1. Bilan thermique d’un bâtiment
•Connaissances fondamentales
•Les pertes thermiques par transmission.
•Les pertes thermiques par ventilation.
•Les pertes thermiques par rayonnement.
•Les gains solaires.
•Les gains internes.
•La réglementation thermique.

2. Le bilan thermique d'un bâtiment.

3. Régime statique et régime dynamique.
En régime thermique permanent
la température en un point d'une paroi ou d'un local est
indépendante du temps,
et donc indépendante
•des variations climatiques
•des variations des caractéristiques de l'ambiance
intérieure.
En réalité le régime thermique est dynamique dû
•aux variations climatiques
•à l’évolution des températures intérieures

4. Dans la réalité, tout bâtiment a un comportement
thermique dynamique principalement dû
aux variations climatiques extérieures
•température
•rayonnement solaire
•vent
aux régimes d’occupations intérieures
•températures de consigne
•comportement des occupants
(ventilation, apports internes,….)
•installation de chauffage et de régulation

5. Influence des conditions climatiques.
Température
- action directe perte par infiltration et ventilation
- action indirecte évolution de la temp. dans les parois
Rayonnement solaire
- action directe captage par les fenêtres puis stockage
dans les murs et planchers
- action indirecte absorption par les parois opaques
Vent
- action directe taux d ’infiltration et de ventilation
- action indirecte le coefficient de transmission de surface
est fonction de la vitesse du vent
influence sur la temp. dans les parois

6. Calcul des déperditions:
En général, les déperditions de base sont calculés
indépendamment du système et du régime de
chauffage.
Les déperditions par transmission à travers une paroi
sont données par la formule suivante:
Dt = kc A ( Ti –Te)
A: surface de la paroi: m2
Kc: Coefficient W/m2°C
Te: Température extérieure: ° C
Ti: Température résultante sèche °C
Dans le cas des sols, Dt est proportionnelle au
périmètre P. Dt= Kc P ( Ti-Te)

7. Les pertes thermiques par ventilation.
L’air extérieur s’introduit dans le bâtiment
•par ventilation (effet volontaire)
•par infiltration (effet involontaire).
La ventilation assure le renouvellement sanitaire (apport
d’air frais, évacuation des odeurs, etc.) nécessaire à la
bonne santé de l'occupant.
Elle peut être assurée
•soit naturellement via des orifices d'amenée d'air frais
et de rejet d'air vicié,
•soit mécaniquement, par des bouches de pulsion et
d'extraction.

8. Les pertes thermiques par ventilation.
Par contre, les infiltrations d'air dans un bâtiment sont
dues à des différences de pression engendrées
•soit par le vent,
•soit par l'écart
entre les
températures
intérieure et
extérieure
Elles sont dues
aux défauts
d'étanchéité de
l'enveloppe.

9. Les pertes thermiques par ventilation.
Les déperditions thermiques par ventilation sont donc
proportionnelles :
•au volume d'air réchauffé ou rafraîchi,
•au taux de renouvellement d'air n (nombre de fois que
le volume d'air est renouvelé par de l'air frais par heure,
mesuré en h-1), et
•à la chaleur volumique de l'air (chaleur nécessaire pour
réchauffer 1 m³ d'air de 1 Kelvin, soit 0,34 Wh/m³.K).
Qv = 0.34 × n × V × (Tint - Text).

10. Les gains solaires.
Le rayonnement solaire reçu par un bâtiment dépend
•du climat et de ses variations journalières et
saisonnières.
•de l'orientation du bâtiment
•de la nature de ses surfaces et de ses matériaux
•de la topographie du lieu
•de l'ombrage, etc
Le soleil peut contribuer au chauffage des bâtiments en
hiver,
•par effet de serre au droit des parois vitrées
•par réchauffement des parois opaques

11. L ’ensoleillement.
Influence directe

12. Les gains solaires.
Influence de l’orientation

13. L’ensoleillement.
Influence directe

14. Les gains solaires.
Capter par les vitrages.
Le facteur solaire FS représente le pourcentage d’énergie
solaire incidente, transmis au travers d’une paroi vitrée à
l’intérieur d’un local.
Les gains solaires au travers
d'un élément transparent sont
fonction de l'angle d'incidence
des rayons du soleil avec le
vitrage et donc :
•de la latitude et la saison
(pour la position du soleil) ;
•de l'orientation et l'inclinaison
de la paroi

15. Les gains solaires.
Capter par les vitrages.
Les valeurs indiquées ne sont représentatives que
d’un angle d’incidence donné.

17. 84100
8
int.ext.
45100
5
int.ext.
46100
39
int.ext.
vitrage
clair
vitrage
absorbant
vitrage
réfléchissant
Facteur solaireFacteur solaire
6 2 1337 312 494958588686

18. Les gains solaires.
Capter par les parois opaques.
Lorsque les rayons du soleil
frappent une paroi opaque, une
partie de l'énergie est absorbée
tandis que le reste est réfléchi.
Les gains solaires au droit de
l'élément opaque sont fonction
• de l'angle d'incidence des
rayons du soleil (orientation et
inclinaison de la paroi),
•de la couleur et de l'aspect de la
surface du matériau utilisé.

19. Les gains solaires.
Capter par les parois opaques.
Coefficient d'absorption solaire.
Une valeur approchée peut être déterminée en
fonction de la couleur (surfaces lisses, unies).
Blanc 0,25 à 0,40
Gris au gris foncé 0,40 à 0,50
Vert, rouge et brun 0,50 à 0,70
Brun au bleu
foncé
0,70 à 0,80
Bleu foncé au noir 0,80 à 0,90

20. Coefficient d'absorption solaire de différents matériaux.
Les nombres indiqués expriment la fraction de rayonnement solaire
incident absorbé.
Ardoise 0,89
Béton
propre
à moitié propre
sale
0,55
0,70
0,80
Bois
clair (pin)
foncé (traité)
0,60
0,85
Briques vernissée, blanche 0,26
Calcaire
clair
sombre
0,35
0,50
Grès
beige
gris clair
rouge
0,54
0,62
0,73
Marbre
blanc
sombre
0,44
0,66
Granit rougeâtre 0,55
Métaux
acier émaillé, blanc
aluminium poli
cuivre, poli
cuivre, terni
0,45
0,15
0,18
0,64
Plâtre 0,07

21. Les gains solaires.
Capter par les parois opaques.
Evolution de la
température sur la face
externe d’une paroi sud,
par ciel serein, le 15 juin,
en Belgique, pour des
coefficients d'absorption
solaire suivants :
•0,7 rouge et brun
•0,45 gris
•0,2 blanc

22. Les gains internes.

23. La règlementation.
Pour le logement neuf, l'auteur de projet a le choix
entre le respect
•d'un niveau K (niveau d'isolation thermique globale)
•ou d'une valeur Bemax (besoins nets en énergie pour
le chauffage du bâtiment).
•dans tous les cas, des valeurs kmax des parois
à ne pas dépasser.
Bâtiment Construction neuve Transformation avec
changement
d’affectation
Transformation sans
changement
d’affectation
Logement K55 ou Be 450
valeurs k max
K65
Valeurs k max
-
Valeurs k max
Bureaux et écoles K65
Valeurs k max
K70
Valeurs k max
-
Valeurs k max

24. Eléments de la superficie de déperdition
kmax
(W/m²K)
Fenêtres et autres parois translucides, portes 3.5
Murs et parois opaques verticales :
- entre le volume protégé (VP) et l'air extérieur ou entre le
volume protégé et un local non chauffé non à l'abri du gel
- entre le volume protégé et un local non chauffé à l'abri du
gel
- entre le volume protégé et le sol
0,6
0,9
0,9
Toiture entre le volume protégé et l'ambiance extérieure ou
ensemble de plafond + grenier + toiture
0,4
Plancher :
- entre le volume protégé et l'air extérieur ou entre le volume
protégé et un local non chauffé non à l'abri du gel
- entre le volume protégé et un local non chauffé à l'abri du
gel
- entre le volume protégé et le sol
0,6
0,9
1,2
Paroi mitoyenne :
entre deux volumes protégés ou entre appartements
1
Valeurs des coefficients kmax

26. Calcul du K >>uniquement pertes par transmission
Calcul du BE tient compte
•des pertes par transmission,
•des pertes par ventilation,
•des apports internes (occupation, éclairage,
appareils...)
•des gains solaires,
•de l'inertie du bâtiment.
Lorsque le résultat du calcul indique que le niveau K
obtenu est supérieur à K55
•améliorer l ’isolation
•faire le calcul du BE si le bâtiment peut profiter de
gains solaires importants.

27. Avant de continuer les calculs du BE il faut juger si le
lieu d'implantation du bâtiment permet de satisfaire à
cette exigence.
La ligne d'horizon est relevée dans un secteur d'au
moins 45° de part et d'autre de la normale tracée sur
la façade projetée.

28. Lorsque la hauteur moyenne de l'horizon du secteur " vu
utilement " par les fenêtres orientées SE - S - SW est
trop élevée (par exemple angle>35° ) il n'est
généralement pas utile d'essayer de satisfaire à
l'exigence relative aux besoins nets en énergie.

29. Inclinaison par rapport à l'horizontale
Orientation
0 15 30 45 60 75 90
S 138,2 157,5 168,0 172,7 168,5 158,3 140,2
SSE - SSW 138,2 154,3 164,8 168,0 163,8 151,9 134,0
SE - SW 138,2 150,4 157,7 157,7 151,1 139,3 125,0
ESE - WSW 138,2 143,2 144,2 141,0 133,7 121,9 107,1
E - W 138,2 136,1 132,4 125,3 117,1 105,3 92,8
ENE - WNW 138,2 127,4 117,4 107,9 97,3 87,1 75,4
NE - NW 138,2 121,1 105,5 92,1 82,3 72,8 58,3
NNE - NNW 138,2 116,3 92,9 80,1 71,8 63,6 52,0
N 138,2 111,8 80,7 68,1 61,3 54,8 46,7
Valeurs de Itmax (W/m²) en mars

30. Valeurs de Itmax (W/m²) en décembre
Inclinaison par rapport à l'horizontale
orientation
0 15 30 45 60 75 90
S 21,3 38,4 46,2 57,1 60,0 60,8 61,4
SSE - SSW 21,3 37,3 44,8 55,0 59,3 58,1 57,2
SE - SW 21,3 32,8 41,0 49,2 49,7 49,3 46,1
ESE - WSW 21,3 26,8 30,7 34,8 35,1 35,3 33,0
E - W 21,3 21,3 21,1 21,3 21,4 21,9 20,6
ENE - WNW 21,3 17,8 16,2 15,8 15,4 14,9 14,0
NE - NW 21,3 14,9 12,1 10,9 10,1 9,2 8,0
NNE - NNW 21,3 13,4 11,7 10,6 9,8 8,4 7,4
N 21,3 12,3 11,4 10,5 9,7 8,2 6,9

31. Le facteur d'ombrage f1 dû à
la fenêtre et aux écrans liés à
la façade est déterminé en
fonction des rapports
surplomb X/hauteur de la
fenêtre Z et séparation
Y/hauteur de la fenêtre Z.
Calcul du facteur d ’ombrage f1.

32. Le facteur f1 est calculé pour les mois de mars et de
décembre.

33. Calcul du facteur d ’ombrage f2.
Façade θmoy (°)
N
E
S
W
12
15
11
12

34. Calcul de f2
f2 pour les fenêtres
au rez-de-chaussée
ou au premier étage.
Fenêtres situées au
rez-de-chaussée
(droite 1)
Fenêtres situées au
premier étage
(droites 1 à 5)
droite 1: a>200m
droite 2: a=200m
droite 3: a=100m
droite 4: a=50m
droite 5: a=20m

35. Calcul de f2
f2 pour les fenêtres
au rez-de-chaussée
ou au deuxième
étage.
Fenêtres situées au
rez-de-chaussée
(droite 1)
Fenêtres situées au
deuxième étage
(droites 1 à 5)
droite 1: a>200m
droite 2: a=200m
droite 3: a=100m
droite 4: a=50m
droite 5: a=20m

36. La valeur de η peut être déterminée à l'aide du
graphique ci-contre.
La courbe I3 est valable pour des maisons de
construction traditionnelle (classe d'inertie I3)
La courbe I5 est
valable pour des
immeubles
d'appartements
(classe d'inertie
I5).

37.  Température moyenne
extérieure : ΘΘemem
 Température de
confort : ΘΘimim
 Température sans
chauffage (avec
apports solaires) :
ΘΘscsc
 Effet des gains
internes :
Température de
non-chauffage ΘΘncnc
J A S O N D J F M A M J
0
5
10
15
20 °C
ΘΘemem
ΘΘimim
ΘΘscsc
ΘΘncnc
30 jours
Degrés-
jours éq.
en nov.
Saison de chauffe
10,5 °C
Degrés - jours équivalentsDegrés - jours équivalents
en novembre :en novembre :
10,5 °C x 30 j = 315 dj10,5 °C x 30 j = 315 dj

38. L ’ensoleillement.
Influence directe

39. L ’ensoleillement.
Influence indirecte.

40. Le vent.

41. Le vent.
Influence directe.
Influence indirecte.
he = 8.1 + 3,6 v en W/m² K

42. Pour climat froid Pour climat chaud
Vitrage basse-émissivité.

43. Déperditions par les parois vitrées.
Différents moyens ont été mis en œuvre pour réduire la
transmission thermique au droit des vitrages.
•Intercaler entre deux vitrages un excellent isolant,
transparent, disponible et gratuit : l'air immobile sec
•Agir sur les caractéristiques de surface du verre. Le
vitrage à basse émissivité est recouvert d'une mince
couche d'oxyde métallique parfaitement transparent, qui
permet de réduire considérablement l'émission des
infrarouges vers l'extérieur.
•L’utilisation de nombreux matériaux expérimentaux
•La présence de volet durant la nuit.

44. Ponts thermiques.