1. Exemple d’un calcul du coefficient k.
•Blocs pleins de béton (600 kg/m³):
ep.= 14cm - λ = 0.24 W/mK
•Laine minérale:
ep.= ?cm - λ = 0.04 W/mK
•Couche d'air moyennement
ventilée:
ep.= 3cm - Ra = 0.08 m²K/W
•Parement en briques (1800 kg/m³):
ep.= 9cm - λ = 1.1 W/mK

2. Les transferts de chaleur dans les
bâtiments
•Notions de base.
•Les trois modes de transfert de chaleur.
•Le bilan thermique d ’un bâtiment.
•Les pertes thermiques par transmission.
•Les pertes thermiques par ventilation.
•Les pertes thermiques par rayonnement.
•Les gains solaires.
•Les gains internes.
•La réglementation thermique.

3. 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.

4. 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.

5. 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).

6. Les gains solaires.
Le rayonnement solaire reçu par un bâtiment dépend
•du climat et de ses variations journalières et saisonn.
•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

7. Les gains solaires.
Influence de l’orientation

9. 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

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

11. Facteur solaire
vitrage
clair
ext.
100
8
6
int.
84
2 86
vitrage
absorbant
ext.
100
5
37
vitrage
réfléchissant
int.
ext.
100
45
13
int.
58
39 12
46
3
49

12. 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.

13. 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
Gris au gris foncé
Vert, rouge et brun
Brun au bleu
foncé
Bleu foncé au noir
0,25 à 0,40
0,40 à 0,50
0,50 à 0,70
0,70 à 0,80
0,80 à 0,90

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

15. 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

16. Les gains internes.

17. 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
Logement
Bureaux et écoles
Construction neuve
K55 ou Be 450
valeurs k max
K65
Valeurs k max
Transformation avec
changement
d’affectation
K65
Valeurs k max
K70
Valeurs k max
Transformation sans
changement
d’affectation
Valeurs k max
Valeurs k max

18. Valeurs des coefficients kmax
Eléments de la superficie de déperdition
Fenêtres et autres parois translucides, portes
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
Toiture entre le volume protégé et l'ambiance extérieure ou
ensemble de plafond + grenier + toiture
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
Paroi mitoyenne :
entre deux volumes protégés ou entre appartements
kmax
(W/m²K)
3.5
0,6
0,9
0,9
0,4
0,6
0,9
1,2
1

20. 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.

21. Tableau K
Tableau 1 BE

22. 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.

23. 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.

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

25. 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

26. Calcul du facteur d ’ombrage f1.
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.

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

28. Calcul du facteur d ’ombrage f2.
Façade
N
E
S
W
θ
moy (°)
12
15
11
12

29. 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

30. 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

31. 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).

32. 

Degrés - jours équivalents
en novembre :
10,5 °C x 30 j = 315 dj
Température moyenne
extérieure : Θ
em
Température de
confort : Θ
im

Température sans
chauffage (avec
apports solaires) :
Θ
sc

Effet des gains
internes :
Température de
non-chauffage Θ
nc
Saison de chauffe
20
°C
15
10,5 °C
10
Degrésjours éq.
en nov.
5
0
Θ
im
Θ
nc
Θ
sc
Θ
em
30 jours
J A S O N D J F M AM J

33. 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

34. 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

35. 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

36. La température.

37. La température.
Influence directe
Influence indirecte

38. La température.

39. L’ensoleillement.
Influence directe

40. L ’ensoleillement.
Influence directe

41. L ’ensoleillement.
Influence directe

42. L ’ensoleillement.
Influence indirecte.

43. Le vent.

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

45. Simulations avant conception
⇒
impact de différents scénarios
éviter un mauvais scénario
Connaître les performances énergétiques d’un
bâtiment nécessite des modèles complexes.
Développement de l’informatique ⇒ milliers de
modèles.
But premier : nouveaux algorithmes, nouvelles
méthodes, résultats précis..
Actuellement, effort pour rendre ces outils utilisables
Outils développés si rapidement ⇒ difficile à suivre et à
comprendre

46. Problèmes posés lors de l’utilisation des outils
•nécessité d’avoir une bonne connaissance en
thermique
•connaître les hypothèses
•choix des conditions initiales et des conditions
frontières
•nature aléatoire de certains imputs
⇒ fournir une réponse dynamique
•Outils spécifiques
•Outils globaux
•Outils destinés à l’enseignement

47. Outils spécifiques
• phénomènes de transfert dans les parois opaques.
• transferts de chaleur dans les surfaces vitrées.
• phénomènes de transfert de masse (ventilation,
infiltration):
• problèmes du contrôle solaire
• microclimat autour du bâtiment
• lumière et éclairage naturel dans les bâtiments
• systèmes.
• composants solaires passifs.
• “ passive cooling ” et composants.
• confort thermique.
• traitement des données climatiques et solaires.
• qualité de l’air
• “ post-evaluation ” des performances d’un bâtiment

48. Modèles.
Méthode statique - régime permanent ou stationnaire.
•Unizone (méthode des degrés-jours, K-BE)
•multizone (LPB4)
Méthode dynamique - régime dynamique
•unizone (SOLPA1)
•multizone (TRNSYS - MBDS)

49. méthode des degrés-jours équivalents.
DCC = [ ( ks × A) + ( 0.34 × β × V ) ] × DJéqu × 24 × 3600
i=n
DJéqu = ∑ ( Tnc − Tsc ) i
i =1
Gi
Tnc = Ti −
P
mois
Janvier 67
Février 72
mars 67
Avril 62
Mai 60
Juin 60
G/Go
0,53
0,55
0,59
0,56
0,66
0,67
G

Tsc = Te +  R × 
G0 

mois
Juillet 58
Août 62
Septembre 58
Octobre 67
Novembre 68
Décembre 75
G/Go
0.63
0.62
0.69
0.56
0.50
0.52
Mois
Janvier 67
Février 72
Mars 67
Avril 62
Mai 60
Juin 60
Juillet 58
Août 62
Septembre 58
Octobre 67
Novembre 68
Décembre 75
R
2.3
3.8
5.6
7.1
7.9
8.2
8.1
7.5
6.5
5.5
3.6
2.1