Le document présente un cours sur l'énergétique du bâtiment, abordant des sujets tels que le confort des occupants, le bilan thermique, les installations techniques et l'optimisation économique. Il détaille également les méthodes de calcul de l'énergie grise et les stratégies pour minimiser la consommation énergétique tout en garantissant le bien-être. Les participants apprendront à évaluer et à améliorer l'efficacité énergétique des bâtiments à travers divers concepts et techniques.

1. EPFL, LESO-PB
1
Energétique du Bâtiment
Nicolas Morel (NM)
Laboratoire d'Energie Solaire et de Physique du Bâtiment
(LESO-PB), ENAC
nicolas.morel@epfl.ch
Edgard Gnansounou (EG)
Laboratoire des systèmes énergétiques (LASEN), ENAC
edgard.gnansounou@epfl.ch

2. EPFL, LESO-PB
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Contenu du cours
1 Introduction (NM)
• A quoi sert l'énergétique du bâtiment ?
• Rappels de physique du bâtiment
2 Les besoins de l'occupant, confort (NM)
3 Bilan thermique d'éléments du bâtiment (NM)
4 Bilan thermique du bâtiment (NM)
• Déperditions par transmission et ventilation
• Gains internes et solaires
• Bilan
• Calcul dynamique
5 Installations techniques
• Installations et conversion énergétiques (EG)
• Systèmes de réglage automatique (NM)
6 Optimisation économique (EG)
7 Diagnostic (NM)
8 Synthèse, interactions

3. EPFL, LESO-PB
3
Objectifs du cours
 Calculer le bilan thermique d'un bâtiment,
déterminer ses faiblesses
 Proposer des améliorations énergétiques
 Dimensionner les installations techniques
Vous pourrez:
Pour garantir le confort et le bien être des
occupants, tout en assurant une consommation
énergétique la plus faible possible

4. EPFL, LESO-PB
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Energie dans le bâtiment
 Chauffage
 Refroidissement
 Aération, ventilation
 Eau chaude (et froide)
 Transports (escalators, ascenseurs)
 Eclairage
 Communications
 Production de biens
 Autres appareils

5. EPFL, LESO-PB
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Applications de l'énergétique du bâtiment
• Assurer le confort, la qualité de
l'environnement intérieur
• Choisir les mesures constructives appropriées
• Prédire les puissances nécessaires,
dimensionner les installations
• Prédire les consommations

6. EPFL, LESO-PB
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Température
Été Hiver
Hiver Printemps Automne
Bon
bâtiment
Bâtiment
mal adapté
Température extérieure
e
Bâtiment adapté au climat

7. EPFL, LESO-PB
7
Le bâtiment devrait être
au moins
aussi confortable
que l'extérieur

8. EPFL, LESO-PB
8
Indice de Dépense d'Énergie
 
MJ/m²
chauffé
plancher
de
brute
Surface
énergie
d'
annuelle
on
Consommati

IDE
Norme SIA 180/4

9. EPFL, LESO-PB
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Le potentiel d'économies
0 500 1000 1500 2000
Solaire passifs, Minergie
Selon normes actuelles
Selon anciennes normes
Hors norme
Indice de dépense d'énergie [MJ/m²]
0 5 10 15 20 25 30
IDE [litres/m²]

10. EPFL, LESO-PB
10
IDE en Suisse
0%
5%
10%
15%
20%
25%
30%
35%
0 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000 2250 2500
IDE
Immeubles CH
Villas CH
Ecoles CH
HopitauxCH

11. EPFL, LESO-PB
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IDE en France
0%
5%
10%
15%
20%
25%
30%
35%
40%
0 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000 2250 2500
IDE
Villas F elec.
Villas F gaz
Villas F fioul
Villas CH

12. EPFL, LESO-PB
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Evolution de l'IDE en Suisse

13. EPFL, LESO-PB
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Isolation thermique
 Isolation continue, pas de ponts thermiques
Dérogations possibles si confort et salubrité assurés.
2
m
0,2 - 0,4 W/(m²K)
0,3 - 0,4 W/(m²K) 0,3 - 0,6 W/(m²K)
1,5 - 2,4 W/(m²K)

14. EPFL, LESO-PB
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Le beurre et l’argent du beurre!
Confort Énergie
Forte isolation thermique  
Aération adéquate  
Solaire passif  
Installations CVSE bien conçues  
Refroidissement passif  
Éclairage naturel  

15. EPFL, LESO-PB
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Budget énergétique global
 De l'énergie a été consommée pour construire
chaque composant et pour assembler ces
composants en un bâtiment:
 sous forme directe
 sous forme indirecte

16. EPFL, LESO-PB
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Calcul de l'énergie grise
 Méthode statistique: contenu énergétique
proportionnel au coût
 Méthode input-output:
 Méthode du processus
j
i
ij
i p
M
E 


17. EPFL, LESO-PB
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Méthode statistique
Consommation proportionnelle au coût
CH : 6,2 MJ/Fr. ou 1,7 kWh/Fr.
1 m³ de laine de verre à 200.- contiendrait
340 kWh
Pèse 20 kg, donc 17 kWh/kg

18. EPFL, LESO-PB
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Méthode input-output
Besoins en services, énergie, matériaux
A B C D E F G H I
A 4 26 32
B 23 32 44 50
C 1 10 5
D 99 2 24
E 45 33
Produit
j
i
ij
i p
M
E 


19. EPFL, LESO-PB
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Méthode du processus
On suit la chaîne de production
Exemple: laine de verre: 5 kWh/kg, comprenant
Extraction et transport des matières premières
Fusion du verre
Fibrage et collage
Conditionnement

20. EPFL, LESO-PB
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Budget énergétique du bâtiment
 E= ED+EI = ED+Em + Ec + Er + Ed - Erec
 Em = S Vi ei contenu énergétique des divers
matériaux bruts utilisés dans le bâtiment.
 Er énergie de réparation.
 Ec énergie de construction.
 Ed énergie de destruction du bâtiment.
 Erec énergie récupérable après démolition.

21. EPFL, LESO-PB
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Conception globale
 Consommation globale minimale
 Dimensionnement correct
 Homogénéisation et cohérence des efforts

22. EPFL, LESO-PB
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Conception globale
Satisfaire les besoins nécessaires
Minimiser les frais d'entretien et
la consommation
Assurer la fourniture d'énergie,
donc utiliser les sources
renouvelables
Eviter la saturation des réseaux

23. EPFL, LESO-PB
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24. EPFL, LESO-PB
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Capacité thermique
 Chaleur
 énergie liée à l'agitation aléatoire des molécules
 agitation thermique se mesure par la température [K] ou [°C]
 chaleur se mesure par l'augmentation de température
 Capacité thermique
 pour chauffer une masse m [kg] d'un matériau de chaleur spécifique
c [J/kg K], de la différence de température Dq [K], il faut une
quantité de chaleur Q [J] donnée par l'expression:
Q = m · c · Dq
 le produit C = m · c est la capacité thermique du corps considéré
[J/K]

25. EPFL, LESO-PB
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Modes de transfert de chaleur
 Conduction: transfert de
l'agitation par chocs
intermoléculaires
 Convection: transport de matière
entre zones chaude et froide
 Rayonnement:émission-
absorption de rayonnement
électromagnétique
 Evapo-condensation: évaporation
et condensation

26. EPFL, LESO-PB
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Conductivité thermique
 Conductivité thermique l:
Quantité de chaleur passant en 1
seconde au travers de 1 m² d'une
couche de matériau homogène de 1
mètre d'épaisseur, soumis à une
différence de température de 1 degré
[W/m K]
 Autre définition de l:
q = -l · grad q
(q = densité de flux [W/m2])
 Conductance thermique
unidimensionnelle g:
g = A · l / x [W/K]
P = g · Dq [W] (puissance thermique)
1K
1 m

27. EPFL, LESO-PB
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Rayonnement solaire (spectre)
Spectre du
rayonnement
solaire

28. EPFL, LESO-PB
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Rayonnement solaire (intensité)
 Rayonnement solaire 
 composante directe (les rayons provenant directement du
soleil)
 composante diffuse (les rayons diffusés par l'atmosphère)
 Rayonnement global
 Eg = Edir + Ediff
 maximum environ 1000 W/m2 sur une surface perpendiculaire
au rayonnement solaire, par ciel clair (Ediff représente alors
environ un tiers ou un quart de Eg)
 Edir,h=Edir,perp · cos (z) z = angle zénital
 ciel couvert: uniquement du diffus, distribution isotrope si ciel
très couvert

29. EPFL, LESO-PB
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Angles solaires et temps solaire (1)

30. EPFL, LESO-PB
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Angles solaires et temps solaire (2)
 Déclinaison géocentrique:
d = 23.45° · sin((n-81) ·360/365)
 Temps solaire:
Hs[h] = Hv [h] + DH + Long/15 - F

31. EPFL, LESO-PB
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Angles solaires et temps solaire (3)
 Angle horaire:
w = 15° · (Hs - 12)
 Angle zénithal:
cos qz = sin d · sin f + cos d · sin f · cos w
(f = latitude)
 Angle d'incidence sur un plan quelconque:
cos q = sin d · sin f · cos b - sin d · cos f · sin b · cos g
+ cos d · cos f · cos b · cos w + cos d · sin f · sin b · cos g · cos w
- cos d · sin b · sin g · sin w
(g = orientation du plan, b = pente du plan)

32. EPFL, LESO-PB
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Angles solaires et temps solaire
Relation entre la déclinaison, la latitude et la hauteur du
soleil à midi solaire

33. EPFL, LESO-PB
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Exercice supplémentaire 1.1
 Quelle est la hauteur du soleil à Lausanne le 1er
février à 12 heures (heure légale) ? et à 12 heures
(temps solaire) ?
 Données:
 hauteur du soleil: h = 90° - qz avec qz = angle zénital
 Lausanne est située à une latitude de 46.5 °N et une
longitude de 6.6 °E
 fuseau horaire: +1 par rapport au méridien de Greenwich

34. EPFL, LESO-PB
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Exercice supplémentaire 1.2
 On remplit une boîte cubique de polystyrène expansé (λ = 0.04 W/m
K) de 30 cm d'arête (dimension intérieure) avec de l'eau à une
température de 20 °C. L'épaisseur des parois de la boîte est de 4 cm.
Combien de temps faut-il approximativement pour que l'eau
commence à geler lorsqu'on met la caisse dehors à –10 °C ? Après
combien de temps est-elle complètement sous forme de glace ?
 Hypothèses et données:
 Supposer que l'eau reste à température uniforme lorsqu'elle se refroidit, et que le
mélange eau-glace reste à la température de 0°C jusqu'à la solidification
complète.
 Négliger la couche limite extérieure d'air (la couche de polystyrène est la seule
isolation vers l'air extérieur), et supposer une conduction unidimensionnelle.
 Chaleur spécifique de l'eau 4180 J/kg K, chaleur latente eau-glace 330'000 J/kg
 Indications:
 Ecrire l'équation différentielle de conservation de l'énergie et la résoudre !
 Introduire la constante de temps.