ENERGIE et DEPERDITION

         Un coefficient C fixe la consommation conventionnelle d'énergie d'un bâtiment pour le chauffage, la ventilation, la climatisation, la production d'eau chaude sanitaire et, pour certains bâtiments, l'éclairage des locaux,

 

 

 

Les coefficients de transmission thermique

 

         Le coefficient U
Coefficient de transmission surfacique d'une paroi : le flux de chaleur à travers un mètre carré de paroi pour une différence de température d'un degré entre les deux ambiances que sépare cette paroi. Plus le coefficient est grand, plus la chaleur transmise est grande; s'exprime en W/m2.°K.

 

                     Le coefficient K
C’est l'ancien coefficient de transmission surfacique d'une paroi. La lettre "K" est remplacée par "U" afin d'être en conformité avec les directives et les normes européennes.

 

         Le coefficient R
La résistance thermique indique la propriété d'une paroi à s'opposer à l'écoulement de la chaleur. C'est l'inverse du coefficient K, elle s'exprime en m2.°K/W.

 

         Le coefficient Ψ ou Y
Coefficient de transmission linéique d'un plancher : le flux de chaleur à travers un mètre linéaire de plancher pour une différence de température d'un degré entre les deux ambiances que sépare ce plancher. Plus le coefficient est grand, plus la chaleur transmise est grande; s'exprime en W/m.°K.

 

Les coefficients G

oG1 : coefficient volumique des déperditions (W/m3 °K) - Uniquement les déperditions au travers des parois sans renouvellement d'air.

oGV : coefficient volumique des déperditions (W/m3 °C) y compris le renouvellement d'air  Les coefficients U

oUbât : coefficient volumique pour le bâtiment

oUp : pour les murs

oUf : pour les planchers hauts et bas

oUw : pour les parois transparentes et translucides

 

 

Le renouvellement d’air
(volume chauffé/taux de renouvellement d'air en vol/h) x 0,34

 

 

Le degré-jours
La valeur de degré-jours de chauffage pour un jour donné est l'écart entre une valeur conventionnelle de la température intérieure (dite température intérieure de base - habituellement 18°C) et la température extérieure moyenne (plus faible) du même jour. Pour une période donnée, c'est la somme jour par jour, de l'écart entre la température intérieure de base et la température extérieure quotidienne moyenne.

 

 

 

 

 

Les unités
L'unité légale de l'énergie est le joule (J).

 

L'unité usuelle généralement employée est le kilowattheure (kWh) qui équivaut à

 3 600 000 J.

La Tep (tonne-équivalent-pétrole) : unité de comptage d’énergie, qui permet de comparer le contenu énergétique de m3 de gaz, de kWh électrique, de stères de bois, à une tonne de pétrole.

La Tep = 10 000 thermies PCI ou 11 620 kWh (41,86 Gigajoules (Gj) )

1 méga-tep (Mtep) = 106 tep

 

 

 

 

 

Les équivalences énergétiques

 

1 tonne de charbon = en moyenne 0,66 tep

106 m3 de gaz naturel = 0,855 tep

1 m3 de bois = 0,25 tep (2 tonnes de bois = 1 tonne de pétrole)

            L’électricité n’est pas comptabilisée de la même façon :

            1 tep ( tonne équivalent pétrole ) vaut 4500 kWh (il faut consommer 1 tep de pétrole pour produire 4 500 kWh électriques dans une centrale thermique)

 

 

 

 

 

 

La consommation maximale : Créf ou "droit à consommer" pour le projet
Pour chaque bâtiment étudié, on calcule le niveau de consommation énergétique autorisé (coefficient Créf) et son niveau de consommation énergétique conventionnel. Coefficient C exprimé en K.W/h d'énergie primaire par an et l'on vérifie :


Coefficient C < ou="Coefficient" créf
Pour déterminer et respecter les niveaux de consommation énergétique (Créf et C), des calculs thermiques sont nécessaires.
Les niveaux de référence et les exigences minimales servent de guides aux prescripteurs : impossibilité d'être inférieurs aux minima et possibilité d'optimiser les choix autour des performances de référence.

 

Les déperditions de référence : Ubât-réf
Passage obligé dans le calcul du Créf, le niveau global de déperdition de l'enveloppe du bâtiment permet de définir la qualité de l'isolation thermique d'un projet.
Le coefficient Ubât-réf (exprimé en W/m².K) représente un coefficient de déperditions moyen du bâtiment :
-Déperditions par les parois (murs, planchers, toitures, baies).
-Déperditions par les liaisons (ponts thermiques des planchers).
Ubât-réf est calculé avec les exigences de référence de ces parois et liaisons. En parallèle, le calcul du coefficient Ubât du projet devra être mené en respectant les exigences minimales.

Prescrire des isolants plus performants conduit à réduire le coefficient Ubât du projet par rapport à son coefficient Ubât-réf. Ceci est favorable au respect de l'exigence C < ou="coefficient" créf.




Coefficient U pour le verre :

 

 

L'évolution du verre s'est accélérée de façon magistrale depuis le début des années 1970.

 


Quelques rappels historiques :

 

sur le plan thermique :

 Il a fallu :

    2000 ans pour passer du coefficient U = 6 à 3,

   40 ans pour passer de 3 à 1,5 et

   quelques années pour atteindre un coefficient U voisin de 1 ( U exprimé en watt/(m².K)

 

 

 

 

Coefficient U pour les murs et toitures :

 

l’inverse des métaux qui sont bons conducteurs de la chaleur, les isolants ne conduisent pas la chaleur.


La résistance thermique d’un matériau isolant est d’autant plus élevée que son épaisseur est grande et que son coefficient de conductivité (lambda) est faible.


La résistance thermique, exprimée en m2.K/W, s’obtient par le rapport de l’épaisseur (en mètres) sur la conductivité thermique λ (lambda) du matériau considéré.


Pour choisir un produit isolant ou d’isolation, on prendra en compte sa résistance thermique R qui figure sur l’étiquette du produit. Plus R est important, plus le produit est isolant.


 

 


 Pour une garantie de la performance et de la qualité : choisir un produit certifié

Les certifications sont :
• pour les produits isolants : ACERMI ;
• pour les produits d’isolation : NF, CSTBat.

La certification ACERMI des isolants complète le marquage CE de ces produits qui est obligatoire depuis mars 2003. Toutes les caractéristiques déclarées sont certifiées : elles sont à minima la résistance thermique avec la conductivité thermique, le comportement à l’eau, le comportement mécanique (et, selon les cas, la réaction au feu).

Pour choisir le produit isolant selon son application dans l’ouvrage, la certification ACERMI comporte les niveaux de caractéristiques selon les normes européennes ou selon le classement ISOLE qui donne l’aptitude à l’emploi du produit.

 

Les produits certifiés sont reconnaissables par l’apposition de la marque sur les emballages.
Les documentations des fabricants reprennent ces éléments et les explicitent pour offrir à l’utilisateur toutes les informations nécessaires pour un choix adapté à leurs besoins.

 

 


 La certification NF ou CSTBat

Ces certifications s’appliquent aux matériaux d’isolation porteurs tels que le béton cellulaire, les briques ou le monomur terre cuite.

La résistance thermique du mur y compris le joint est évaluée et certifiée. Ces certifications comprennent les caractéristiques d’aptitude à l’emploi selon l’application dans l’ouvrage

 

 

 

Plus le coefficient Up est petit, plus les déperditions de chaleur sont faibles :

Donc moins besoin. d'épaisseur de mur pour obtenir une bonne isolation ...

 

 

 

 

Un peu de théorie

Le phénomène de chaleur est en fait une vibration des atomes. Quand un atome est totalement immobile, on dit qu'il est au zéro absolu (dans l'échelle de Kelvin: donc 0 degré Kelvin = -273 degré centigrades). Plus l'atome vibre, plus il devient chaud.

Pour le faire vibrer, il faut lui fournir de l'énergie.

Cela peut être fait de multiples manières:


- par frottement
- en le bousculant par les électrons d'un courant électrique (radiateur, ampoule...)
- en lui faisant absorber des rayonnement électromagnétiques (ne marche que pour certaines fréquences de ces rayonnement: les infrarouges): mettez-vous au soleil !
- en modifiant les assemblages d'atomes, lors de réactions chimiques tels que la combustion (rapprochez-vous du feu, ou faites un effort musculaire, qui provoque une combustion lente des sucres)
- ou encore en cassant le noyau de l'atome (fission nucléaire de nos centrales atomique), ou en fusionnant deux noyaux d'atomes en un seul

 

La quantité d'énergie qu'il faut fournir à une certaine matière pour la chauffer d'un degré est déterminé par une constante appelée capacité calorifique, et notée c.

Par exemple, le plâtre à une capacité calorifique c=830 J/kg.K  , ce qui peut ce lire comme : pour élever d'un degré la température d'un kilo de plâtre, il faut 830 Joules.

1 Joule est équivalent à un watt-seconde, on déduit alors que pour chauffer un kilo de plâtre d'un degré, il faut  consommer 1 kilowatt pendant 0,83 seconde.


Si il n'y a plus d'atome, la chaleur ne peut plus se propager par conduction. C'est comme cela que l'on constitue une bouteille Thermos: on isole le café chaud de l'extérieur par une couche de vide. Mais un atome peut aussi dissiper sa chaleur par rayonnement électromagnétique, et c'est d'ailleurs uniquement ainsi que nous parvient la chaleur du soleil, malgré le vide intersidéral qui nous sépare. Dans une bouteille Thermos, on évite ceci en réfléchissant ces rayonnements vers le café par effet miroir.


La chaleur peut aussi se propager par déplacement des atomes; on appelle cela la convection. C'est ainsi qu'un radiateur électrique traditionnel "grille-pain" communique sa chaleur : une résistance électrique s'échauffe sous l'effet du courant, l'air autour de la résistance s'échauffe par conduction. Un gaz se dilatant lorsqu'il est chauffé (la vibration de chaleur tend à écarter les atomes avoisinants), il devient plus léger que l'air froid environnant, et donc se met en mouvement (convection). Ce radiateur chauffe donc l'air, et notre peau s'échauffe au contact de cet air. Dans le cas d'un radiateur à panneau rayonnant, les infrarouges émis atteignent directement notre peau sans avoir au préalable à chauffer tout l'air de la pièce.

 

 

Les unités

Les paramètres des formules sont exprimés dans les unités suivantes

s : seconde

h : heure

W : Watt : flux d'énergie fournie par une source, ou traversant un matériau

Ws : Watt.seconde: Quantité d'énergie. on multiplie des watts par des secondes.

J: Joule : Quantité d'énergie (unité plus utilisée par les physiciens). 1 joule= 1 Ws

kWh : kiloWatt.heure: quantité d'énergie. 1kWh = 1 000 Wh = 3 600 000 Ws . Par exemple si vous allumez un radiateur de 500w  pendant une demi-heure, EDF va vous facturer 500 x 0,5 = 250 Wh= 0,25 kWh
Donc si on considère un prix de l'électricité de 0,1€/kWh (tarif de base approximatif en 2004, la vraie valeur est 0,1057...), cela vous coûtera 0.025 euros.

°C: Degré Celsius.

°K: Degré Kelvin.

 

 

 

Les constantes

Conductivité thermique λ: capacité d'un matériau donné a transmettre la chaleur par conduction, exprimée en W/m.K

Capacité calorifique c: quantité d'énergie qu'il faut fournir a un matériau pour élever sa température, exprimée en J/kg.K

Densité: poids d'un certain volume de matériaux, exprimé en kg/m3

Matériau

Conductivité thermique λ (à 20°c)

Capacité calorifique c (J/kg.K)

Densité (kg/m3)

Cuivre pur

398

386

2710

Aluminium (duralumin)

169

881

2790

Acier

43

470

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