Projet building-energetics

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Civil 445 – Building Energetics
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CASE STUDY
Building energetics
Groupe 12
Lieux : Ecole Polytechnique Fédéral de Lausanne
Date du rendu : 10.01.2019
Professeurs responsables : E. Gnansounou, D. Khovalyg, D. Licina
Auteurs : Y. Bally, Y. Kitane, A. Rahmaty, A. W. Sahibi, E. Velasquez

Groupe 12
Building energetics – Case study
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Table des matières
1. INTRODUCTION 3
2. DESCRIPTION DE L’ENVELOPPE 4
3. TEMPERATURES DES LOCAUX NON CHAUFFES 4
3.1. Démarche calculatoire 4
3.2. Températures des combles 4
3.3. Températures de la véranda 4
4. SOFTWARE LESOSAI 4
4.1. Fonctionnement et utilisation 4
4.2. Modification du fichier à disposition 4
4.3. Hypothèses 4
4.4. Synthèse des inputs 4
5. CONTROLE RISQUE DE CONDENSATION 5
6. PERFORMANCE ENERGETIQUE DU BATIMENT 7
6.1. Eau chaude sanitaire 7
6.2. chauffage 9
6.3. Electricité 11
6.4. Calcul de l’ide 11
6.5. Calcul de la valeur limite 11
6.6. Evaluation de l’ide 14
7. ANALYSE ENERGETIQUE DU BATIMENT 15
7.1. Interprétation des résultats 16
7.2. Réflexion sur les pertes de chaleurs 18
8. INFLUENCE DES PONT THERMIQUES 18
9. OPTIMISATION DES PERFORMANCES ENERGETIQUES 21
9.1. Modification système de chauffage 21
9.2. Variante parois hors sol 22
9.3. Parois enterrées 22
9.4. Variante vitrage 23
9.5. Modification de la toiture 23
9.6. Modification système de ventilation 24
9.7. Variante finale 24
10. CONCLUSION 26
11. SOURCES 26
12. REFERENCES 26
Annexe A : Plan et détails de la villa

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1. INTRODUCTION
Cette étude de cas s’inscrit dans le cadre du cours de "Building Energetic", elle permet d’appliquer à un cas
réel les différentes notions théoriques qui nous été transmise.
L’outils informatique qui permettra d’appuyer cette étude est le logiciel "Lesosai", il sera utile afin de modéliser
les performances énergétiques de l’ouvrage et surtout d’en tirer des résultats significatifs appuyant l’analyse
que nous ferons. Il faut également noter que les résultats numériques obtenues seront vérifiés par des calculs
manuels donnant des ordres de grandeurs.
L’ouvrage étudié est une villa composé d’un sous-sol, un rez-de-chaussée, un étage, des combles et une
véranda. Les dimensions principales sont les suivantes :
- Longueur : 10 m
- Largeur : 8 m
- Hauteur : 8 m
Figure 1 – Plan élévation Nord et Est
L’ouvrage se situe à "Ecublens", il est destiné à accueillir une famille de deux adultes et deux enfants qui
l’occuperons environs douze heures par jour.
Concernant l’énergétique de la villa, le rez-de-chaussée et l’étage seront chauffé tandis que les combles, le
sous-sol et la véranda ne dispose d’aucun système de chauffage.
Le but général de cette étude de cas est d’évaluer les performances énergétiques de cette villa puis de
proposer des variantes du concept énergétique permettant d’améliorer son efficacité.
Il s’agira également de se familiariser avec le logiciel "Lesosai", d’aiguiser nos réflexions sur les axes potentiels
d’améliorations des performances énergétique d’un ouvrage, en utilisant un outil informatique permettant
d’accélérer la réalisation et l’analyse de variantes.

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2. DESCRIPTION DE L’ENVELOPPE
Concernant l’enveloppe thermique et les matériaux qui compose les différentes parties de la structures,
l’annexe A décrit en détails la matérialité de chaque élément de l’ouvrage.
Blabla pour dire que l’annexe A décrit en détails les différents éléments composants l’enveloppe
Tableau avec descriptif de chaque élément de l’enveloppe. (Manu) voir exemple rapport
3. TEMPÉRATURES DES LOCAUX NON CHAUFFÉS
Blabla d’introduction (Manu)
3.1. DEMARCHE CALCULATOIRE
Formules utilisées pour la résolution du problème (Manu) voir exemple rapport
3.2. TEMPERATURES DES COMBLES
Expliquer brièvement le calcul, énoncé les valeurs obtenues pour les hint hext, tableau avec les U les Surfaces
et les Hd respectifs.
Résultats finale de la température. (Manu)
3.3. TEMPERATURES DE LA VERANDA
Remarques idem au-dessus. (Manu)
4. SOFTWARE LESOSAI
Abdu
4.1. FONCTIONNEMENT ET UTILISATION
Abdu
4.2. MODIFICATION DU FICHIER A DISPOSITION
Abdu
4.3. HYPOTHESES
Abdu
Taux de renouvellement de l’air
Nombre d’occupants
Capacité thermique
Bilan radiatif
Dire que bilan radiatif est activé depuis le début et justifier ce choix
4.4. SYNTHESE DES INPUTS
Abdu

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5. CONTRÔLE RISQUE DE CONDENSATION
Certaines activités menés dans une habitation telles que la cuisine, le séchage du linge ou encore la douche
par exemple, sont propices à l’augmentation de la vapeur d’eau contenu dans l’air. L’augmentation de la
pression interne provoque alors inévitablement la migration de cette humidité vers l’extérieur, là où elle est
plus faible. Ainsi en hiver lorsque la température intérieure est élevée, l’air chargé d’une plus grande quantité
d’eau que l’extérieur, tend à se diffuser à travers le mur. En passant à travers le mur, elle risque d’entrer alors
en contact avec des surfaces plus froides et se condenser sur celles-ci en raison de la pression de saturation
plus faible à basse température. Cette condensation peut conduire à des moisissures et un pourrissement des
parois, ou encore gravement endommager certains éléments comme l’isolant à l’intérieur du mur. Celle-ci peut
alors perdre toute son efficacité.
Dans la présente étude, il s’agit ainsi de vérifier l’apparition de ce phénomène entre le mur extérieur et les
zones chauffés, et le cas échéant l’annihiler.
Le programme "Lesosai" fournit un diagramme de l’évolution de la pression d’eau et de saturation ainsi que
de la température à travers la paroi. Ainsi les zones où la pression de vapeur est supérieure à celle saturation,
une condensation de la vapeur peut y avoir lieu.
Dans le cas des conditions normales de températures et d’humidités, interne et externe, la condensation se
produit entre les mois d’octobre et mai. Toutefois, celle-ci se produit sur moins d’un cm dans la partie extérieure
de l’isolation et va même finalement s’assécher durant le mois d’août.
Figure 2 – Evolution des pressions d’eau de saturation et température (condition normale)
Dans une analyse plus rigoureuse, il s’agit d’étudier ce phénomène dans des conditions plus extrême. Ainsi
l’étude est faite avec une température externe de - 8 °C avec une humidité relative de 90% et une température
interne de 20°C associé à une humidité relative de 60%. Dans une telle situation, la condensation débute dans
la même section que précédemment mais se produit alors sur une épaisseur de plus de 10 cm dans les plots
de ciments. De plus, cette eau ne s’assèche pas pendant l’été au risque de graves endommagements des
éléments internes.

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Figure 3 – Evolution des pressions d’eau de saturation et température (condition extrême)
La pose d’un pare vapeur est alors un moyen de contrôler ce risque. En effet, celui-ci permet de réguler le flux
de vapeur à travers la paroi en faisant diminuer drastiquement la pression de vapeur d’eau. Ainsi le risque de
condensation peut être totalement éliminé. Sa position dépend du climat. Dans les pays du nord à l’inverse de
ceux du sud avec une température et une humidité interne plus élevé que l’extérieur en hiver il est placé entre
l’isolant et le crépis interne. Dans le cas de nouvelles constructions, il est placé en général sur la face interne
de l’isolant.
Dans la situation du mur extérieur étudié ici, ce même principe est utilisé avec par exemple, la pose d’une
barrière vapeur V-60 3mm référencé par la SIA 380/2. Celui-ci est suffisant pour supprimer définitivement le
risque de condensation.
Figure 4 – Evolution des pressions d’eau de saturation et température (avec pare vapeur)

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6. PERFORMANCE ÉNERGÉTIQUE DU BÂTIMENT
L’efficacité énergétique d’un bâtiment est évaluée grâce à l’indice de dépense énergétique.
Si l’on prend en compte les hypothèses de la norme SIA 380 :2015, il aurait fallu utilisé la consommation
d’énergie primaire.
Cependant comme cela à été vu en cours, nous allons utiliser la consommation d’énergie finale comprenant
les besoins de chaleur pour le chauffage, l’eau chaude sanitaire mais aussi les besoins en électricité.
𝐼𝐷𝐸 =
𝐶𝑜𝑛𝑠𝑜𝑚𝑚𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛 𝑑′
é𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑒 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙𝑒 𝑎𝑛𝑛𝑢𝑒𝑙𝑙𝑒
𝑆𝑢𝑟𝑓𝑎𝑐𝑒 𝑑𝑒 𝑟é𝑓é𝑟𝑒𝑛𝑐𝑒 é𝑛𝑒𝑟𝑔é𝑡𝑖𝑞𝑢𝑒
𝑒𝑛
𝑀𝐽
𝑚2
𝑜𝑢
𝑘𝑊ℎ
𝑚2
6.1. SURFACE DE REFERENCE ENERGETIQUE
Selon la définition de la norme SIA 380/1 : 2009 la surface de référence énergétique est définie comme étant
« le total de toutes les surfaces brutes de plancher des locaux chauffées ou climatisés, situés en-dessous et
au-dessus du niveau du terrain et qui son comprises à l’intérieur de l’enveloppe thermique, les surfaces de
plancher avec une hauteur utile inférieure à 1 mètre ne sont pas comptabilisés dans le calcul de la surface
de référence énergétique ».
Si l’on se réfère aux plans qui ont été fourni, la surface de référence énergétique prend en compte les
surfaces de plancher des 2 étages.
𝑆𝑅𝐸 = 2 é𝑡𝑎𝑔𝑒𝑠 .80
𝑚2
é𝑡𝑎𝑔𝑒𝑠
= 160 𝑚2
6.2. EAU CHAUDE SANITAIRE
Si l’on se réfère à la norme SIA 385/2 qui prend en compte dans le calcul des besoins en eau chaude sanitaire
le nombre d’habitants, la formule suivante est utilisée :
𝑄 𝐸𝐶𝑆 = 𝑉𝑤 . ∆𝑇 . 𝜌 . 𝐶 𝑝 . 𝑛
- n : Nombre de personnes présentes dans la maison
- 𝑉𝑤 : Besoins en eau chaude utile par litre et par personne
- ∆𝑇 : Différence de température entre l’eau chaude et froide
- 𝜌 : Masse volumique de l’eau
- 𝐶 𝑝 : Chaleur spécifique de l’eau

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Si l’on estime la température de l’eau chaude à 55 ℃ et celle de l’eau froide à 10 ℃, il est possible
dévaluer la différence de température comme étant ∆𝑇 = 45 ℃.
Concernant les besoins en eau chaude utile par litre et par personne, ces données sont données
dans le tableau ci-dessous de la norme SIA 385/2.
Dans notre càs, nous allons considérer que l’équipement de la maison est de niveau moyen.
𝑉𝑤 = 45
𝑙
ℎ𝑎𝑏𝑖𝑡𝑎𝑛𝑡 .𝑗
Le produit de la masse volumique et de la chaleur spécifique de l’eau est :
𝜌. 𝐶 𝑝 = 1.16 . 10−3
𝑘𝑊ℎ
𝐾
On obtient :
𝑄 𝐸𝐶𝑆 = 𝑉𝑤 . ∆𝑇 . 𝜌 . 𝐶 𝑝 . 𝑛 = 45 .45 .1.16 . 10−3
. 4 = 9.397
𝑘𝑊ℎ
𝑗
Afin d’obtenir la consommation d’énergie utile annuelle par surface de référence énergétique on à :

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𝑄 𝐸𝐶𝑆 =
𝑄 𝐸𝐶𝑆
𝑆𝑅𝐸
. 365 =
9.397
160
. 365 = 77.166
𝑀𝐽
𝑚2
Cependant, il s’agit de calculer la consommation d’énergie finale.
Afin de passer d’une énergie utile à une énergie finale, le tableau ci-dessous de la SIA 380 fournit
l’ensemble des rendements (Fractions utiles standards de chaudières et autres générateurs de
chaleur).
Un rendement de 𝜂 𝐸𝐶𝑆 = 0.75 est raisonnable pour le calcul de l’énergie finale.
𝑄 𝐸𝐶𝑆 =
𝑄 𝐸𝐶𝑆
𝜂 𝐸𝐶𝑆
=
77.166
0.75
= 102.9
𝑀𝐽
𝑚2
6.3. CHAUFFAGE

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Le logiciel LESOSAI permet de calculer les besoins en chaleur pour le chauffage grâce au mode Optimisation-
comparaison qui prend en compte les conditions voulues du bâtiment et non normales.
Le calcul des besoins en chauffage prend en compte les apports thermiques solaires et internes mais aussi
les pertes thermiques selon la formule suivante :
𝑄ℎ = (𝑄 𝑇 + 𝑄 𝑉 ) − 𝛾𝑔(𝑄𝑖 + 𝑄𝑠 + 𝑄 𝑒)
𝑄ℎ : Besoins en chauffage en
𝑀𝐽
𝑚2
𝑄 𝑇 : Perthes thermiques par transmission en
𝑀𝐽
𝑚2
𝑄 𝑉 : Perthes thermiques par ventilation en
𝑀𝐽
𝑚2
𝛾𝑔 : facteur d’utilisation
𝑄𝑖 : Apports humains de chaleur en
𝑀𝐽
𝑚2
𝑄𝑠 : Apports solaires Passifs en
𝑀𝐽
𝑚2
𝑄 𝑒 : Apports de chaleur des appareils électriques en
𝑀𝐽
𝑚2
Grace au diagramme de Sankey fourni par LESOSAI on obtient les besoins de chaleur pour le chauffage qui
sont de 486.3
𝑀𝐽
𝑚2
.

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Afin de passer d’une énergie utile à une énergie finale, le tableau 13 de la SIA 380 fournit l’ensemble des
rendements (Fractions utiles standards de chaudières et autres générateurs de chaleur).
Un rendement de 𝜂 𝑐ℎ = 0.80 est raisonnable pour le calcul de l’énergie finale.
𝑄 𝑐ℎ =
𝑄 𝑐ℎ
𝜂 𝑐ℎ
=
486.3
0.80
= 607.88
𝑀𝐽
𝑚2
6.4. ELECTRICITE
Selon le tableau de la norme SIA 380/1 : 2009, les besoins annuels en électricité d’un habitat individuel sont :
𝑄 𝑒𝑙 = 80
𝑀𝐽
𝑚2
6.5. CALCUL DE L’IDE
L’indice de dépense énergétique (IDE) peut donc être calculé selon la formule suivante :
𝐼𝐷𝐸 =
𝐶𝑜𝑛𝑠𝑜𝑚𝑚𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛 𝑑′
é𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑒 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙𝑒 𝑎𝑛𝑛𝑢𝑒𝑙𝑙𝑒
𝑆𝑢𝑟𝑓𝑎𝑐𝑒 𝑑𝑒 𝑟é𝑓é𝑟𝑒𝑛𝑐𝑒 é𝑛𝑒𝑟𝑔é𝑡𝑖𝑞𝑢𝑒
= 𝑄 𝐸𝐶𝑆 + 𝑄 𝑐ℎ + 𝑄 𝑒𝑙 = 790.75
𝑀𝐽
𝑚2
L’indice de dépense énergétique vaut 791
𝑀𝐽
𝑚2
.
6.6. CALCUL DE LA VALEUR LIMITE
Le calcul de la valeur limite se fait selon la formule suivante :

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𝑄ℎ,𝑙𝑖 = 𝑄ℎ,𝑙𝑖0 + ∆𝑄ℎ,𝑙𝑖.
𝐴𝑡ℎ
𝑆𝑅𝐸
Avec :
- 𝑄ℎ,𝑙𝑖 : Valeur limite
- 𝑄ℎ,𝑙𝑖0 : Valeur limite de base
- 𝐴𝑡ℎ : Surface de l’enveloppe thermique du bâtiment
- ∆𝑄ℎ,𝑙𝑖 : Différence de Valeur limite
Selon la norme SIA 380/1 : 2009, cette villa individuelle appartient à la catégorie II habitat individuel.
Ce qui nous permet d’obtenir les valeurs limites de bases 𝑄ℎ,𝑙𝑖0 et ∆𝑄ℎ,𝑙𝑖 pour une température moyenne de
8.5 ℃ .
Si l’on considère une température moyenne annuelle de 9,95 ℃, une correction de 4 % doit être effectuée
pour chaque degré supplémentaire, d’ou une correction de 7.8 %.
On pose f le facteur de correction :
𝑓 = 0.078
On obtient :

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𝑄ℎ,𝑙𝑖0 = (1 − 𝑓). 65 = 59.93
𝑀𝐽
𝑚2
Et :
∆𝑄ℎ,𝑙𝑖 = (1 − 𝑓). 65 = 59.93
𝑀𝐽
𝑚2
La surface de l’enveloppe thermique du bâtiment est calculée selon la formule suivante :
𝐴𝑡ℎ = ∑ 𝐴 𝑒,𝑗 +
𝑗
∑ 𝑏 𝑢𝑘 𝐴 𝑢𝑘 +
𝑘
∑ 𝑏 𝑔𝑙 𝐴 𝑔,𝑙
𝑙
Avec :
- 𝐴𝑡ℎ : Surface de l’enveloppe thermique du bâtiment
- 𝐴 𝑒,𝑗 : Surfaces en contact avec l’extérieur
- 𝐴 𝑢𝑘 : Surfaces en contact avec les locaux non chauffés
- 𝐴 𝑔,𝑙 : Surfaces en contact avec le terrain
- 𝑏 𝑢𝑘 : facteur de réduction des déperditions contre les locaux non chauffés
- 𝑏 𝑔𝑙 : facteur de réduction des déperditions des zones en contact avec le terrain
Dans le cas échéant, il n’y a pas de locaux chauffées en contact avec le sol.
D’ou :
𝐴 𝑢𝑘 = 0
Les deux tableaux ci-dessous présentent les surfaces et les facteurs de réduction calculées par
LESOSAI selon la norme EN ISO 13789 pour les surfaces en contact avec l’extérieur et contre les
locaux non chauffés.
Surfaces en contact avec l’extérieur :
Type de façade Surface en 𝑚2
Facteur de réduction
Façade Est 48 1
Façade Ouest 48 1
Façade Nord 60 1
Façade Sud 30 1
Surfaces en contact avec les locaux non chauffés :

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Type de façade Surface en 𝑚2
Facteur de réduction
Plafond vers comble 80 0.88
Plancher sur sous-sol 80 0.77
Façade Sud 30 0.77
En utilisant la formule :
𝐴𝑡ℎ = ∑ 𝐴 𝑒,𝑗 +
𝑗
∑ 𝑏 𝑢𝑘 𝐴 𝑢𝑘 +
𝑘
∑ 𝑏 𝑔𝑙 𝐴 𝑔,𝑙
𝑙
On obtient :
𝐴𝑡ℎ = 341 𝑚2
Après avoir calculé tous les paramètres nécessaires au calcul de la valeur limite on obtient :
𝑄ℎ,𝑙𝑖 = 187.6
𝑀𝐽
𝑚2
6.7. EVALUATION DE L’IDE
L’indice de dépense énergétique prend en compte les besoins en eau chaude sanitaire, en électricité mais
aussi les besoins en chauffage obtenues précédemment par le diagramme de Sankey.
Si l’on s’intéresse à la méthode de calcul de ces trois besoins de chaleur, on se rend compte que les besoins
en ECS ainsi qu’en électricité ont été obtenues selon des normes et donc la marge de modification de ces
valeurs est limitée.
Il est plus pertinent de comparer les besoins en chauffage obtenues par le diagramme de Sankey avec la
valeur limite.
Calculons le rapport entre les besoins en chauffage et la valeur limite pour évaluer l’objectif à atteindre.
𝑅 =
𝑄 𝑐ℎ
𝑄ℎ,𝑙𝑖
=
486.3
187.6
= 2.6
Il faudra donc diminuer au minimum les besoins en chaleur par un facteur 2.6 pour atteindre l’objectif fixé par
la valeur limite.
De plus la valeur cible plus exigeante doit normalement être visée contrairement à la valeur limite qui doit être
strictement respectée par le constructeur.

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La valeur cible peut être obtenue à partir de la valeur limite en appliquant un facteur de correction selon la
formule suivante :
𝑄ℎ,𝑐𝑖𝑏𝑙𝑒 = 0.6 . 𝑄ℎ,𝑙𝑖 = 112.56
𝑀𝐽
𝑚2
Les différents moyens utilisées pour atteindre la valeur limitée sont présentés au chapitre 7.
7. ANALYSE ÉNERGÉTIQUE DU BÂTIMENT
L’analyse énergétique du bâtiment est effectuée en s’appuyant sur le diagramme de "Sankey " qui nous est
fourni par le logiciel "Lesosai" :
Figure 5 – Diagramme de Sankey ouvrage initiale
Ce diagramme donne des informations sur le bilan énergétique du bâtiment, il indique les valeurs des pertes
de chaleurs et leurs origines ainsi que les apports de chaleurs et leurs sources de production.
En exploitant ce diagramme nous pouvons effectuer une analyse fine du comportement énergétique du
bâtiment que nous étudions.

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7.1. INTERPRETATION DES RESULTATS
Tout d’abord, il est nécessaire de rappeler que le besoin en chaleur, exprimé en énergie utile, pour le chauffage
domestique est largement supérieur à la valeur limite (calculé dans le chapitre précédent) :
𝑄ℎ = 486.3 (𝑀𝐽/𝑚2
) > 𝑸 𝒉,𝒍𝒊 = 𝟏𝟗𝟐. 𝟗 (𝑴𝑱/𝒎 𝟐
)
Apports thermiques
Concernant les apports thermiques, dans le cas de figure initiale, la chaudière à mazout fournit la plus grande
part. En effet elle fournit une proportion d’énergie finale ~72%.
La différence des apports provient de deux sources différentes, les apports internes de chaleur dégagée par
les occupants et les appareils électroménagers ~13% et les gains issus du rayonnement solaire ~15%.
Le diagramme ci-dessous permet de mieux visualiser les parts des apports thermiques des sources
énumérées ci-dessus :
Figure 6 – Répartition des apports thermiques
Dans le but d’améliorer le bilan énergétique du bâtiment, il est nécessaire de réduire l’apport thermique issue
du système de chauffage. En effet il est impossible de manipuler les gains thermiques provenant des
occupants et de leurs activités et la marge de manœuvre concernant les gains solaires est très faible
(possibilité d’augmentation par l’amélioration du type de fenêtre).
Pertes
Trois types de pertes peuvent être distinguées :
- Les rejets
- Les pertes techniques (issue du système de chauffage)
- Les pertes thermiques par transmission (à travers l’enveloppe) par ventilation
Les pertes par rejet, ~4%, sont la part non utilisable des gains internes, en effet elles représentent la portion
de chaleur perdue qui n’a pas été emmagasiné par l’ouvrage. La capacité thermique du bâtiment a une grande
influence sur ces pertes, en effet plus le bâtiment est composé d’élément capable de stocker cette chaleur
plus il sera capable de la retourner au moment où la température interne est plus basse.
13%
15%
72%
Internes Solaires Chauffage

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Les pertes techniques, ~14%, sont issues du rendement du système de chauffage, plus ce rendement est
faible plus les pertes techniques sont élevées. Ce rendement n’influence pas directement la demande en
chaleur pour le chauffage, cependant il reste un critère important pour le choix du système de chauffage car il
permet de déterminer l’énergie utile produit par la chaudière.
Les pertes thermiques par transmission et par ventilation représentent ~82% des pertes totales. Elles sont
donc déterminantes lors du calcul du besoin en chaleur. Il est donc facile de comprendre que ces pertes sont
le point sur lequel il faut se concentrer afin d’améliorer les performances énergétiques du bâtiment
Les diagramme ci-dessous permet de mieux visualiser la part de chaque type de perte dans le bilan total :
Figure 7 – Répartitions des pertes
Afin d’avoir une observation plus fine de la répartition des pertes, le diagramme ci-dessous permet de constater
la répartition des pertes thermiques :
Figure 8 – Répartitions des pertes thermiques
7%
23%
33%
25%
11%
Toit Parois Fenêtres Aération Plancher
14%
4%
82%
Techniques Rejets Thermiques

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7.2. REFLEXION SUR LES PERTES DE CHALEURS
Dans ce chapitre nous effectuons une analyse des résultats obtenues dans la partie précédente afin de cibler
les points clés qui permettrons d’améliorer intelligemment les performances énergétiques du bâtiment.
Tout d’abord, il faut relever que les pertes part rejet sont inchangeable. En effet ces pertes dépendent de la
capacité thermique du bâtiment qui est directement lié aux éléments qui le composent.
Les déperditions majeures sont issues des pertes thermiques, dont la majeure partie se fait part des fenêtres.
Afin de réduire ces pertes, il faut modifier le type de vitrage et de cadre afin qu’il soit plus isolant. Les
caractéristiques suivantes sont déterminantes :
- Coefficient de transmission "U" (à minimiser)
- Facteur solaire "g" duquel dépend les gains solaires passifs (à maximiser)
Le choix des fenêtres et des cadres sera effectué en fonction du rapport "performance/prix", lu but étant
d’améliorer l’ouvrage sans augmenter exponentiellement le cout de construction.
Concernant la réduction des déperditions à travers les parois, la toiture et le plancher, le but de l’amélioration
sera de réduire le coefficient de transmission "U". Pour ce faire, nous mettrons en place une nouvelle
conception en utilisant des matériaux différents.
Enfin les pertes part ventilation constitue la deuxième déperdition le plus importante. L’objectif sera donc de
réduire ces pertes tout en conservant une ventilation suffisante. Une modification possible est de mettre en
place une ventilation mécanique contrôlée (VMC) munit d’un récupérateur de chaleur. L’apport d’énergie
supplémentaire pour le conditionnement de l’air extérieur sera donc réduit.
8. INFLUENCE DES PONT THERMIQUES
Ayant négligé les ponts thermiques dans les bilans énergétiques exposés dans les parties précédentes. Dans
cette partie nous allons utiliser une version du fichier LESOSAI où nous avons pris en compte les ponts
thermiques en les introduisant dans la modélisation du bâtiment. Nous nous basons sur la donnée de l’étude
de cas proposant les simplifications suivantes :
- Ponts thermiques linéaires : Ψ = 0.2 (𝑊/(𝑚. 𝐾))
- Ponts thermiques ponctuels : Ψ = 0.3 (𝑊/(𝑚. 𝐾))
Le logiciel Lesosai permet d’introduire les ponts thermiques de différentes manières, soit en indiquant
directement la valeur du coefficient " Ψ " si elle est données, typiquement comme dans notre étude de cas, ou
en calculant ce coefficient à l’aide du programme externe FLIXO. Il également possible de la définir en se
basant sur le catalogue qui propose différentes valeurs de "Ψ" selon des géométries et des dispositions
constructives prédéfinies.
Pour l’étude de ce bâtiment nous considérons les trois ponts thermiques suivants :
- Pont thermique entre les fenêtres et la façade.
- Pont thermique entre la dalle sur sous-sol et les façades.
- Pont thermiques entre les façades et les combles.
Une fois les ponts thermiques introduits, nous relançons le calcul sur LESOSAI et nous obtenons le diagramme
de "Sankey" suivant :

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Figure 9 – Diagramme de Sankey ouvrage initiale avec ponts thermiques
Pour l’analyse du diagramme ci-dessus nous utilisons, en plus des résultats avec les ponts thermiques, ceux
de la variante sans ponts thermiques. Cela afin de faire une comparaison et de relever les impacts les plus
notables des ponts thermiques.
Tout d’abord, il est utile de noter que l’introduction de ponts thermiques à surtout affectée les pertes thermiques
et non les pertes techniques qui sont liées à l’efficacité de la chaudière. Les pertes par rejet ne sont également
pas impactées car elles ne dépendent que de la capacité thermique du bâtiment.
Nous nous concentrons maintenant sur les changements liés au pertes thermiques lors de l’introduction des
ponts thermiques. Afin d’aguillé notre analyse nous avons dressé les diagrammes ci-dessous qui synthétisent
les résultats donnés par les diagrammes de "Sankey" (avec et sans les ponts thermiques) :

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Figure 10 – Répartition des pertes thermiques avec ou sans pont thermiques
Nous observons que l’ajouts des ponts thermiques n’a pas affecté la repartition même des pertes thermiques,
la difference n’est pas notable pour en tiré des conclusions. Cependant nous relevons que les pertes
thermiques à travers les parois ont subis une augmentation ~7%.
Le diagramme ci-dessous presentant les variaitons des pertes thermiques après inclusion des pont
thermiques, permet de mieux comprendre l’impact de cette modification sur les diffferentes pertes thermiques :
Figure 11 – Variations des pertes thermiques
Il est clair que les pertes dues l’aération ne subiront pas de changement après introduction des ponts
thermiques.
Concernant les autres pertes thermiques qui reste inchangées, cela est dû au fait que les ponts thermiques
sont toujours entre la zone considérée et les façades (fenêtres-façades, combles-façades). Les pertes dues à
ces ponts thermiques sont donc comptabilisées dans les pertes à travers les parois.
0
50
100
150
200
250
Toit Parois Fenêtres Aération Plancher
Pertes[MJ/m2]
Zones
SANS PONTS TH. AVEC PONTS TH.

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De plus nous observons une augmentation des pertes thermiques ~45%, une fois les ponts thermiques inclus.
Plus généralement, les pertes thermiques totales du bâtiment augmentent de 10% et les besoins en chaleurs
~14%. Ces résultats sont résumés par le tableau suivant :
Sans ponts th. Avec pont th. Variation
Pertes thermiques 690.8 761.8 +10%
Qh 486.3 554.5 +14%
Figure 12 – Récapitulatif de l’impact des ponts thermiques
9. OPTIMISATION DES PERFORMANCES ÉNERGÉTIQUES
L’objectif de ce chapitre est d’effectuer des modifications du concept énergétique du bâtiment afin de réduire
l’IDE de moitié. Dans notre démarche nous effectuons une analyse de sensibilité pour chaque partie de
l’ouvrage afin d’appuyer notre choix final.
D’après les analyses effectuées dans les chapitres précédents, nous avons décidé de nous pencher sur le
système de chauffage, les parois extérieures hors sol, les parois extérieures enterrées, les vitrages, la toiture
et le système de ventilation.
Nous avons relevé que des pertes de chaleurs s’effectuées à travers les planchers, cependant nous ne les
traitons par du fait de leur impact minime.
9.1. MODIFICATION SYSTEME DE CHAUFFAGE
Le conditionnement de l’air du bâtiment demande une quantité élevée d’énergie finale, cette valeur est
calculée en considérant les pertes de chaleurs et les gains possibles.
Afin de réduire la valeurs d’énergie finale nécessaire le premier levier est l’optimisation des éléments
composant l’enveloppe du bâtiment afin de diminuer les pertes, démarche que nous effectuons dans les
parties suivantes.
Le second axe d’optimisation de cette valeur est le type de source de chaleur et son rendement. Dans la
situation initiale nous utilisons une chaudière à mazout avec un rendement de 80%, soit une énergie finale
de :
𝑄ℎ,𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙𝑒 = 483.6 (𝑀𝐽/𝑚2
)
Donc une consommation d’énergie pour la production de chaleur :
𝑄ℎ,𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙𝑒
0.8
= 608 (𝑀𝐽/𝑚2
)
Dans la variante finale, nous employons une chaudière à gaz permettant d’atteindre un rendement bien
meilleur. En effet le gaz ayant un valeurs calorifique supérieure, elle permet d’atteindre des rendements
proches de 100%. Dans le souci de rester du côté de la sécurité, nous considérons une efficacité de 95%.
La consommation d’énergie finale devient donc :
𝑄ℎ,𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙𝑒
0.95
= 512 (𝑀𝐽/𝑚2
)
Soit une valeur de l’IDE de :
𝐼𝐷𝐸 𝑛𝑒𝑤 = 736 (𝑀𝐽/𝑚2
)

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Donc une diminution de l’IDE de ~13.5% (initialement 823.3 MJ/m2).
9.2. VARIANTE PAROIS HORS SOL
Nos précédentes analyses nous permettent de constater qu’une grande partie des pertes s’effectue par les
parois du bâtiment, cela est dû à la haute conductivité thermique et à la faible épaisseur de l’isolant employé
(laine minérale 30 kg/m3).
Afin de palier à cette anomalie, nous commençons part effectué une analyse de sensibilité en considèrent
diffèrent types d’isolant ayant une épaisseur identique de 8 mm.
Le NRE et le GWP sont des indicateurs de l’impact du matériau sur l’environnement (valeurs pour tout le
bâtiment) tandis que l’IDE nous informe sur les performances énergétiques.
Nous avons mis un système de notation afin de faciliter notre choix, le score finale est la somme des rapports
des trois indicateurs par rapport à la variante initiale.
Conductivité
(W/m/K)
NRE
(MJ/m2)
GWP
(kg CO2-eq/kg)
IDE
(MJ/m2)
Score
(-)
Laine minérale 30 kg/m3 (initial) 0.04 17465 1451 823 3.00
swissporPIR Top023 0.024 18589 1551 761 3.08
swisspor LAMBDA Isolux 031 0.031 17572 1486 790 3.01
XPS 300 0.035 17805 1532 810 3.07
Figure 13 – Analyse de sensibilité des variantes d’isolation des parois extérieures
Après analyse et réflexion, nous choisissions de mettre en œuvre l’isolant "swissporPIR Top023", malgré une
note défavorable, il permet de réduire l’IDE en ayant un impact faible sur les indicateurs environnementaux.
Afin d’anticiper l’objectif finale de réduire l’IDE de moitié, nous décidons d’employer une épaisseur supérieure
à l’épaisseur initiale. Soit une épaisseur de 180 mm, qui nous permet d’obtenir une valeur d’IDE suivante :
)
9.3. PAROIS ENTERREES
Concernant l’amélioration de cette partie de l’ouvrage, aucune analyse de sensibilité n’a été faite. En effet
lorsqu’il est décidé d’appliquer un isolant contre terre, ce dernier doit être résistant au choc (lors du
remblayage) et à l’humidité. Cela réduit drastiquement le panel d’isolant utilisable.
Nous avons donc décidé de se baser sur un détail technique couramment utilisé dans la construction qui
consiste à disposer une couche d’étanchéité contre le mur en béton armé suivant d’une couche d’un matériau
isolant :
- Etanchéité : Sarnafil MTS U = 0.17 (W/m/K) ep. 8 mm
- Isolant : swissporEPS 150 Sol U = 0.03 (W/m/K) ep. 100 mm
Cette disposition nous permet d’avoir une valeur de l’IDE de :
)

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9.4. VARIANTE VITRAGE
Les vitrages sont les premières sources de pertes de chaleurs, améliorer leurs comportements thermiques
permettra de changer notablement les performances énergétiques du bâtiment.
Comme pour les parois, nous effectuons une analyse de sensibilité afin d’aguillé notre choix finale. Pour les
vitrages nous intégrons un critère de prix afin de ne pas employer une technologie très performante dont le
cout est injustifiable dans un projet tel que ce bâtiment d’habitation.
U
(W/m2/K
GWP
(kg CO2-eq/kg)
IDE
(MJ/ m2)
Prix
(CHF/m2)
Score
(-)
2 IV (initial) 3.0 1451 823 81 3
3 IV 2.0 1600 790 107 3.4
2 IV-IR 1.1 1554 750 102 3.24
3-IV-IR 0.6 1600 727 110 3.34
Figure 14 – Analyse de sensibilité des variantes de vitrage
Après analyse de l’étude de sensibilité, nous optons pour les dispositions suivantes :
- Fenêtres et portes fenêtres : vitrage 3-IV-IR cadre en bois 50 mm
- Véranda : vitrage 2-IV-IR cadre métallique + bande coupe pont th.
Nous justifions se choix par la nécessité d’améliorer drastiquement la performance des vitrages dans la zone
chauffée d’où l’emploi de vitrage 3-IV-IR. Tandis que la nécessité d’améliorer le vitrage dans la serre non-
chauffée est moins accrue, il se justifie par la volonté de diminuer les pertes de chaleurs à travers la véranda.
Ces changements nous permettent d’atteindre une valeur d’IDE de :
)
9.5. MODIFICATION DE LA TOITURE
Pour cette partie de l’ouvrage, la type de structure employé pour composer la toiture ne permet un large choix
de type d’isolation.
En effet la mise en œuvre et le risque d’incendie nous pousse à employer un type précis d’isolant, cela justifie
le fait que pour cette zone, nous n’avons pas effectué une analyse de sensibilité. Nous avons orienté notre
choix en s’inspirant des détails techniques couramment utilisé dans la construction pour ce type de toiture.
L’isolant de toiture choisit est :
- Fibre de cellulose (vrac) 20-60 kg/m3 U = 0.052 (W/m/K) ep. 100 mm
Cette modification nous permet d’atteindre une valeur d’IDE de :
)

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9.6. MODIFICATION SYSTEME DE VENTILATION
Concernant le renouvellement de l’air, il s’agit de l’un des axes les plus important que nous ciblons pour
l’optimisation énergétique du bâtiment.
Nous proposons ici l’installation d’une ventilation mécanique qui permettra de récupérer une partie de l’air
chauffer afin de réduire les pertes de chaleur. En effet une ventilation mécanique de rendement 60%, soit la
valeur d’origine proposer par LESOSAI, permettra de réduire les pertes de chaleur dues à la ventilation de
40%.
Cette modification nous permet d’obtenir une valeur d’IDE suivante :
)
Soit une diminution de l’IDE de ~10.6%.
9.7. VARIANTE FINALE
Dans cette partie nous allons commencer par récapituler les modifications apportées à la variante de base
(variante finale) puis nous effectuerons une analyse de l’impact de ces changements.
Tout d’abord il faut noter que les planchers, dalle sur sous-sol, sur rdc et sur 1er, n’ont pas été modifiées.
La liste ci-dessous synthétise la composition des différents éléments de la variante finale du bâtiment le
descriptif des couches va de l’extérieur vers l’intérieur.
Toiture
Extérieur
- Tuile de terre cuite U = 1.00 (W/m/K) ep. 20 mm
- Panneau en bois aggloméré U = 0.11 (W/m/K) ep. 20 mm
- Fibre de cellulose (vrac) U = 0.05 (W/m/K) ep. 100 mm
- Lambris de pin U = 0.14 (W/m/K) ep. 20 mm
Intérieur
Parois hors sol
Extérieur
- Crépis synthétique CEN U = 0.99 (W/m/K) ep. 20 mm
- Plot ciment creux U = 0.70 (W/m/K) ep. 100 mm
- swissporPIR Top023 U = 0.02 (W/m/K) ep. 180 mm
- V-60 3 mm U = 0.20 (W/m/K) ep. 3.5 mm
- Plot ciment creux U = 0.70 (W/m/K) ep. 150 mm
- Enduit au plâtre 10 kg/m3 U = 0.40 (W/m/K) ep. 1.0 mm
Intérieur
Parois enterrées
Extérieur
- swissporEPS 150 Sol U = 0.03 (W/m/K) ep. 100 mm
- Sarnafil MTS U = 0.17 (W/m/K) ep. 0.8 mm
- Béton armé U = 1.80 (W/m/K) ep. 150 mm
Intérieur

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Vitrages
- Fenêtres et portes fenêtres : vitrage 3-IV-IR cadre en bois 50 mm
- Véranda : vitrage 2-IV-IR cadre métallique + bande coupe pont th.
Chauffage
Chaudière à gaz avec rendement de 95%
Ventilation
Ventilation mécanique contrôlée avec taux de récupération de la chaleur de 60%
Cette nouvelle variante implémentée dans le logiciel "Lesosai" nous permet d’obtenir le diagramme de
"Sankey" ci-dessous :
Figure 15 – Diagramme de Sankey variante finale
Il est maintenant possible de calculer l’IDE finale de la variante optimisée :
𝐼𝐷𝐸 𝑛𝑒𝑤 =
194.6
0.95
+
76.3
0.95
+ 120
𝑰𝑫𝑬 𝒏𝒆𝒘 = 𝟒𝟎𝟓. 𝟐 (𝑴𝑱/𝒎 𝟐
)

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En comparant l’IDE de la variante finale à la valeur de la variante initiale :
𝑰𝑫𝑬 𝒏𝒆𝒘 = 𝟒𝟎𝟓. 𝟐 (𝑴𝑱/𝒎 𝟐
) < 𝟎. 𝟓 ∙ 𝑰𝑫𝑬𝒊𝒏𝒊𝒕. = 𝟒𝟏𝟏. 𝟓 (𝑴𝑱/𝒎 𝟐
)
Nous constatons que les modifications apportées à l’ouvrage permettent de réduire l’IDE de ~51%, l’objectif
de réduire l’indice de dépense énergétique de moitié est donc atteint.
10. CONCLUSION
Tout le monde
- Pas aisé d’améliorer les performances énergétique tout en étant économiquement viable
- Suite de l’étude serait de faire une analyse de l’impact sur l’environnement par rapport à la variante
initiale
- Suite de l’étude serait d’effectuer une analyse économique comparé à la variante initiale afin de savoir
si le projet est économiquement viable ou s’il nécessite une subvention.
- A compléter avec idées des autres
11. SOURCES
- GC-445 Building Energétique : Support de cours
- GC-445 Building Energétique : Polycopié Energétique du Bâtiment
- Protocole de l’étude de cas
- Logiciel Lesosai
- Word, Excel, Cadwork
12. REFERENCES
Figure 1 – Plan élévation Nord et Est ................................................................................................................ 3
Figure 2 – Evolution des pressions d’eau de saturation et température (condition normale) ........................... 5
Figure 3 – Evolution des pressions d’eau de saturation et température (condition extrême) ........................... 6
Figure 4 – Evolution des pressions d’eau de saturation et température (avec pare vapeur)............................ 6
Figure 5 – Diagramme de Sankey ouvrage initiale .......................................................................................... 15
Figure 6 – Répartition des apports thermiques................................................................................................ 16
Figure 7 – Répartitions des pertes ................................................................................................................... 17
Figure 8 – Répartitions des pertes thermiques ................................................................................................ 17
Figure 9 – Diagramme de Sankey ouvrage initiale avec ponts thermiques .................................................... 19
Figure 10 – Répartition des pertes thermiques avec ou sans pont thermiques .............................................. 20
Figure 11 – Variations des pertes thermiques ................................................................................................. 20
Figure 12 – Récapitulatif de l’impact des ponts thermiques ............................................................................ 21
Figure 13 – Analyse de sensibilité des variantes d’isolation des parois extérieures ....................................... 22
Figure 14 – Analyse de sensibilité des variantes de vitrage............................................................................ 23
Figure 15 – Diagramme de Sankey variante finale.......................................................................................... 25

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