m1cv2 > confort thermique et lumineux cours evaluation confort

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École d’architecture de Grenoble > M1CV2 > [email protected] > 2004-2005

M1CV2 > Confort thermique etlumineuxEnseignants : Nicolas REMY et Jean-Baptiste VIALE

Cours• Cours 1 et 2 : Mardi 12 Octobre de 8h à 12h• Cours 3 et 4 : Mardi 26 Ocotbre de 8h à 12h• Cours 5 : Mardi 16 Novembre de 10h à 12h

• voyage d’étude à Lyon : 29 ou 30 Novmebre (date à confirmer)Programme : …, Lyon, la nuit - illuminations

TD(avec Jean-Baptiste Viale)• 3 x 10hrs de TD : Environnement Sonore (JJD et SB), Confort Thermique etlumineux, Ville soutenable (JMH et HT)• les lundis après-mid ou lundi matin (à partir du 15 et 16 Nov. Mais surtout enDécembre et Janvier)

Evaluation• Rendu du TD


Confort thermique et lumineuxCours-Rappels- Comportement dynamique d’un édifice-Applications aux différents climats- RT2000, HQE-Thermique des espaces publics- Eclairage urbain : aspects historiques et techniques

TD-thermique et éclairage urbains : travail sur une coupe d’espace public choisi sur le territoire étudié en projet urbain.

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Séminaire Relations et Soutenabilité(Vincent Rigassi, Jean-Marc Huygen, Heinrich Thielmann, Anne Chatelut, Andelkader Ben Saci + invités)

. séance 1 : Mode d'appréciation de la soutenabilité des matériaux et des systèmes constructifs : aspectsenvironnementaux, socio-économiques et culturels. séance 2 : Confort et maîtrise des ambiances : de la définition des concepts à la mise en oeuvre. séance 3 : Constructions "écologiques", "soutenables", "saines" : analyse et discussions. séance 4 : Lumière urbaine : aspects énergétiques, conception, usages, besoins

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M22 C > Maîtrise des ambiancesthermiques

Sources documentaires. références bibliographiques. Site web de l’EAG : www.grenoble.archi.fr. Sites internet (cf sites web + références)


1 - Ensoleillement : Aspects Géométriques

Cf. Lavigne et al.

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1 - Ensoleillement : Aspects Géométriques

Fig 1 : courses du soleil - Hiver / Été Fig 2 : Position du soleildans le ciel

Saisons inversées sur les deux hémisphèresEté (Hémisphère Nord) quand la distance Terre / Soleil est la plus grande maisles rayons les + chauds

Cf.

Ene

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1 - Ensoleillement : Aspects Énergétiques

Cf. Energy Conscious Design

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Remarque :

En été, la quantité d’énergie solaire reçue est plusimportante sur une surface horizontale queverticale même orientée Sud

En hiver, la quantité d’énergie solaire reçue estplus importante sur une surface verticale orientéeSud que horizontale



. Orientation Nord : jamais de soleil direct

. Orientation Sud :Apports énergétiques importants pour les surfaces verticales en hiverMoins de risques de surchauffe en été car hauteur du soleil haute

(protection réduites)

R- des orientations Sud-Est et Sud-Ouest recevront un rayonnement réduit de20% pendant l’été.


Latitude 45°

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. Orientation Ouest : Le soleil donne en fin de journée sur une façadesurchauffée quand la température est élevée. Le soleil est dans un planperpendiculaire à la façade lorsque sa hauteur est d’environ 30°… risque desurchauffe

. Orientation Est : idem que «Ouest » le phénomène de surchauffe est moinsfort

- Toiture : Attention, c’est la partie la plus exposée en été : 2hrs à + de 55°


Latitude 45°



Audience (CERMA) http://audience.cerma.archi.fr

- Info Solaire- Info Recepteur Solaire- Ecran Solaire- Lames parallèles Solaires- Diagramme Solaire

(Flash)

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2 :Les 3 modes de propagation de la chaleur

Oliva J.P.


2 - Les 3 modes de propagation de la chaleur

. Conductionsolides

pas de transport de matière. Convection

fluides (eau, air, gaz)transport de matière

. Rayonnement

Température exprime un état et un potentiel, cad une capacité à provoquer untransfert de quantité de chaleurC’est la chaleur qui pénètre, sort d’un édifice et qui intéresse l’architecture, onparle de quantité de chaleur

La chaleur se compte, se transfère et se facture (chaud vers le froid)La température se mesure mais ne saurait se vendre

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2- Les 3 modes de propagation de la chaleur

Définitions

Flux thermique ou flux de chaleur : quantité de chaleur passant au travers de 1m2 de surfacependant 1s, notée :

en Watt / m2 (densité de flux) lorsqu’on considère l’ensemble d’une surface S en Watts.


Conductivité thermique

- Propriété des corps à transmettre lachaleur par conduction.- est exprimé en W/m.°C

est grand, le matériau estconducteur- est petit le matériau est isolant

augmente si Tpte augmente et sihumidité augmente]

J.P. Isola


Définitions

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Conduction thermique

J.P. Isola


Définitions

= . T / e en W/m.°C


Résistance thermique R(capacité à résister à un flux)

- Caractérise la résistance d’uneparoi au passage d’un flux thermique(de la chaleur)- R dépend de et de l’épaisseur dumatériau

R s’exprime en m2.°C/W oum2.K/W

Plus R est grand et plus le matériauest isolant

- r est utilisé pour une surface entièreen °C/W ou K/W

R = e / en m2.°C/W

<- e ->

2 -Les 3 modes de propagation de la chaleur

Définitions

J.P. Isola

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Conductance U(anciennement K - capacité à conduire un flux)

ŸPour caractériser une paroi, onutilise l’inverse de la Résistance R,c.a.d la conductance U

- U = 1/ R = / e- U s’exprime en W/ m2.°C ou W/m2.K

- Plus U est petit et plus le matériauest isolant- u est utilisé pour une surfaceentière en W/°C ou W/ K

2- Les 3 modes de propagation de la chaleur

Définitions

J.P. Isola



Formules de Calculs

Matériaux disposés en « s é rie »(on ajoute les résistances)

Rtotale = Ri1/Utotale = (1/Ui)

Matériaux disposés en « parallèle »(on ajoute les conductances)

Utotale = Ui1/Rtotale = (1/Rii)

J.P. Isola

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Les ponts thermiques

Les flux thermiques traversent aussides singularités dans le bâtiments :tableaux des fenêtres, pontsthermiques, etc…

On définit alors linéique, oucoefficient de transmission linéiquecar ces singularités sont présentessur une longueur spécifique et notéeln

t = n . ln

en W/K ou W/°C

J.P. Isola


Résistance thermique R exemple1 : paroi en contact avec l’extérieur

Résistances- mur en blocs béton sable et gravillon, épaisseur 20cm 0,19-lame d’air de 5cm 0,16- mur brique creuses de 7,5cm 0,16- enduit ciment de 1cm sur blocs creux 0,008- enduit plâtre de 1cm sur briques creuses 0,03- résistance superficielle (1/hi) intérieure et extérieure (1/he) 0,17

R totale= 0,718 ° C.m2/W(U=1,39 W/m2.° C)

<- e ->


Définitions

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Résistance thermique R(exemple2 : plafond structure bois)

Résistances- ensemble structure + isolant 3,212- parement plâtre cartonné 1,3 cm 0,03-résistance superficielle (1/hi) intérieure et extérieure (1/he) 0,18

R totale= 3,422 ° C.m2/W(U=0,29 W/m2.° C)

<- e ->


Définitions


Résistance thermique Rexemple 3 : plancher surélevé ventilé au-dessous constitué de :

Résistances- dalle préfabriquée de hourdis béton épaisseur 16 0,13- dalle de répartition béton plein 4cm 0,02- isolant collé sous plancher = 0,04 épaisseur de 6 cm 1,5

(R= E/ )- plâtre cartonné 1,3 cm de protection isolant 0,03- carrelage collé épaisseur 1cm 0,06-résistance superficielle (1/hi) intérieure et extérieure (1/he) 0,22

R totale= 1,96 ° C.m2/W(U=0,51 W/m2.° C)

<- e ->


Définitions

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Conclusions- R importante ou U faible ssi présence d’isolant- les résistances superficielles ne sont pas négligeables- une lame d’air a une influence non négligeable mais tres faible par rapport à unecouche d’isolant- les couches minérales telles qu’enduits, placoplâtre, carrelage … ré sistancesnégligeables

- Les meilleures U pour des parois de faibles épaisseur s’obtiennentavec du bois intégrant un isolant (le bois est mauvais conducteur)

parois très isolées < U < paroi unique sans isolant0,15 W/m2.C < U < 3 W/m2.° C

<- e ->


Définitions


ŸLorsqu’un fluide (air) est en contact avec une paroi, il existe unéchange de flux thermique (du plus chaud au plus froid)ŸLa densité de flux correspondante est donc :


Convection libre et (forcée)

= Uc . t en W/m.°C

avec Uc = conduction par convection pour 1m2

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3-Les stratégies thermiques

Stratégie du chaud > Hiver


3-Les stratégies thermiques

Stratégie du Froid > Eté

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4 - Isolation et Inertie Thermique

sans chauffage ni climatisation

La cave

sans chauffage ni climatisation

La serre- inertie thermique très grande- Variation grandes de T°C ext maisT°C int quasi constante

- inertie thermique presque nulle- Variation grandes de T°C extimplique des variations importantesde T°C int



L’inertie thermique (d’absorption)

Forte inertie par une isolationplacée à l’extérieur (mur enmaçonnerie)

Faible inertie par une isolationplacée à l’intérieur

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L’inertie thermique (d’absorption)- se définit comme la capacité d’un matériau à accumuler puis à restituer un fluxthermique (de la chaleur)- l’inertie thermique dépend de 3 facteurs

. La conductivité thermique « »

. La chaleur spécifique « c »

. La masse volumique du matériau « »

Pour quantifier l’inertie, on introduit le paramètre de capacité thermique S

S = .C en j/kg.°C Polystyrène 21Laine de verre 99Air 1256Liège 376-385Pierre Naturelle 2520-2790Béton 2400 - 2640Bois 960-216O


4- Isolation et Inertie Thermique

L’inertie thermique (d’absorption) … climats tempérés

. La capacité thermique d’une paroi estsurtout utile que si elle est placée àl’intérieur du bâtiment et isolée desconditions climatiques extérieures

. Construire en forte inertie c’est doncutiliser des matériaux lourds à l’intérieurde l’habitat afin de stocker la chaleursolaire et atténuer les variations detempérature interne

Mur trombreArchitectes > Arup Associates

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. A l’inverse une maison à faible inertie montera vite entempérature au moindre rayon de soleil sans la possibilité destocker la chaleur solaire. Les écarts de température internesseront importants. Les risques de surchauffe élevés.

. Une forte inertie est surtout utilisée en cas d’occupationpermanente. Une faible inertie peut-être intéressante pour deslocaux à usages intermittents.

. La prise en compte pour l'habitat d'une forte inertie thermiquedans la conception offre de nombreux avantages tant au point devue du confort de l'usager que de celui de l'économie d'énergie etd'une logique de développement durable. Mais attention, il n'y apas de systématisme à son utilisation !

pare-soleil…Architectes > Arup Associates

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