Formation Bâtiment Durable · ou air chauffé dans l’ambiance : Ventilation naturelle,...

Bruxelles Environnement

Les différents aspects du confort et le confort thermique

Isabelle BRUYERE

MATRIciel sa

Formation Bâtiment Durable :

ENERGIE

2

Objectifs de la présentation

● Introduire les différents aspects du confort :

notions de qualité de l’air, de confort thermique,

vue et éclairage, acoustique,……

● Définir le confort thermique

● Présenter les mesures passives à mettre en place

pour obtenir un confort d’été optimal sans faire

usage d’un refroidissement actif (“airco”)?

3

1. Introduction : les différents aspects du confort

2. Le confort thermique

● Les paramètres qui l’influencent

● Les indicateurs de confort

3. Assurer le confort thermique

● Assurer le confort d’hiver

● Assurer le confort d’été

► Limiter la demande de froid – Extérieur

► Limiter la demande de froid – Intérieur

► Répondre à la demande de froid de manière peu

énergivore

Plan de l’exposé

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1. Le confort : Enjeu

On passe près de 80% du temps à l’intérieur !

A la maison, au bureau, au magasin, …

Outre l’objectif intrinsèque du confort

objectif économique :

● Productivité au travail

● Limitation de l’absentéisme

● Stabilité des locataires

5

A côté du confort thermique

● Visuel

● Acoustique

● Respiratoire

Les points d’attention &

le lien avec la

consommation d’énergie .

6

1.1. Confort visuel

Qualité de l’éclairage naturel et artificiel

● Surface vitrée

● Position

● Type de vitrage, importance du châssis

● Protection solaire

● Type et répartition des luminaires

● Impact direct sur la consommation d’énergie de l’éclairage

● Impact indirect sur les consommations de chauffage et refroidissement

7

1.1. Interaction entre énergie et confort visuel

● Optimisation des ouvertures pour atteindre une

grande performance énergétique

► Ex : logement, conception pour minimiser les

consommations de chauffage

› Grandes baies au sud capter les apports gratuits

› Baies de plus petite taille au nord limiter les

déperditions

► Impact sur

› Le risque d’éblouissement

› l’autonomie de lumière du jour,

› la répartition de l’éclairage naturel

› la vue

8

1.2. Confort acoustique

Types de bruits en présence dans le bâtiment :

o Les bruits aériens extérieurs :

voitures, avions, tondeuse, voix, musique, etc.

o Les bruits intérieurs

► Les bruits aériens

► Les bruits d’impact (sons qui se propagent au

travers d’un élément constitutif du bâtiment ) : pas,

outils, etc.

o Les bruits générés par les équipements :

ventilation, chaudière, etc.

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1.2. Confort acoustique MESURES ARCHITECTURALES

● L’implantation du bâtiment

► L’agencement des bâtiments, aménagement d’espaces tampons.

● La géométrie des locaux :

► les proportions Hauteur / Longueur / Largeur

● Créer de la masse

► Selon la ≪ loi de masse ≫, plus un matériau est lourd (dense et

épais), plus il isole des bruits aériens, puisque les ondes de l’air

auront plus de difficulté a faire vibrer un élément lourd.

● Déphaser les ondes

► par la création d’un complexe de couches hétérogènes efficace

dans le captage de la globalité des phases du son..

10

1.2. Confort acoustique

PRINCIPES D’ISOLATION ACOUSTIQUE

● Etanchéifier

► le point le plus faible d’une paroi détermine sa performance

d’isolation éviter trou, fissure, passage de canalisation,…

● Désolidariser

► les différents éléments (cloison – plancher, mur – plancher,

canalisation – mur, etc.) au moyen de joints souples, joints de

dilatation, "plots antivibratoires", afin d’éviter la propagation des

vibrations

● Ajuster les surfaces réfléchissantes et absorbantes :

► murs, plafond, sol mais également le mobilier.

11

1.2. Interaction entre énergie et confort acoustique

Energie et acoustique sont compatibles

mais interragissent

● Exemples :

► Matériaux absorbants acoustiques peuvent limiter

l’inertie thermique accessible : faux-plafonds

► Silencieux sur les systèmes de ventilation mécanique

impact sur la consommation des ventilateurs

► Si tous les absorbants acoustiques sont des isolants

thermiques (attention à la performance thermique

reconnue (ATG)!), les isolants rigides et à cellules

fermées ne sont pas des isolant acoustiques

Extérieure : Circulation, industrie, pollen, …

Intérieure ● Les occupants et leurs diverses activités, sources d’eau, de CO2 et d’autres

polluants.

● Le bâtiment lui-même : les revêtements, peintures et vernis, le mobilier, les

plantes également,…

Source : La ventilation et l’énergie – guide pratique pour architectes

12

1.3. Confort respiratoire

Les sources de pollution

Assurer

une bonne étanchéité

une filtration efficace

. 13

Limiter la pollution extérieure

1.3. Assurer la qualité de l’air

Limiter la pollution intérieure par le choix des matériaux

Eviter les polluants physico-chimiques :

► Solvants organiques (colles,

résines), formaldéhyde, agents de

traitement ou conservateurs.

Eviter les bio-contaminants :

► poussières (moquette),

moisissures et champignons

(éviter la condensation),…

(Guide pratique pour la construction et rénovation

durables de petits bâtiments - fiches CSS 08, 09,

10, 11,et 12

● .

Débit :

Homme : 0,5 m³/h au repos et jusqu’à 5 m³/h selon

l’activité

De 30 (RGPT) à 60 m³/h pour assurer la qualité de l’air

► norme Européenne EN13779 : 36 m³/h/personne à 54

m³/h/personne pour une qualité moyenne à excellente

► Logements : norme NBN D50-001

● .

14

1.3. Assurer la qualité de l’air

Renouveler l’air : évacuer les polluants qui s’accumulent dans les locaux (Guide pratique pour la construction et rénovation durables de petits bâtiments - fiche CSS07 : Assurer la qualité de l'air )

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1.3. Ventilation et consommation de chauffage

Consch = 0,34 x qv x DT x h / ch [Wh]

● air préchauffé avant son introduction dans le bâtiment via

système mécanique

● ou air chauffé dans l’ambiance :

Ventilation naturelle, infiltrations

► 0,34 = capacité calorifique de l'air [Wh/m³/K]

► qv = débit d'air neuf [m³/h]

► DTmoy = différence entre la température de l'ambiance et la

température extérieure [°C]

► h = nombre d’heures de fonctionnement [h]

► ch = rendement moyen saisonnier de l'installation de chauffage

16



● Différence de 10 m³/personnes

● De -10°C à 20°C : DT = 30°C

● Env 100 W/personne

● 10 personnes pendant 1 journée de 10 heures 10 kWh

● 1 lampe de 100W pendant 100 heures ou 4 jours

● Ou 3 bains chauds

100 W

17



● Différence de 10 m³/personnes

● De -10°C à 20°C : DT = 30°C

● Récupérateur de chaleur 10 x (1-75%) = 2,5 W/personne

● 10 personnes pendant 1 journée de 10 heures 2,5 kWh

● 1 lampe de 100W pendant 25 heures ou 1 jour

● Ou 1 « petit » bain chaud

100 W

18

1.3. Impact énergétique de la ventilation

-45 kWh/m².an

2. Le confort thermique Définition

● Le confort thermique est défini comme "un état de

satisfaction du corps vis-à-vis de l'environnement

thermique".

19

20

2.1. PARAMETRES INFLUENCANT LE CONFORT THERMIQUE

● métabolisme: production de chaleur interne

au corps humain

● habillement : résistance thermique entre la peau et l'environnement

● température ambiante de l'air

● température des parois

● humidité relative

● vitesse de l'air

Source : Energie+

21

2.1. PARAMETRES INFLUENCANT LE CONFORT THERMIQUE

Mais encore, selon l’approche adaptative :

Influence de l’adaptation climatique, qui relève des domaines :

● Comportementaux

► Réactions conscientes ou inconscientes à une situation ressentie :

Habillement, boissons, déplacement, modification d'horaires (sieste)

● Physiologiques : modification en quelques jours de la

réaction du corps à un même environnement.

► En hiver, température de la peau ou niveau métabolique.

► En été, capacité de sudation, réduction de la vitesse du cœur.

● Psychologiques

► Intolérance aux écarts si l’occupant n’a pas de contrôle.

► Anticipation importante. Un effet de surprise est plus mal vécu qu’une

modification annoncée.

22

2.2 MESURE DU CONFORT THERMIQUE

Le PMV (prediected mean vote) peut être statistiquement lié

à un niveau de satisfaction PPD (Predicted Percentage of

Dissatisfied)

23


Norme actuelle (NBN EN 15251)

● Dans des locaux climatisés, ces catégories

correspondent à des valeurs PMV

24



● Dans des locaux climatisés, ces valeurs PMV peuvent être

assimilées à des températures de consignes

25



● Dans les locaux non climatisés, d’autres plages sont

définies.

● La preuve de leur respect implique une simulation

dynamique ou un monitoring

15°C

20°C

25°C

30°C

35°C

-15°C -10°C -5°C 0°C 5°C 10°C 15°C 20°C 25°C 30°C

Tem

pé

ratu

re o

pé

rati

ve

Température de référence

Limite_sup cat III

Limite_sup cat II

Limite_sup cat I

Limite_inf cat I

Limite_inf cat II

Limite_inf cat III

26



● Ces plages sont utilisables si

► les espaces sont équipés de fenêtres ouvrables facilement

sur l’extérieur et dont l’ouverture peut être ajustée par les

occupants.

► Aucune climatisation ne doit être en fonctionnement. Une

ventilation mécanique d’air non conditionné (en été) peut être

utilisée mais ouvrir et fermer les fenêtres doit être le moyen

essentiel pour la régulation des conditions thermiques.

► D’autres méthodes à basse énergie peuvent exister pour un

contrôle individuel de l’ambiance comme des ventilateurs, des

volets, la ventilation nocturne etc.

27

3.1 ASSURER LE CONFORT THERMIQUE EN HIVER

● Paroi froide

► Isolation en rénovation

► Choix du type de vitrage

Guide Pratique pour la construction durable Fiche ENE02 - DEVELOPPER UNE

STRATEGIE DU CHAUD

On définit une température de confort ressentie

(appelée aussi "température opérative" ou "température résultante sèche") :

T°opérative = (T°air + T°parois) / 2

pour autant que la vitesse de l'air ne dépasse pas 0,2 m/s.

28


● Vitesse et T° de l’air

► Choix des bouches de ventilation

► Chauffage sur l’air dans les bâtiments passifs ou TBE ?

29


Niveau d’humidité de l’air

● zones de confort en termes

d’humidité relative :

► 40 à 60% pour un confort optimal,

► 30 à 70% pour un bon confort

Guide Pratique pour la construction durable Fiche CSS13 –

REDEFINIR LE CONFORT THERMIQUE

30

3.1. Interaction entre confort thermique d’hiver et énergie

Par rapport à 30,3 kWh/m².an avec une consigne de 22°C

Impact des T° de consigne : +27% de demande de chaud

Consommations nettes (demandes d’énergie), pour le projet avec des consignes de chauffage traditionnelles

Chauffage Refroidissement

Total 19.1 23.9

kWh/m²brut/an kWh/m²net/an

36521.8 kWh/an -34.9 -43.6

kWh/m²brut/an kWh/m²net/an

-66715.1 kWh/an

De l’ordre de 7 à 8% de surconsommation pour une élévation de

la température de consigne de 1°C

● Exemple : projet HOPPA

Centre d’hébergement et d’occupation pour

polyhandicapés adultes

à Berchem Sainte-Agathe

31

3.1. Interaction entre énergie et confort thermique

Objectif en hiver pour diminuer la consommation

► capter les apports gratuits

► Éviter les déperditions

Impact en été

► Apports captés = source d’inconfort si mal

gérés en été

► Un bâtiment isolé et étanche ne se rafraîchit

pas naturellement si rien n’est mis en place à

cette fin

Risque de surchauffe

► Risque élevé dans les immeubles de bureaux et les écoles

► Risque plus limité dans les habitations

32

120

62.5

62.5

40

45

12.5

Bâtiment ancien

60

32.530

27.5

30

12.5

Bâtiment réglementaire

15

12.5

30

27.5

30

12.5

Bâtiment très basse énergie

Exemple de répartition des consommations de bâtiments de bureaux

Consommation en énergie primaire

Chauffage

Refroidissement

Eclairage

Equipement informatique

Auxiliaires

Divers

Chauffage

Refroidissement

Eclairage


Auxiliaires

Divers

Chauffage

Refroidissement

Eclairage


Auxiliaires

Divers

Chauffage

Refroidissement

Eclairage


Auxiliaires

Divers

Chauffage

Refroidissement

Eclairage


Auxiliaires

Divers

Chauffage

Refroidissement

Eclairage


Auxiliaires

Divers

83%

X2/3

52% 54%

/ 2

3.2. ASSURER LE CONFORT THERMIQUE EN ETE

● Impact énergétique potentiel d’une climatisation

33

Mesures à mettre en place

● Limiter les apports solaires

► Surface vitrée

► Choix du vitrage

► Protections solaires

● Limiter les apports internes

► Eclairage artificiel

► Bureautique

● Assurer un refroidissement naturel

► Ventilation naturelle

► Géothermie

3.2. ASSURER LE CONFORT THERMIQUE EN ETE

34

● Gains solaires

Gains solaires par ciel

serein en Belgique, à

travers un double vitrage.

3.2. ASSURER LE CONFORT THERMIQUE EN ÉTÉ Limiter les apports solaires

35

Adapter les surfaces vitrées

● Compromis entre

► maximiser la pénétration de la lumière naturelle

► maximiser les gains solaires (logement)

► limiter les charges solaires

► et réduire les pertes par transmission

● 20% de la surface plancher pour apporter l’éclairage

naturel

● Dans le logement vitrage maximal sur la façade sud:

maximiser les gains solaires pendant l’hiver AVEC

protection solaires

● Dans le tertiaire vitrage maximal en façade nord pour

maximiser la pénétration de la lumière du jour


36

Choix du vitrage

Vitrage à contrôle solaire

► Valeurs typiques

› g = 0,10...0,45

› Transmission lumineuse = 0,10…0,45

► Variante : vitrage spectral sélectif

› g = 0,17…0,43


► Également possible pour les rénovations : film de protection

solaire


37

Choix du vitrage

Vitrage à contrôle solaire ► AVANTAGES :

› Bon marché

› Aucun entretien

› Durée de vie importante

› Vue dégagée vers l’extérieur

› Pour les petites rénovations, parfois l’unique solution

► INCONVENIENTS :

› L’effet de reflet peut être ressenti comme gênant

› Moins de gains de chaleur durant l’hiver (incompatible avec le concept passif)

› Eclairage naturel parfois réduit et ce tout au long de l’année


38

Protection solaire extérieure fixe

► Exemples : porte-à-faux, terrasse, auvent, lamelles fixes

► Application : uniquement utile sur la façade sud

► Règle pratique : profondeur horizontale porte-à-faux = 0,7*

hauteur de fenêtre


39

Protection solaire extérieure fixe

► AVANTAGES :

› Bonnes propriétés en termes de protection

solaire

› Permettent les apport solaires gratuits en hiver

› Peu ou pas d’entretien, durée de vie importante

› Frais d’investissement relativement réduits si

intégrées à l’architecture

► INCONVENIENTS :

› Uniquement possible sur la façade sud

› Peu ou pas flexible / réglable

› N’offre aucune protection contre le rayonnement

diffus


● Fraction de l'énergie solaire qui traverse le vitrage

par rapport à l'énergie incidente.

Cette valeur donne le niveau de protection que le

vitrage peut offrir durant l'été, et le niveau de

d'«absorption» d'énergie possible durant l'hiver.

Le facteur g caractérise aussi la capacité d'une

protection solaire à limiter les surchauffes.

Source : Energie+ 40

3.2. ASSURER LE CONFORT THERMIQUE EN ÉTÉ Facteur solaire d'un vitrage (FS ou g)

41

Protection solaire extérieure mobile

● Application sur les façades sud, est et ouest

● Stores

► Manuels ou motorisés

► Protection indispensable contre le vent

► Valeurs typiques :

› g = 0,07…0,40



● Lamelles orientables et mobiles, motorisées

› Protection indispensable contre le vent

► Valeurs typiques :

› Facteur g = 0,15

› Transmission lumineuse = 0,5

42


Protection solaire extérieure mobile

Stores Lamelles orientables

Réglables

Peut également servir de protection contre la lumière (anti-éblouissement)

Solution la moins chère pour une

protection solaire mobile

Chères à l’achat

Sensible au vent Moins sensible au vent

Grande plage dans les valeurs g Valeur g réglable

Faible transmission de lumière si la valeur

g est basse

Grande pénétration de la lumière en

combinaison avec une faible pénétration de

chaleur

Peu de transparence possible Excellente visibilité vers l’extérieur

Entretien :

remplacement des moteurs remplacement des moteurs

+ nettoyage des lamelles

43

Régulation de la protection solaire

► Très important dans les bâtiments tertiaires

► Commande possible sur base des éléments suivants :

› Température intérieure

› Valeurs Lux à l’extérieur

› Intensité solaire à l’extérieur [W/m²]

► Sécurités

› Sécurité contre le vent

› Sécurité contre le gel

› Laveur de vitres

► Permettre l’intervention manuelle (« overrule », dérogation)


44

Protection solaire intérieure

► Quasiment aucune propriété de protection contre la

chaleur

► Possède uniquement des propriétés de protection contre

la lumière (éblouissement)


45

Protection solaire naturelle

► Utiliser les propriétés de protection solaire des arbres, des

haies, etc.

► Contrôle impossible

► Aucune protection solaire à l’entre-saison

► Apports solaires gratuits en hiver

► Non recommandée pour les applications tertiaires


46

Protection solaire sur la façade nord?

► Normalement inutile

► Dans un environnement à forte urbanisation, un bâtiment

à proximité peut réfléchir la lumière du soleil. Dans ce cas,

une protection solaire doit également être prévue sur la

façade nord


47

Limiter les apports thermiques dus

à l’éclairage artificiel

● Puissance installée

● Régulation

► Dimming en fonction de la lumière du jour entrante

► Détecteur de présence / absence

3.2. ASSURER LE CONFORT THERMIQUE EN ÉTÉ Limiter les apports internes

Limiter les apports thermiques dus

à la bureautique

● Puissance installée : 15 W/m² au maximum pour les

bureaux

● Éviter que des appareils restent inutilement allumés :

régler la position de veille

48

Plus on isole, plus le lien est difficile à faire entre T°

extérieure et besoins de chauffage / refroidissement

8 – 13°C extérieur

4 – 17°C extérieur

Plus on isole, plus on peut valoriser le froid de l’air

3.3. ASSURER LE CONFORT THERMIQUE EN ÉTÉ Assurer la demande de froid de façon naturelle


49

Ventilation intensive - principe

► Organiser une perméabilité

contrôlable de l'enveloppe

fenêtres,

grilles,

ventelles, …)

pour rafraîchir gratuitement le

bâtiment avec l'air frais extérieur

(typiquement 4 à 8 vol/h)


50

Exploiter l’inertie thermique du bâtiment (accessible !) :

la ventilation intensive de nuit va refroidir l’air intérieur + la

structure.

51

Ventilation nocturne

► Limites

› Possibilité de courants d’air et de nuisances

acoustiques

› Protection de la vie privée & sécurité contre les

cambriolages (ouvertures sécurisées)

› Uniquement possible si la masse thermique est

suffisante (et disponible)

› Collaboration des occupants (efficacité limitée) OU

motorisation des ouvrants

► Ventilation de nuit via le groupe d’air ?

› peu optimal : uniquement quand il n’y a pas d’autre

solution

› Consommation relativement élevée de ventilateurs


http://www.habitos.be/scripts/photo_redir.asp?ph_id=385

52

Puits canadien

► Synonymes : échangeur de chaleur géothermique,

échangeur de chaleur sol/air, puits provençal

► Principe de fonctionnement :

› la température dans le sol est relativement stable

› en été, l’air est légèrement refroidi

› en hiver, l’air est légèrement préchauffé

► Exécution :

› Placement à une profondeur de +/- 2 m

› Longueur +/- 50 m

› Pente 2%


53

Puits canadien

► Limitation des pics de température en été

► Peu d’économie en hiver si récupérateur de chaleur

sur le DF

► Risque de formation de moisissure et stagnation

des eaux de condensation

› Une bonne exécution est importante !

› Prévoir une pente correcte

› Finition lisse de la paroi intérieure indispensable

► Encombrement

► Long temps de retour (travaux de terrassement

onéreux)


54

Stockage géothermique

► Échangeur géothermique vertical ou horizontal

(unifamilial uniquement)

► Combinaison avec une pompe

à chaleur

► Profondeur 20 à 150m

► Extraire la chaleur en hiver

► Injecter la chaleur en été

● Limites

► Caractéristique du sol

► Demande de froid = demande de chaleur


55

Ce qu’il faut retenir de l’exposé

● Notion de confort va plus loin que le confort thermique

● Le confort thermique est une notion complexe qui ne peut

être limitée à une consigne de température.

● Des mesures passives peuvent être prises pour

► Assurer le confort thermique

► OU limiter les besoins/consommations de froid

● Le refroidissement passif n’est possible qu’en

combinaison avec ces mesures passives

● Les normes actuelles intègrent des perceptions différentes

du confort selon le type de stratégie de contrôle mise en

œuvre.

● La preuve a priori du respect d’exigences de confort fait

désormais partie des missions des concepteurs.

56

Outils, sites internets, etc… intéressants : ● Données documentées sur le site de Bruxelles-environnement :

www.bruxellesenvironnement.be

● Déoux S. et P., L’écologie c’est la santé, Editions Frison-Roche, Paris,

1993

● Roulet C.- A., Santé et qualité de l’environnement intérieur dans les

bâtiments, Presses polytechniques et universitaires romandes,

Lausanne, 2004

● F.Simon, JM.Hauglustaine, « La ventilation et l’énergie - guide

pratique pour les architectes », Ministère de la Région Wallonne, 2001

Textes officiels et normatifs :

● Règlement Général pour la Protection du Travail, consultable sur le

site du Service Public Fédéral Emploi, Travail et Concertation Sociale:

http://meta.fgov.be

● Projet de norme européenne prEN 15251 « Criteria for the Indoor

Environment including thermal, indoor air quality, light and noise »

http://meta.fgov.be/

57

Références Guide Bâtiment durable :

Fiche G_WEL00: Le bien-être, le confort et la santé dans les

bâtiments durables

Fiche G_HUM02 Concevoir un bâtiment accessible à tous

Fiche G_WEL01 Assurer le confort acoustique

Fiche G_WEL03 Assurer le confort visuel au moyen de la

lumière naturelle

Fiche G_WEL05 Assurer le confort respiratoire au sein du

bâtiment durable

Fiche G_WEL04 Eviter les polluants intérieurs

Fiche G_WEL02 Assurer le confort thermique au sein du

bâtiment durable

Fiche G_HUM01 Favoriser les opportunités d'échange

entre les occupants du bâtiment et leur voisinage / au

sein du bâtiment

o Energie+:

http://energie.wallonie.be/energieplus/

entree.htm

Outils, sites internets, etc… intéressants :

58

o Alter-clim : outil d’aide à la

conception de locaux refroidis

naturellement :

www.bruxellesenvironnement.be/

Soussites/alter_clim

o Elisabeth Gratia, AMCO2361 – Physique appliqué au bâtiment – notes de

cours,Université catholique de Louvain, consultable en ligne à l’adresse

http://wwwenergie2.arch.ucl.ac.be/

http://energie.wallonie.be/energieplus/entree.htm

http://energie.wallonie.be/energieplus/entree.htm

http://www.bruxellesenvironnement.be/Soussites/alter_clim

http://www.bruxellesenvironnement.be/Soussites/alter_clim

59

Contact

Isabelle BRUYERE

MATRIciel sa – gestionnaire de projet

Place de l’Université, 25 – 1348 Louvain-la-Neuve

: 010/24.15/70

E-mail : [email protected]

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