ressources locales en nergie et en particulier les ENR (bois, solaire thermique et photovoltaque, petit olien ) Dviter les dperditions en hiver (isolation et tanchification soigne de lenveloppe, suppression des ponts thermiques, btiment compact ) et les surchauffes dt (volets orientables ou protections solaires) Dopter pour un clairage naturel maximum (y compris avec protection solaire efficace pour viter de fermer stores et volets le jour).

Il est important de discerner les stratgies dt et dhiver tout particulirement en zone continentale comme lexpliquent les 2 schmas ci-dessous (source S. Courgey).Stratgie dhiver Stratgie dt

Larchitecture bioclimatique sappuie donc sur un choix de matriaux adquats, une bonne tanchit lair et une bonne aration, une orientation et une implantation conjuguant un maximum dapports solaires et une exposition minimum aux vents ainsi quune conception du btiment adapte aux besoins saisonniers et individuels (chaleur en hiver, fracheur en t). Par sa conception le btiment doit tre capable de satisfaire quatre fonctions principales : 1) 2) 3) 4) capter le plus possible de rayonnement solaire gratuit stocker lnergie capte dans linertie du btiment distribuer cette chaleur avec une ventilation adapte rguler les apports externes et internes

Remarque: Tous les cots nergtiques fossiles sont en voie daugmentation en raison de la rarfaction des ressources. Lintrt est donc dconomiser au maximum les consommations nergtiques, particulirement celles dues au chauffage et au rafrachissement.4. Les rgles de base de lhabitat bioclimatique La conception dun habitat bioclimatique suppose galement de raisonner en cot global ds la construction, cest--dire de prendre en compte le cot de fonctionnement en plus du cot dinvestissement. Optimiser linvestissement de dpart est la premire dmarche que doit entreprendre le matre duvre en fonction de loccupation des locaux et de leur affectation. Le surcot gnral des matriaux utiliss peut tre notablement rduit par une rflexion et une optimisation des cots de mise en uvre ainsi quen tenant compte de lamortissement long terme si les matriaux ont t choisis sur leur longvit. De plus une maison basse consommation obtient une plus value la vente.


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4.1.

Le choix du terrain

Lendroit o vous allez construire votre habitation a une importance capitale. Il est primordial davoir une cohrence pour grer au mieux loccupation des locaux (lieu de travail et lieu de vie). Il est important que la maison soit btie selon une conception holistique, qui prend en compte un ensemble de donnes fondamentales issues dune attention lenvironnement naturel et humain. Les donnes du site prendre en compte sont : - Lexposition aux lments climatiques (pluviomtrie, vents dominants) - Lambiance paysagre et la vue (les diffrents masques) - Les donnes du terrain : relief et contraintes du sous-sol (roches, radon, proximit de la nappe phratique) - Les nuisances sonores, olfactives et visuelles - Les pollutions chimiques ou ioniques plus ou moins proches

4.2. Lorientation du btiment Lorientation de la maison sur son terrain doit lui permettre de profiter dun maximum de gains solaires lhiver. (Il faut savoir que le rayonnement du soleil perpendiculaire 1m de surface

terrestre gnre une nergie moyenne de 1 kWh).Il est donc important de tenir compte de lexposition pour profiter au mieux des apports gratuits au travers des baies vitres et des vrandas pour les lieux de vie et de sen prmunir (implantation, dbord de toit, volets) pour les lieux de stockage et les lieux faiblement occups. Il est impratif de pouvoir galement matriser les apports solaires en t pour viter les surchauffes. Ainsi il est prfrable de limiter les vitrages louest et d'viter les fentres de toit (non verticales) ou de les protger efficacement.

4.3.

La compacit ou coefficient de forme (Cf)

Le coefficient de forme est le rapport (surfaces dperditives) / (volume chauff), il doit tre le plus petit possible. C'est une caractristique essentielle des BBC. Il convient dviter les btiments aux formes trop tales en T par exemple. La forme cubique est la forme optimale pour rduire les pertes thermiques de l'enveloppe du btiment. Il est galement intressant de profiter de parois mitoyennes avec dautres logements chauffs (jumelage avec les voisins). Plus le coefficient CF est petit, plus les dperditions nergtiques durant lhiver sont faibles, plus la consommation de chauffage est rduite. Ainsi, il est conseill davoir un coefficient de forme infrieur 0,70. De ce point de vue, surface quivalente, une maison tages obtient de meilleurs rsultats quune maison de plein pied et une maison accole quune maison isole.


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Fig1 : valeur du Cf en fonction de la forme, de la taille et de la disposition 4.4. La prise en compte des masques

Lombrage des btiments voisins ou de la vgtation peut crer un lobstacle au rayonnement solaire (masque) dont il faut tenir compte lors de la construction. Les ombres portes sont prendre en compte pour positionner les surfaces de travail devant bnficier dun clairage naturel. En alsace langle que fait le soleil avec lhorizon varie de 23 au solstice dhiver 67 au solstice dt. Il est important de tenir compte de ces donnes pour positionner le btiment en fonction des contraintes (hauteur de la vgtation et des autres btiments voir figure 2). La vgtation feuilles caduques au sud, lest et louest cre un masque naturel contre le rayonnement solaire frappant les faades tout en conservant la possibilit den profiter lhiver.

Fig 2 : Exemple de diagramme solaire Pour le confort dt, les dbords de toiture (casquettes au sud et louest) ou dautres dispositifs peuvent remplacer les volets, stores orientables ou brise-soleil. Leurs longueurs pour une orientation au sud est environ gale la hauteur entre lallge de la fentre et le dbord divise par 2 (pour une latitude de 45, ex : Grenoble). 4.5. Lexposition aux lments climatiques:

Une situation sommitale sera en gnral plus ventile et plus sche quun terrain situ au creux dune valle. Choisir un terrain dans un site bien ventil est souvent une option prfrable pour lvacuation des pollutions et la qualit de lair. Le vent dissipe lair pollu mais il peut galement le transporter. Si vous habitez lEst dune zone industrielle polluante et que les vents dominants sont Ouest Est, il y a de grandes chances pour que lair de votre environnement soit aussi pollu que celui de lusine d cot et il est donc important de lassainir en choisissant le mode daration (puits canadien avec tubage antibactrien par exemple) et dtanchifier lenveloppe du btiment. Les vents du Nord/Est sont gnralement froids et secs. Une situation abrite de ces vents par des lments brise vents comme des haies vgtation persistante augmente le confort lextrieur (cours, terrasses) et diminue la facture nergtique.


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4.6.

L'agencement des pices

Les pices les moins utilises ou faible temprature sont placer de prfrence ct nord de lhabitat. Ces "zones tampons" seront des intermdiaires isolants entre lintrieur et lextrieur, du ct le plus expos au froid. La mise en place de zones tampons permet de rduire jusqu 30% la dperdition thermique des parois en contact avec ses zones. La salle de bains, le garage, la buanderie, les escaliers, le cellier, les couloirs constituent des zones tampons idales. 4.7. Les autres lments prendre en compte

Les donnes du terrain : qualit gologique du support des fondations, prsence de rseaux existants (eau, lectricit, voirie), proximit des commerces et des services, bonne ambiance paysagre et prsence de nuisances visuelles ou olfactives proximit sont galement des lments prendre en compte lors de limplantation des btiments. Le plan durbanisme est galement une contrainte qui doit tre prise en compte (voir documents en Mairie). 4.8. Le choix des matriaux mis en uvre

Le choix est autant technique, questhtique. Pour limiter limpact environnemental, ce choix doit tenir compte : - Du cycle de vie du matriau de sa naissance sa mort (ACV ou nergie grise) - De la capacit du matriau tre recycl en fin de vie. - De la gestion durable des cultures et plantations pour produire le matriau - De linnocuit des matriaux sur la sant (colles, solvants, isolants) Dans lhabitat bioclimatique, lon peut aussi bien utiliser des matriaux naturels (bois, terre cuite, isolants vgtaux et animaux) que des matriaux industriels qui rpondent des critres environnementaux, soit parce quils ont un impact environnemental rduit, soit de part leur durabilit dans le temps (btons, verre, acier) ou soit en raison de leur processus de production (comme la ouate de cellulose issue du recyclage du papier). 4.9. Autres conseils pour minimiser l'impact cologique d'un logement

La manire de vivre des occupants dune maison induit une variation (positive ou ngative) de leur consommation dnergie. Cette diffrence devient prpondrante dans un btiment faible consommation. La sobrit nergtique concerne aussi dautres points, qui souvent relvent du bon sens, tels que : Une bonne gestion des ouvertures et une bonne rgulation des tempratures des pices. (1C de moins reprsente une conomie de prs de 10 15 % !) Une bonne isolation du ballon deau chaude sanitaire (jaquette), en particulier sil est dans un local non chauff et un calorifugeage des canalisations. Lutilisation dune serre encastre (plutt quaccole) ou dun mur capteur pour bnficier dun surplus dapport solaire passif et gratuit. Lutilisation de panneaux photovoltaques pour produire son lectricit Lutilisation de dispositifs de limitation des consommations deau (mousseur, arateur, brise-jet, limiteur de dbit) et la rcupration de leau de pluie pour les toilettes. Le choix dampoules lectriques et dlectromnager conomes (classe A et suprieur) Le tableau ci-dessous prsente les consommations annuelles dlectricit spcifique selon trois types de comportements. Il met en vidence les marges de progression dont nous disposons pour rduire considrablement nos consommations lectriques (source la maison Zen).

Electricit spcifique pour 4 personnes et 200m Eclairage Electromnager Cuisine TOTAL

Standard (kWh/an) 883 2641 2063 5587

Efficace (kWh/an) 321 1789 1289 3399

Sobre (kWh/an) 305 1183 760 2248


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5. Les principales dispositions afin dassurer lefficacit nergtique du btiment De nombreux dispositifs et diverses techniques de mise en ouvre permettent damliorer lefficacit nergtique dun btiment: Lisolation pour le confort dhiver et dt Linertie et le dphasage pour la gestion des flux thermiques La rduction des dperditions par suppression des ponts thermiques et ltanchification lair de lenveloppe La matrise de la circulation de lair pour rguler lhygromtrie et la temprature La vgtalisation des toitures pour rguler la temprature et retenir les eaux de pluie. 5.1. Lisolation

Lisolation vise limiter les dperditions en hiver et les surchauffes en t et doit garantir le confort thermique en assurant des tempratures surfaciques leves (sensation de chaleur). 5.1.1. Quelques notions de base Un isolant a pour but de conserver la chaleur lintrieur du btiment. Il doit donc tre un mauvais conducteur de chaleur. Le coefficient de conductivit thermique dun corps est indiqu par la lettre grecque (lambda) et sexprime en W/m.K. Ce coefficient est le flux de chaleur qui traverse 1 mtre de matriau par seconde et par m pour un cart de temprature de 1C. Un isolant doit avoir une valeur lambda infrieure 0.065 W/m.K Le meilleur isolant thermique est incontestablement l'air sec et immobile (0.024 W/m.K) Un isolant thermique est donc, sauf exception, un matriau compos d'une infinit de cellules emplies d'air ou de gaz statique. Ces poches sont emprisonnes soit dans un rseau de fibres serres (laines minrales ou vgtales), soit dans des bulles de matire synthtique (polystyrne, polyurthanne...). Les principaux isolants thermiques peuvent tre classs en cinq grandes familles : Les matriaux conus partir de produits minraux (laines minrales, verre cellulaire, vermiculite, perlite...) Les isolants base de matires vgtales (lige, fibragglo, fibres de bois, laine de chanvre ou de lin...) Les isolants provenant de produits animaux (laine de mouton, plumes) Les isolants de synthse (polystyrne, polyurthanne, PVC...) Les isolants provenant du recyclage (ouate de cellulose, vieux tissus) Caractristique des principaux isolants Masse spcifique kg/m 34 18 35 18 110 15 30 30 55 140 125 Conductivit W/m.K 0.035 0,039 0,039 0,044 0,039 0,035 0,037 0,041 0,037 0,042 0.046 Chaleur spcifique C Wh/kg.K 0.4 0.4 0,29 0,29 0.46 0.44 0.44 0,39 0,58 0,58 0.25 Inertie thermique I=xC Wh/m.K 13.6 7.2 10.1 5.2 51 6.6 13.2 12 32 82 31 Energie grise Eg kWh/m 800 500 470 250 450 55 48 48 100 160 330

Matriau polystyrne extrud polystyrne expans laine de verre laine minral rouleau lige laine de mouton laine de lin laine de chanvre vrac Ouate de cellulose laine de bois Perlite en vrac

Type de matriau

Industriel

Naturel


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La chaleur spcifique (C)

Cest la quantit de chaleur ncessaire pour lever de 1C la temprature de 1kg de matriau. Elle est exprime en J/kg.K ou en Wh/kg.K. La plupart des matriaux de construction (bton, brique, pierre) ont une chaleur spcifique denviron 1000 J/kg.K soit environ 0.28 Wh/kg.K

Le bois se situe entre 2400 et 2700 J / kg.K soit de 0.67 0.75 Wh/kg.K.5.1.2. Les autres caractristiques dun matriau Un matriau est caractris le plus souvent par sa rsistance thermique (R) exprime en m.K/W ou par son inverse U (dperdition surfacique ou permance thermique) en W/m.K. R = e (paisseur en m)/ (lambda en W/m.K) La rsistance thermique (R) est proportionnelle lpaisseur et la conductivit du matriau. Elle a lavantage de pouvoir tre agrge pour les calculs. Pour une cloison avec plusieurs couches, la rsistance thermique de lensemble est la somme des rsistances thermiques de chaque couche et des rsistances thermiques d'changes superficiels intrieurs (Rsi) et extrieurs (Rse).

Pour une lame dair verticale non ventile (flux de chaleur horizontal) la rsistance thermique augmente avec les 2 premiers centimtres puis reste pratiquement constante R = 0,18 m.K/W).Pierre lourde (granit) Bton de granulat plein Brique terre crue Terre crue (pis) Bton cellulaire Bois lourd Bois lger Bton de chanvre Ouate de cellulose laine de chanvre vrac lige0 388,9 244,4 166,7 73,3 51,1 26,7 20,0 10,0 8,7 7,1 200 400 600 800 Epaisseur en cm de diffrents m atriaux pour U = 0.45 W/m . C 666,7

Pour le standard PHPP, U doit tre infrieure 0.15 W/m.K (soit R 6.7 mK/W) Pour bnficier dun CEE les valeurs de R sur isolation sont les suivantes : R 5 mK/W en comble ou toiture et 2,4 mK/W sur murs existants ou sur plancher 5.1.3. Les rsistances thermiques d'changes superficiels (Rsi et Rse) Quand une paroi spare deux ambiances de tempratures diffrentes, il se produit un change thermique () du milieu le plus chaud vers le milieu le plus froid. Le coefficient U caractrise ce transfert avec 1/U = R paroi + Rsi + Rse en m.K/W

Rsi0.10

Rse0.04

0.13

0.04

0.17

0.04

Si la paroi donne sur un local non chauff, un comble ou un vide sanitaire, Rsii s'applique des 2 cots Rse=0 quand il y a contact avec le terrain.


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Les coefficients d'change superficiel interne (hi) et externe (he) dpendent comme leurs inverses Rsi et Rse de plusieurs facteurs. Ils sont donns de faon conventionnelle dans le tableau de la page prcdente en fonction de la direction du flux de chaleur (t intrieur de 20C pour Rsi et de 0C extrieur pour Rse, vitesse de vent de 4 m/s, missivit corrige de 0,9). 5.1.4. Les principaux isolants naturels et cologiques Les matriaux d'isolation cologiques sont issus de vgtaux, danimaux ou de minraux dont la production n'entrane pas de pollution pour l'environnement (peu d'nergie consomme et de rejets de CO2 durant leur fabrication, leur transport et leur mise en uvre). Le tableau ci-dessous prsentent les principaux isolants naturels Le chanvre : Ses avantages sont multiples : Croissance rapide et bon rendement, se satisfait d'un sol pauvre, trs conome en eau, culture sans apports nutritifs ni insecticides, fibres de grande qualit. Contrairement la plupart des autres cultures elle n'appauvrit pas le sol et est naturellement rpulsive aux parasites. La laine de chanvre, est trs utilise pour les planchers de combles et les rampants de toiture. Elle a une texture dissuasive pour les rongeurs. Elle a une excellente capacit disolation et existe soit en rouleaux (de 5 10 cm d'paisseur) soit en granulats (forme brute). Dans la construction, la chnevotte (bois du chanvre) sert la ralisation de mortiers et btons en liaison avec un mlange de chaux arienne (75%) et de chaux hydraulique (25%) (source construire en chanvre). Ce mlange permet de raliser des dalles isolantes, du remplissage de mur, de lenduit caractre isolant ou des briques de chanvre. Ces mortiers et btons allient lasticit, absorption, acoustique et permabilit un excellent fonctionnement hygrothermique Peu exigeant en pesticides et en engrais, il est aujourd'hui produit principalement en Normandie pour la fabrication de tissus (la tige) et d'huiles (les graines). Le lin a un excellent coefficient de conductivit thermique, un trs bon pouvoir hygroscopique (la laine de lin peut absorber 10 fois plus d'eau que la laine de verre sans se dtriorer). Utilis depuis plusieurs dizaines d'annes comme matriau d'isolation dans les pays du nord de l'Europe, on ne lui connat aucune limitation, aucun dfaut quand ses proprits d'isolation, son impact sur l'environnement ou sur la sant. Il se prsente sous forme de panneaux de laine de lin ne contenant aucun produit liant pouvant dgager des COV. La laine de lin plus douce et plus facile travailler que le chanvre se prte des fabrications de plus grandes paisseurs. C'est le matriau d'isolation parfait : hydrofuge, ininflammable, rebelle aux attaques d'insectes, de rongeurs et de champignons. C'est un des meilleurs isolants phoniques et thermiques. Conditionn sous forme de plaques, il est trs simple mettre en uvre pour isoler extrieurement les murs et les combles. Totalement imputrescible, lger, tanche, rsistant la compression, il est utilis en panneaux et peut se crpir, se peindre ou se tapisser. Il est galement disponible en granulats pour lisolation de toitures de planchers ou de doubles cloisons. Il peut tre li dans un bton de chaux ciment pour des planchers lgers.

lambda = 0.039

Le lin :

lambda = 0.038

Le lige :

lambda = 0.032


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Le coco

lambda = 0.043 La laine de mouton :

lambda = 0.035 La ouate de cellulose:

lambda = 0.039 La fibre de bois :

lambda = 0.04 Largile :

lambda environ 0.1 Le verre cellulaire

Lamda 0,035 0,048

La plaque de coco est la solution idale pour l'insonorisation des locaux. Elle permet d'importantes rductions de bruits grce d'exceptionnelles qualits acoustiques (- 47 dB). Le rouleau de coco est trs souple, il permet de multiples applications (isolation thermique et acoustique) rduisant les cots d'installation. La fibre de coco est utilise en remplissage dans les vides de planchers bois, ossatures Le corkoco est le rsultat de la combinaison de fibre de coco et de panneaux de lige (20mm coco + 20mm lige). Il permet la ralisation de meilleures performances dues la complmentarit des caractristiques acoustiques du coco et isolantes du lige. Elle est utilise comme matriau alternatif aux laines minrales pour isoler des combles ou des huisseries. La laine de mouton est traite avec des sels de bore contre les mites et autres insectes. Elle absorbe trs bien les excs d'humidit et ne se tasse pas contrairement la ouate de cellulose. Son coefficient d'isolation est trs performant. Trs pratique dans les cas de vieilles charpentes irrgulires elle est classe M1, M2 difficilement inflammable. Issue du recyclage du papier, elle est utilise en vrac sur des planchers de comble ou en remplissage de cloisons. Traite au sel de bore et silicates, elle est protge des insectes des moisissures et du feu et est trs conomique en pandage sur plancher. Son coefficient thermique est lgrement suprieur celui des laines minrales. Elle ncessite pour sa mise en uvre des camions souffleurs mais pour viter son tassement en parois verticales il est ncessaire davoir une densit suffisante (au moins 55 kg/m pour les parois verticales). Elle existe en panneaux trs efficaces contre la chaleur estivale. Les panneaux sont labors partir de fibres de bois, le liant tant la lignine de bois. Ce matriau naturel dispose dun trs bon rapport qualit prix et a de plus des qualits esthtiques. Son coefficient disolation est identique aux autres laines isolantes, sa structure semi rigide lui garantit une grande facilit de mise en uvre. Il est utilisable en isolation intrieure et extrieure et constitue une bonne solution pour se prmunir des chaleurs estivales. De plus 1 tonne de bois permet de stocker en moyenne : 1.8 tonnes de CO2 sur la vie du btiment. L'argile est utilise dans la construction depuis des millnaires. L'innocuit pour la sant, la stabilit et la rsistance de l'argile sont prouves depuis des sicles. Il peut servir assainir des btiments vtustes, remplir des colombages raliser des dallages isolants et des chapes allges (300 500 kg/m). Les panneaux et les blocs de construction en argile permettent de raliser facilement des cloisons de sparation, des parements intrieurs ainsi que le revtement des plafonds et des sols. Largile est rsistant la compression et son nergie grise est faible (300 kWh/m3). Obtenu par fusion des matires premires du verre (sable siliceux, feldspath, carbonates de calcium et de sodium) et de verre de rcupration, le verre cellulaire se trouve sous forme de panneaux rigides, format standard ou sur mesure. Il est surtout utilis pour les toitures terrasses en raison de sa faible densit (100 165 kg/m3) et de sa trs forte valeur isolante (). Il est incombustible, inattaquable et imputrescible, mais il ncessite normment d'nergie grise: 1600 kWh/m3.


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La vermiculite :

lambda=0.06 0.08

La perlite :

lambda = 0.046

La vermiculite est un minerai naturel proche de la famille des micas. Un traitement thermique (exfoliation) 900C aboutit au produit exfoli. Sa mise en uvre est simple et ne ncessite aucun outil particulier. L'air immobilis dans les feuillets leur donne des proprits thermiques et acoustiques. Sa masse volumique est faible (de 80 130 kg/m3). C'est un produit naturel qui est incombustible, ne pique pas, n'irrite pas et ne contient aucun ne dgage aucun gaz toxique ni de fume sous l'effet de la chaleur. De part sa composition minrale, ce produit est stable dans le temps. La vermiculite est imputrescible, stable, inerte elle n'attire ni insectes ni rongeurs. Elle est utilise pour faire des btons lgers, du ravoirage et de lisolation de combles... Roche d'origine volcanique de la famille des rhyolites, constitue de silice et d'alumine. Soumise une temprature leve, la perlite s'expanse pour atteindre 10 fois son volume initial et forme des bulles vitrifies. Cette structure cellulaire, complte par des fibres de verre, donne la perlite ses qualits isolantes et sa lgret (densit de lordre de 90 kg/m). La perlite est incombustible, chimiquement neutre et imputrescible. L'isolant est fabriqu sous forme de panneaux dans lesquels sont mlangs la perlite, des fibres minrales et des liants spciaux. Elle une grande stabilit dimensionnelle et une rsistance au feu, la compression et au poinonnement mais pas lhumidification prolonge. Les granuls (perlite + silicone) entrent dans l'isolation des murs creux et des combles avec remplissage complet du creux.

Ces isolants cologiques sont labors selon des procds ncessitant pour la plupart de faibles dpenses d'nergie. Ceux qui sont sensibles aux insectes, aux champignons et aux rongeurs reoivent des ajouts minraux non toxiques tels que sel de bore et silicates destins les en protger. 5.1.5. Les principales techniques disolation: lment stratgique en matire d'conomie d'nergie, l'isolation par l'extrieur doit tre, aujourd'hui, considre comme indispensable pour les logements neufs basse consommation (Passivhous, Minergie P ou Effinergie). Sa mise en uvre doit tre particulirement soigne pour permettre ltanchit du btiment et limiter les pertes arauliques (joint lvre ou crasement etc). L'isolation par lextrieur est prconiser dans la mesure du possible ( condition dutiliser des isolants denses) car elle permet de profiter de toute l'inertie thermique du btiment pour stocker les calories en hiver et la fracheur en t contrairement lisolation par lintrieur.

Evolution des tempratures travers un mur selon les type disolation (source S. COURGEY)


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Toutefois dans certains cas en fonction de contraintes spcifiques dautres types disolation peuvent tre tudis (voir tableau ci-dessous) : Par lintrieur La moins bonne faon de mettre en uvre un isolant mais avec un faible cot de mise en uvre. Cette apparente conomie financire ne tient plus ds que lon prend en compte le surplus de frais de chauffage (nergie consomme et dimensionnement du systme) et les frais supplmentaires dune climatisation. Les fluctuations de tempratures appliques au gros uvre en contact direct avec lextrieur tout au long de lanne ont des effets nfastes. (dilatation et variations hygromtriques importantes). Principaux points faibles de ce type de mise en uvre lintrieur est priv dune grande partie de linertie de la maonnerie, les ponts thermiques sont nombreux et difficilement traitables. Cette faon d'isoler a comme principal avantage de supprimer radicalement les ponts thermiques. Lisolant plac lextrieur des murs est protg par du bardage ou de lenduit de parement. Particulirement adapte en rhabilitation et pour renforcer la protection thermique d'un btiment existant. L'isolation extrieure permet de profiter de toute l'inertie thermique du btiment, indispensable au confort d't et d'hiver, et galement de ne pas perdre de volume intrieur. Gnralement on utilise des laines de bois ou du lige expans. Le cot est lev surtout en rnovation Dans ce systme le pouvoir isolant du mur maonn (Type Monomur, terre cuite, bton cellulaire, paille) ou du mur bois (massif, ossature bois isole) est reparti uniformment sur toute son paisseur. Le matriau luimme assume la fonction d'isolant thermique, grce ses proprits isolantes. Cette mise en uvre supprime les ponts thermiques, permet de profiter de linertie thermique et du dphasage thermique du matriau, permet de rguler l'humidit (vite les problmes de condensation). Dans les constructions ossature bois les isolants utiliss sont les panneaux semirigides ou en rouleaux, ou un isolant en vrac, gnralement des flocons de cellulose insuffls par une machine sous forte pression. (plus de 55 kg/m)

Par lextrieur

Rpartie

5.1.6. La classification des isolants: La dmarche bioclimatique passe par un choix de matriaux isolants, performants, durables et cologiques. Leur mise en uvre doit confrer au btiment une excellente protection thermique et limiter les ponts thermiques pour minimiser la facture nergtique. Ils sont classifis selon : Performances thermiques - Hiver : Protection contre le froid. Elle est mesure par la conductivit ou la rsistance thermique Performances thermiques - Et : Protection contre la chaleur. Les facteurs prendre en compte sont: la conductivit, l'inertie, et le dphasage thermique. Performances phoniques : Les performances phoniques d'un isolant diminuent la transmission des bruits d'impacts (marche sur plancher, bruits ariens ou dquipement). Tolrances l'humidit et la vapeur d'eau : Capacit des matriaux accumuler et restituer l'humidit (permance), (les laines minrales perdent leurs performances en

prsence d'humidit alors que les laines naturelles supportent la vapeur deau et gardent leurs proprits en sasschant). Seul le lige supporte une humidit permanente.Rsistance au feu et la propagation des flammes : Classement au feu des matriaux sur une chelle six niveaux de M0 (incombustible) M5 (facilement inflammable)


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Innocuit pour la sant et bilan cologique : Dpend de la perspirabilit de lisolant de labsence de composs volatiles de la disponibilit de la ressource ou de lnergie utilise 6. La gestion des flux thermiques Pour bien comprendre les diffrents phnomnes responsables des dperditions et apports il est ncessaire dtudier prcisment les diffrents phnomnes physiques responsables des transferts de chaleur. Une fois convertie en chaleur, l'nergie solaire se propage de trois manires : Conduction : transfert dnergie travers la structure dun matriau (le mur rchauffe la main qui se pose dessus). Convection : transfert dnergie par mise en mouvement dun fluide sous laction dune variation de temprature (l'air de la pice se rchauffe au contact du mur et s'chappe vers le haut en tant remplac par de l'air froid plus dense). Rayonnement : transfert dnergie par ondes lectromagntiques (le mur met de la chaleur par infra rouge dans toutes les directions).

Dans une maison, avoir une temprature stable (entre le jour et la nuit et entre lt et lhiver) est un lment important dans le confort. La temprature ressentie (tc) est la moyenne entre la temprature de lair (tair) et celle des parois (tparoi) pour une humidit relative comprise entre 30 et 60% qui correspond lhygromtrie de confort (voir figure 4). Si le diffrentiel de temprature entre lair et la paroi est suprieur 4, une situation dinconfort apparat. Ce qui cote le plus cher produire cest lever la temprature de lair. (7 15% de plus par degr supplmentaire Source S. COURGEY). Cette stabilit, peut tre obtenue naturellement par lutilisation dlments lourds lintrieur de la maison. Cest pourquoi les maisons anciennes avec leurs murs pais restent plus fraches en t.

Fig 4 : temprature de confort en fonction de la temprature de lair et de celle des parois


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6.1.

Les dperditions thermiques

Les dperditions de chaleur sont lies principalement au volume chauffer, lisolation du btiment, sa conception (importance des ponts thermiques et du taux de renouvellement dair) et sa localisation (zone vente, importance des surfaces vitres, temprature minimum en priode de froid ). La matrise de la temprature dune habitation passe par la matrise des apports (internes et externes) et des dperditions. Ces dernires peuvent tre scindes en trois : Les dperditions surfaciques par les parois (murs, sol, toiture et fentres) qui reprsentent de 70 80% des dperditions totales Les dperditions arauliques matrises (VMC) ou non (infiltrations dair parasite) qui reprsente environ 10 20% des dperditions totales Les dperditions parles ponts thermiques les plus difficiles matriser mais les plus faibles galement

6.2.

Les dperditions par les parois

6.2.1. Les pertes calorifiques travers les parois opaques (H) Les pertes calorifiques (H) (ou flux de chaleur travers les parois) constituent la partie la plus importante du bilan nergtique d'un btiment. Pour les calculer, il suffit de multiplier la valeur U par la surface de dperdition* et par la diffrence de temprature en Degrs heure unifis ou Gt = (DJU x 24/1000). En Alsace (Gt 70 kKh/an). A titre dexemple, pour une surface de murs extrieurs de 100 m,

les pertes calorifiques annuelles travers les murs sont les suivantes en fonction du coefficient U de dperdition surfacique.U en W/mK1,00 0,80 0,60 0,40 0,20 0,15 0,10

Pertes annuelles en kWh par les murs7000 5600 4200 2800 1400 1050 700

* Les parois qui forment une sparation entre deux volumes protgs ne font pas partie des parois de dperdition (mur mitoyen entre deux habitations)


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Pour les parois qui ne sont pas directement en contact avec lair extrieur il faut multiplier ces pertes par un coefficient correctif ft qui tient compte de lespace concern : H = ft x U x S .

HD HS

Dperditions thermiques par transmission travers les parois donnant directement sur l'extrieur ft = 1 Dperdition thermique par transmission travers les parois en contact direct avec le sol un vide sanitaire ou un sous-sol chauff ou non (ft de 35 50%) Dperditions thermiques par transmission travers les parois donnant sur des locaux non chauffs (sauf sous-sols et vides sanitaires) (ft de 50 75%)

HU

En premire approche on peut considrer que la DJU/sol est gal la moiti de la DJU/air

6.2.2. Les autres caractristiques thermiques prendre en compte 6.2.2.1. Linertie thermique (I)

La notion dinertie thermique (I) (ou capacit thermique) reprsente la capacit dun matriau stocker et restituer dans le temps la chaleur (ou le froid) accumule. La capacit thermique est donc la quantit de chaleur mise en rserve lorsque sa temprature augmente de 1C. Elle sexprime en Wh/m.C. Elle reprsente le pouvoir tampon dun btiment qui lui permet damortir les variations de temprature intrieure. Linertie thermique agit comme une rgulation naturelle de la temprature intrieure. Dans les maisons forte inertie, la temprature intrieure reste quasi constante la nuit (source la maison passive A. GUERRIAT). Dune manire gnrale, les matriaux forte capacit thermique sont aussi les plus lourds. Linertie thermique est caractrise par le produit de la chaleur spcifique (C) du matriau par sa masse spcifique () : I = .C (en Wh/m.K). Pour simplifier on utilise le plus souvent la capacit thermique surfacique: Cth = I x e (en Wh/mK) qui caractrise lamortissement de londe quotidienne de temprature lie lensoleillement en saison chaude et le taux de rcupration des apports solaires en hiver. Elle permet lutilisation des apports de chaleur journaliers (priode 24h) quils soient internes, solaires ou des pertes rcuprables des systmes. L'inertie thermique surfacique peut tre divise en 5 classes (voir figure 5) qui sont dtermine par leur valeur en points dinertie thermique (voir tableau simplifi page suivante)

Classe d'inertieTrs lgre Lgre Moyenne Lourde Trs lourde

Cth (Wh/mK)80 110 165 260 370

valeur dinertie en pointsMoins de 6 points 7/8 points 9 12 points 13 18 points Plus de 19 points

Fig 5 :Tableau donnant les valeurs de capacit thermique surfacique en fonction de la classe dinertie

Exemple : 40cm de bton: Cth = 0.4(m) x 2000 (kg/m) x 890(J/kg)/3600 = 200 Wh/mK


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Type de paroi

Descriptif Plancher bton ( 15cm) sans isolant ou plancher isol en sous face avec + de 7 cm de bton Plancher avec rsilient (type lino, vinyl) Plancher bois ou dalle flottante avec moquette Plancher bton ( 15cm) sans isolant ou plancher isol par lextrieur avec + de 7 cm de bton Isolation intrieure avec doublage plaques de pltre Bton plein ( 15cm) sans isolant ou bton ( 7cm) isol sur une face Bloc creux bton ou brique creuse 20 cm sans isolant Isolation intrieure avec doublage 1 cmpltre Isolation extrieure sur bton plein ( 7cm) ou bloc bton creux ou briques ( 11 cm) Isolation extrieure sur briques perfores ( 22cm) ou isolation rpartie avec monomur ( 37 cm) Isolation intrieure : cloison brique creuse 5 cm Isolation intrieure : doublage 1 cm pltre Briques pleines ou perfores (11 cm) Briques creuses 5 cm pltres ou carreau de pltre plein 6 cm ou bloc agglo 5 cm pltr parement de pltre 1 cm sur chaque face Forfait habitation

Points dinertie thermique 6 5 3 6 1 5 3 1 5 4 3 1 6 (ou 4 si peu de cloisons)* 3 (ou 2) 1 1

Plancher bas

Plancher haut

Sparatif

Mur de faade et de pignon

Cloison

Mobilier

Remarque : l'inertie d'une paroi dpend aussi de la surface d'change. Un mur de refend intrieur a deux fois plus de surface dchange utile quune paroi en contact avec lextrieur. En t linertie dun btiment est primordiale. La chaleur des heures les plus chaudes saccumule dans le matriau et est restitue bien plus tard quand lair extrieur sest rafrachi et que le btiment peut tre rafrachi par aration naturelle, force, ou par un puits canadien (voir figure ci-dessous)

En hiver linertie du btiment, si elle est suffisante (Cth 110 Wh/m2K), permet de rpartir les besoins en chauffage tout au long de la journe en profitant des apports solaires. Une construction forte inertie ncessite une sonde de temprature extrieure pour anticiper les besoins en chauffage. Le bois est bien adapt au confort dhiver et aux rsidences secondaires. Lavantage dune construction faible inertie thermique (type ossature bois isole en laine minrale et sans inertie rapporte) est sa rapidit monter en temprature, particulirement apprciable dans les locaux utilisation irrgulire.


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Pour grer plus finement les flux thermiques, et lisser les amplitudes thermiques, il est ncessaire de connatre dautres caractristiques du matriau : sa diffusivit, son dphasage et son effusivit thermique. 6.2.2.2. La diffusivit thermique (d) :

La diffusivit (d) est le rapport de la conductivit dun corps son inertie thermique : d = / I ou d : diffusivit (m/h) ; : conductivit (W/m.K) et I linertie thermique en Wh/m.K. Elle caractrise la vitesse laquelle la chaleur se propage, par conduction, dans un corps. Plus elle est faible, plus le front de chaleur mettra du temps traverser lpaisseur du matriau, et donc plus le temps (appel aussi dphasage ) entre le moment o la chaleur est arrive sur une face du mur et le moment o elle atteindra lautre face est important. 6.2.2.3. Le dphasage (D)

Lorsque le rayonnement solaire frappe la face extrieure dune paroi, il faut un certain temps pour que londe de chaleur atteigne lautre face de la paroi. Ce temps sappelle le dphasage. Un dphasage important (principe du mur Trombe) permet de niveler les extrmes nuit/jour et dtaler les besoins en chauffage dans le temps (voir figure ci-dessous). Faible dphasage Fort dphasage

Le dphasage est particulirement apprciable en confort dt, il doit tre de 8 12 heures pour bnficier de lchauffement maximum en dbut de nuit et ainsi faire diminuer la temprature par ventilation naturelle ou surventilation avec un puits canadien. Le dphasage (D) dune onde de chaleur de priode journalire peut se calculer de faon approche par lexpression : D = 1,38.e. 1/d o D : dphasage en (h) ; e : paisseur de la paroi en (m) et d : diffusivit (m/h). Pour caractriser un matriau, il est peut-tre plus parlant dexprimer le dphasage en termes de vitesse de transfert (V) de londe de chaleur travers la paroi. Cette vitesse (v) en cm/h est donne par la relation suivante tire de la prcdente : V = 72,5 / 1/d. 6.2.2.4. Leffusivit thermique (Ef)

Appele galement chaleur subjective , leffusivit (Ef) caractrise la capacit des matriaux ragir plus ou moins rapidement un apport de chaleur intrieur au logement, que cet apport soit le fait dune source interne ou du rayonnement solaire. Plus leffusivit est grande, plus la chaleur interne de la pice sera absorbe rapidement par le mur, et donc plus llvation de temprature dans le local sera limite. Cest pourquoi on privilgiera les matriaux ayant une grande effusivit pour des lieux que lon veut maintenir frais. Ceci ne signifie pas pour autant que la temprature du mur slve rapidement, bien au contraire puisquune grande effusivit implique une valeur leve de son inertie thermique (en Wh/m.K), ce qui garantit de faibles variations de temprature de paroi et de grosses quantits dnergie stockes. Leffusivit thermique (Ef) (en W.h0,5/m.K), se calcule avec la formule suivante : Ef = .I


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MatriauxPierre lourde Pierre calcaire Brique terre cuite Bton cellulaire Bois Laine minrale

Diffusivit (d) (m/h)5.92 x 10 4.9 x 10 2.53 x 10-3 -3 -3 -3 -3

Effusivit (Ef) (W.h0,5/m.K)39 34 23 4 8 6 10 0.4

Vitesse de transfert (cm/h)5.8 5.3 3.8 3.1 1.5 1.7 8.1

1.63 1.68 x 10 0.4 0.53 x 10 11.4 x 10-3

Exemple de diffusivit, deffusivit et de vitesse de transfert de quelques matriaux 6.2.3. La dperdition par les vitrages et les surchauffes estivales Le verre est transparent pour la lumire mais bloque les infrarouges. Si l'on met une vitre devant une surface opaque, l'ensemble des deux va toujours capter l'nergie solaire et la rmettre en infrarouge cest ce que lon appelle leffet serre . La meilleure disposition pour capter le soleil en hiver (quand il est bas sur l'horizon), et le rflchir l't (quand il est haut sur lhorizon) est la verticale. En effet, plus l'angle d'incidence entre le rayon et la vitre s'loigne de 90 et plus grand est la proportion de lumire et dnergie qui est rflchie (surtout partir de 40).

La RT 2012 impose un rapport surface vitre/surface habitable 17%. Au del de 20% on rencontre plus de difficults chauffer lhiver et surtout, on connat des surchauffes lt.Malgr tout la quantit d'nergie transmise est souvent trop importante en t et il faut utiliser des avances de toit, des brises soleil ou des films de protection pour bloquer le flux incident. Les pertes nettes par les vitrages reprsentent en moyenne 13% des pertes totales par dperdition mais elles peuvent tre nulles voire ngatives sur les triples vitrages. Il est donc ncessaire de bien choisir son vitrage et de soigner particulirement bien les liaisons avec le mur. Le facteur solaire (G) reprsente la proportion de flux nergtique que le vitrage laisse passer par transmission (Te) et par une partie de labsorption (kAe). Plus la transmission est favorise (vitrage clair) et plus le G sera important, contrario plus le vitrage sera rflchissant plus G sera faible (voir schma).

Les fentres double vitrage peu missif (PE) comportent un revtement spcial dpos sur la face intrieur du vitrage (Argent ou oxyde mtallique base de Titane ou Nickel). Ce revtement joue le rle de barrire thermique lintrieur du vitrage. Les vitrages peu missifs permettent de rduire les pertes de chaleur par rayonnement (les parois forte

inertie mettent des rayons infra rouges qui sont renvoys en majorit par la couche peu missive du vitrage ce qui permet de rduire les pertes de chaleur denviron 30%).


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Les vitrages isolation renforce (VIR) ont la place de lair un gaz rare (argon ou krypton) trs peu conducteur. Leur point faible reste le chssis et son calfeutrage. Il vaut mieux quelques grandes baies vitres plutt que de nombreuses petites fentres. Le calfeutrage des huisseries doit tre particulirement soign pour viter les infiltrations dair. Les cheveaux de laine (conductivit thermique de 0.035 W/m K) constituent une trs bonne isolation des chssis pour remplacer la mousse de polyurthane qui a tendance se dsagrger en vieillissant.Dperdition : Ug (W/mK) Facteur solaire G (%) Transmission lumineuse (%)

Coefficients de dperditions surfaciques de diffrents vitrages

Triple vitrage krypton /argon 4-12-4-12-4 Maximum autoris par le PHPP Vitrage PE Isolation Renforce 4-16-4 Maximum autoris par le BBC Double vitrage ordinaire type 4-12-4 Maximum autoris par la RT 2012 Simple vitrage (pour info)

0.5 0.7 0.8 (Uw :1.1) 1 1.2 1.1 (Uw :1.4) 2.8 3.3 2 (Uw :2.6) 5.7

50

70 75

50 permettant les apports nets de chaleur en hiver

65

60 75

75

75 80

90

40 90

Pour viter les surchauffes dt il faut pouvoir occulter les vitrages orients sud et ouest par des volets, des pare-soleil amovibles ou utiliser un dbord de toit suffisant pour permettre lentre du soleil en hiver (soleil bas) et pas en t (soleil haut). Les vitres situes lest provoquent moins de surchauffe lt que celles situe louest. Il est aussi utile, lorsque cela est possible de planter des vgtaux feuilles caduques au sud et louest (arbres, treilles) qui constitueront un filtre slectif narrtant les rayons quen t. Le cot de linstallation dun vitrage isolation renforc type VIR dpend de la menuiserie choisie ainsi que de la surface installer. Cependant on peut estimer que le surcot moyen se situe aux environs de 300 TTC pour une maison de 100 m2 avec une surface vitre de 18 m2. Les conomies thermiques possibles par rapport du simple vitrage sont rsumes dans le tableau ci-dessous:

Type de vitrageSimple vitrage (rfrence) UW = 5,7 W/m.K Double vitrage UW = 3,2 W/m.K Vitrage peu missif UW = 2,1 W/m.K

Habitation situe en montagne0 3888 kWh 5599 kWh

Habitation situe en plaine0 3024 kWh 4354 kWh

VIR avec lame dargon UW = 1,3 W/m.K 6844 kWh 5322 kWh Les fentres en PVC sont prohiber car ce matriau nest pas recyclable sur le plan cologique et que son limination par combustion entraine de fortes missions de dioxine cancrigne ! Rq ; la qualit du montage de lhuisserie est primordiale car cest le coefficient UW de lensemble qui est pris en compte dans les calculs Pour bnficier dun CEE (crdit dimpt vert) il est ncessaire dutiliser des fentres et avec vitrage isolant ayant un coefficient de dperdition surfacique Uw 2 W/m2.K.


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6.2.3.1.

Les apports solaires

Lapport annuel moyen en Alsace est de 1100 kWh/m2/an pour environ 1600 heures densoleillement. Cet apport est trs variable en fonction des saisons, de la mtorologie et de lorientation des vitrages. Il faut donc faire un calcul prcis pour connatre les dperditions nettes par les vitrages. Apports solaires = Rayonnement x Facteur solaire (G) x Facteur de rduction du rayonnement (salissure, ombrage) 6.3. Les dperditions de chaleur dues au renouvellement dair

Dans les maisons passives, lun des principes consiste matriser le renouvellement dair en tanchifiant lenveloppe et en rgulant son taux en fonction des besoins grce une ventilation matrise. Il est malgr tout essentiel pour des conditions dhygine davoir un apport moyen de 30 m/h et par personne (ne pas descendre en dessous de 20 m/h/personne). Ltanchit lair de lenveloppe peut tre mesure par lessai dit de pressurisation (Blowerdoor-test) qui permet de dterminer la relation entre la diffrence de pression au niveau de lenveloppe du btiment et le dbit dair en m/h. Un calcul de rgression permet de dterminer le dbit de fuite (Vn50 en m3/h) pour une diffrence de pression de 50 Pa. On calcule le dbit de fuite surfacique de la faon suivante : Vn50 /Atest (m3/h.m2) ou Atest est la surface totale (sur la base des dimensions extrieures) des parois qui enveloppent le volume mesur lors de lessai dtanchit lair ( lexception des parois contigus des espaces chauffs). Quelque soit le soin port par les artisans, il reste toujours des dfauts dtanchit cest pourquoi il est ncessaire de tester lhabitation avant sa mise en service pour corriger les problmes. Le plus souvent le dbit de fuite est caractris par le taux de renouvellement dair pour une diffrence de pression de 50 Pascal (n50). Les normes allemandes actuelles pour les Passivhous sont de n50 0.6 h-1 (c'est--dire un taux de renouvellement de 0.6 fois le volume sous une dpression de 50 pascals).

Pour des raisons de qualit dair il faut viter de descendre en dessous de 0,25 h-1 (valeur exprimentale issue des mesures de qualit de l'air faites sur les maisons passives).Le dbit dair parasite (en vol/h) est donn par la formule n50 x ev (ev reprsente le coefficient dexposition au vent (voir tableau ci-dessous))

Exposition au ventForte exposition Exposition moyenne Faible exposition

Valeur ev0.10 0.07 0.04

Exemple : calcul du taux de renouvellement dair total (nL) en vol/h avec les donnes suivantes [1] renouvellement d'air hyginique selon PHPP (min 0.3 vol/h) = 0.4 [2] taux de rendement effectif de la VMC double flux = 75% [3] dbit parasite ou VL est le volume dair thermiquement utile (ventil et chauff) et Vn50 est le volume de base du test dinfiltromtrie : n50 = 0.6 (soit 0.042 vol/h pour une exposition moyenne au vent) nL = 0.4 vol/h [1] x (1-75%) [2] + n50 x ev x Vn50/VL [3] = 0.15 (si Vn50 = VL)

Soit pour une maison de 300 m, les dperdition araulique en kWh/an sont de :0.15 x 300 x 0.34 x Gt (70kKh/an) = 1071 kWh / an


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6.3.1. La mesure des dperditions arauliques Les dperditions dues au renouvellement dair sur lenveloppe (voir figure 6) peuvent tre estimes 4 kWh/m par unit de n50 ce qui est trs important (source Alsatech).

Fig 6 : Un flux dair parasite de 1 m3/h consomme 0.34 Watt/h pour slever de 1C

Exemple : Sur le graphique ci-contre vous pouvez voir que le dbit dair travers lenveloppe sous une dpression de 50 Pascal est denviron 1000 m/h soit 200 m/h sous 4 Pascal. Cela entraine une consommation de 68 Wh pour lever ce flux dair parasite de 1. Une dpression de 50 Pascal est induite par un vent denviron 32 km/h (40% de la pression dynamique due au vent).

Remarque : Dans le cas des maisons RT2005, et BBC (Effinergie), le dbit de fuite est mesur pour une dpression de 4 Pa puis rapport la surface des parois froides (hors planchers bas) (et non au volume chauff comme pour le PHPP).Ce dbit dit "Q4" obtenu par extrapolation est exprim en m3/h.m Des travaux du CETE Lyon ont permis d'aboutir des taux de conversion entre le dbit de fuite Franais "Q4" et le dbit allemand "n50" (voir figure 7):


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n50 (Vol/h)

5

Abaques : n50 en fonction de I4 pour n = 2/3

Compacit : 2.3 m, mdiane des "autres usages"

4

Compacit : 1.4 m, mdiane des maisons individuelles

Compacit : 2.5 m, mdiane des btiments collectifs

3

2Compacit : 2.7 m, mdiane des appartements

n50 I4 x 4 (pour les maisons individuelles) et I4 x 2 (pour le tertiaire et le collectif)

1

0 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 I4 (m /h/m ) 3,03 2

Fig 7: abaque montrant la relation entre le n50 et le I4 Comparaison entre les diffrents standards :

anciennement I4

Remarque : Pour le label Effinergie ; Q4 0,6 soit 4 fois plus que la norme PHPP !! Il faudrait un Q4 de 0.16 pour rpondre au standard maison passive de 0.6 vol/h sous 50 Pa. 6.3.2. La consommation dnergie sur la priode de chauffe La consommation dnergie sur la priode de chauffe dpend des donnes climatiques locales et en particulier de la somme en degr des tempratures en dessous de la t de confort (18 C pour la DJU normalise) sur la priode de chauffe (figure 8 ci-dessous).

Fig 8 : Consommation dnergie sur la priode de chauffe


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La figure 8 permet de visualiser le vritable apport du chauffage, corrig par les apports solaires et les apports gratuits. La temprature extrieure moyenne dcrit la courbe sinusodale jaune et prsente son minimum en hiver. La contribution des apports solaires permet de dterminer la courbe rouge, dite des tempratures sans chauffage. Les tempratures intrieures sont suprieures aux tempratures extrieures par l'action des gains solaires. Lhorizontale verte reprsente la temprature de confort (18 C). La surface rectangulaire rouge reprsente les degrs-jours quivalents du mois de novembre. La surface hachure comprise entre la courbe sans chauffage et la droite de non-chauffage reprsente les degrs-jours du btiment considr sur la priode de chauffage qui est converti en millier de degrs heure par an (kKh/an) en multipliant les DJU par 24/1000. 6.4. Les dperditions par les ponts thermiques

Les ponts thermiques constituent de 5 10% des dperditions par conduction et sont sources de dsagrments (condensation, moisissure, odeurs), de pertes nergtiques et dinconfort. Un pont thermique est une partie de l'enveloppe du btiment o la rsistance thermique, par ailleurs uniforme, est modifie de faon sensible soit : Par pntration totale ou partielle de l'enveloppe du btiment par des matriaux ayant une conductivit thermique diffrente comme par exemple les systmes d'attaches mtalliques qui traversent une couche isolante Par changement local dpaisseur des matriaux de la paroi Par diffrence entre les surfaces intrieures et extrieures, comme il s'en produit aux liaisons entre parois Les flches courbes en rouge caractrisent les ponts thermiques (voir figure 9). Le Coefficient de transmission linique est exprim en W/(m.K) (Flux thermique en rgime stationnaire par

unit de longueur, pour une diffrence de temprature d'un kelvin entre les milieux situs de part et d'autre d'un systme).

Fig 9 : Caractrisation des ponts thermiques Les liaisons courantes sont regroupes en six familles diffrentes : Plancher sur terre-plein Plancher haut Plancher bas - mur refend Mur-mur Plancher intermdiaire Menuiseries

Pour obtenir les valeurs par dfaut des pont thermiques liniques en W/(m.K), vous pouvez utiliser un logiciel libre comme KALIBAT (utilise les normes europennes EN10211 et EN13370)


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Il existe principalement deux types de ponts thermiques : les ponts thermiques linaires ou 2D caractriss par un coefficient linique (psi) exprim en W/(m.K) (exemple: liaison en partie courante entre un plancher et un mur extrieur). La dperdition en W/K travers un pont thermique linaire se calcule en multipliant le coefficient linique par son linaire exprim en mtre. Ils sont visualisables par thermographie infrarouge (voir ci contre). les ponts thermiques ponctuels ou 3D caractriss par un coefficient ponctuel X (chi) exprim en W/K (exemple : liaison entre un plancher et deux murs perpendiculaires de faade). Le coefficient ponctuel exprime la dperdition en W/K travers le pont thermique en question. Lancrage des lments en dbord (balcons, fixation des lments disolation extrieurs) doit tre particulirement soign pour viter les fuites thermiques. Pour la fixation dune isolation extrieure il est judicieux dutiliser des vis et des chevilles spciales (voir schma ci dessous).

6.4.1. La construction sans pont thermique Pour les maisons passives, on favorisera une faon de construire exempte de ponts thermiques. En consquence, les flux thermiques supplmentaires engendrs par des ponts thermiques seront si faibles qu'ils pourront tre ngligs dans la plupart des cas. Malgr tout, le PHPP ou le Kephi 2.0 permettent une prise en compte de tous les apports bidimensionnels de flux thermiques. Deux techniques permettent une construction "sans ponts thermiques" : 0,01 W/(mK). Une isolation sans faille par lextrieur de faon pouvoir parcourir avec un crayon (trait jaune avec continuit par les vitrages) toute l'enveloppe extrieure le long de la couche d'isolation sans jamais avoir le soulever comme le montre le schma de principe dun btiment Passivhaus ci-dessous


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La pose de blocs isolants qui crent une rupture des ponts thermiques

= 0,01 W/(m.K)

= 0,25 W/(m.K)

Le schma ci-dessus montre la relation entre le coefficient de perte de chaleur du pont thermique (valeur ) et la conductivit thermique du bloc de liaison. Quand celui-ci est inferieur 0,25 W/(m.K), le coefficient devient 0,01 W/(m.K) Dans le cadre du PHPP, on utilise les dimensions extrieures des lments de construction. Les coefficients des ponts thermiques extrieurs (EXT) sont en gnral ngatifs. Ds lors, les dperditions au niveau des ponts thermiques se rfrant des dimensions intrieures (INT fournies par les logiciels de calcul) devront tre converties en rfrence aux dimensions extrieures. (Voir figure 10)

EXT = INT [(UI x eII) + (UII x eI)] avec INT (0.25 W/m.K par dfaut)

eII

eIFig 10 : Passage des mesures de pont thermique intrieur aux donnes EXT


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Pour rsoudre les problmes de ponts thermiques plusieurs solutions constructives sont utilises dtacher les murs de refends pour pouvoir insrer la couche disolation entre lextrmit du refend et le mur extrieur. isoler le tour de dalle laide de briques creuses ou de lige doubler les murs de refend avec une couche disolant de quelques centimtres poser un faux plafond isol ou isoler les planchers en sous-face raliser des dalles flottantes

Le dveloppement de moisissures sur les parois trahit la prsence de condensation, donc dune zone froide provoque par un pont thermique. 6.4.2. La matrise de lhygromtrie Tout comme la chaleur qui se dplace des zones de temprature plus leve vers les zones de temprature plus basse, la vapeur d'eau se dplace des zones forte concentration vers les zones faible concentration en vapeur. Comme l'intrieur, on exerce des activits diverses produisant de l'humidit, la pression partielle de vapeur intrieure est donc gnralement suprieure celle correspondant au climat extrieur (sauf aux priodes chaudes). Pour calculer la quantit deau que lair dpose en sexfiltrant travers la paroi il faut regarder le diagramme de Mollier (ci-dessous). Exemple : Un kg dair 60% dhumidit relative 20C contient 8.8 g deau (point C). A saturation, un kg dair -5C ne peut contenir que 2.1 g deau (point A). Sachant qu1m dair pse environ 1.2 kg, il faut ajouter 20% ces chiffres pour obtenir la masse deau par volume soit respectivement 10.56 et 2.52 g/m. En sexfiltrant travers lenveloppe 1m dair va donc dposer environ 8 grammes deau soit : 1.6 litre/heure deau pour un dbit de fuite de 200 m/h ! A contrario on peut calculer galement le niveau de ventilation ncessaire pour maintenir une certaine humidit dans lhabitation en connaissant lhumidit relative lextrieur (voir figure cidessous pour une humidit relative de 100% avec de lair -18) Exemple : Supposons que la quantit d'eau fournie la maison soit de 7,4 litres par jour; il faut faire pntrer par seconde 16 litres d'air extrieur -18 C et 100% dhumidit pour maintenir une humidit relative de 30 % lintrieur du btiment (soit environ 58 m/h). Mais si 18 litres d'eau sont introduits par jour, le dbit de renouvellement d'air doit tre alors de 39 litres par seconde (140 m/h) pour maintenir ce mme taux dhumidit.


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6.4.3.

Le facteur de rsistance la diffusion de vapeur ()

La diffusion de la vapeur est caractrise par la permance d'un matriau. Le plus souvent cest le facteur de rsistance la diffusion () qui est utilis. En matire dhumidit relative, il faut surtout veiller vacuer lhumidit produite. La production de vapeur deau doit rester ponctuelle et la ventilation doit permettre le retour rapide la normale.

Une lgre ventilation permanente reste prfrable une ventilation intense mais de courte dure.Le mouvement important que permable la est proche de de diffusion de vapeur est d'autant plus le matriau constituant la paroi est plus vapeur c'est--dire que son coefficient celui de lair soit 1

L'paisseur quivalente (Sd) (en mtre) est le produit de par lpaisseur en mtre. Elle indique la rsistance qu'offre une couche de matriau la diffusion de vapeur d'eau (l'paisseur

de la couche d'air stationnaire qui exercerait la mme rsistance la diffusion de vapeur que la couche de matriau). Exemple : Lorsque le d'un matriau vaut 5, cela signifie que la vapeur deau traverse 5 fois plus difficilement ce matriau que l'air, ou que 20 cm de ce matriau exerce la mme rsistance la diffusion de la vapeur qu1 mtre d'air stationnaire. Le pare vapeur est une couche qui empche la diffusion de vapeur d'eau par variation de pression de cette dernire. Il faut poser le pare-vapeur du ct chaud de la paroi pour provoquer une chute de la pression de vapeur avant lisolant. Le frein vapeur nest pas une barrire la diffusion mais un ralentisseur qui limite les entres d'air extrieures tout en permettant les transferts de vapeur d'eau. Le tableau suivant montre les Sd de diffrents matriaux permants et non poreux.

TypePare pluie Frein vapeur

MatriauSolitex DB+

Sd en mtre< 0.20 2.3

Intello (diffusion variable en fonction de 0.25 (t) et 10 (hiver) lhygromtrie) Ne permet pas lasschement de la Pare vapeur > 20 structure en cas de condensation ! Leau de condensation apparat plus rapidement avec une valeur leve quavec une valeur faible. Les dgts au btiment apparaissent lorsque la charge dhumidit dans la construction est suprieure sa capacit de schage. La quantit deau apporte par convection peut facilement tre 1000 fois suprieure celle apporte par diffusion (source Pro-climat). Pour viter que la maison ne soit plonge dans une ambiance sature de vapeur d'eau, elle devrait tre conue pour que ses parois soient naturellement perspirantes (tanches l'eau mais permables la vapeur). Un mur perspirant sert donc rguler l'humidit car, au del de 60 % d'humidit et en dessous de 30 % (selon

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