Travaux dirigés - thermique

Yucheng FENG Colin MIQUET Erwin RENARD

T.D. THERMIQUE

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PRÉSENTATION DU PROJET (1) PLANS ET COUPE AU 1/200 Plan du R+1

La maison, conçue par l’architecte André GIESSINGER en 1960, comportait à la base un magasin de fleurs. Celui ci occupe donc la partie nord du RDC, donnant sur la rue, tandis que la partie sud constitue le garage. Cet étage est donc équipé en fonction : grandes vitrines orientées nord et chambre froide.

Actuellement occupée par un père et ses 3 enfants, le RDC n’est plus un étage de vie : le garage côtoie à présent un espace de stockage de type cave et rangement, le tout chauffé mais de façon maîtrisée, c’est à dire très peu, en accord avec son usage.

Les pièces de vies sont donc au premier étage, auquel on accède via un escalier extérieur à l’ouest. On y trouve le salon au sud, la cuisine et un bureau à l’est, et dans la partie nord 2 cambres et une salle de bain. La terrasse principale est couverte et orientée à l’est, tandis qu’un petit balcon secondaire se situe Plan du R+2 au sud.

Les combles ont été aménagées ultérieurement : en 2005, un an après l’acquisition par ses propriétaires actuels. 2 chambres y ont été aménagées, au sud, une salle de jeux au nord (le tout équipé d’un VELUX par pièce), ainsi qu’une salle de bain.

Plan masse

Plan de l’entresol

Coupe sur le séjour

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PRÉSENTATION DU PROJET (2) FAÇADES AU 1/200 ET PHOTOS

Façade Ouest ENTRETIENT AVEC LES USAGERS : Cette maison est le lieu de vie de 4 personne dont 3 adolescents. Les 2 chambres des combles sont occupées par les 2 plus jeunes enfants.

Du point de vue du père, le confort thermique est de l’ordre du «maîtrisé», du moins en hiver mais pas en été puisqu’ils ne sont pas équipé de climatisation. En dehors des canicules ou des périodes de grand froid, il estime que leur niveau de confort est bon : en hiver un poêle au 1er étage épaule la chaudière gaz à condensation, et ils ferment la porte entre le RDC (peu chauffé car peu habité) et l’étage vécu. En été ils ferment volets et fenêtres pour se protéger de la chaleur en journée, et les ouvrent la nuit pour ventiler. Ils ouvrent également la Façade Sud porte du RDC pour profiter de sa fraîcheur.

Du point de vue des enfants dont les chambres sont sous les combles, il y fait toujours trop chaud en été (elles sont équipées en VELUX sud) et trop froid en hiver, à cause des difficultés à distribuer la chaleur depuis l’étage de vie (et le poêle) vers les combles.

Le petit balcon sud est quasi inutilisé : très étroit, envahi par la végétation, en vis à vis direct avec le voisin sud, les habitants ne s’y rendent que pour cuillir le raisin de la vigne qui y pousse.

Façade Est

Vues aériennes

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CARACTÉRISTIQUE DU SITE ET IMPLANTATION DU PROJET LATITUDE & LONGITUDE DU SITE : Échirolles est situé à 45,1441261° Nord et 5,7118594° Est de Greenwich.

ALTITUDE & CARACTÉRISTIQUES SOMMAIRES DU SITE : Échirolles est à une altitude de 233 m. Le climat est tempéré. L’hiver est rigoureux avec des températures allant jusqu’à -7° et l’été est chaud jusqu’à 37° en 2012. Le massif alpin fait office de barrière au vent d’Ouest. On note un effet de foehn, phénomène météorologique où le vent est entraîné au dessus des montagnes.

COURSE DU SOLEIL AU SOLSTICE D’HIVER ET D’ÉTÉ : 1. Fenêtre étudiée orientée au Sud 2. Diagramme solaire de la fenêtre étudiée

Solstice d’été Solstice d’hiver

Hauteur du soleil en degré 68,5° 21,7°

Lever du soleil 06:15 09:00

Coucher du soleil 20:30 15:55

VALEUR DE LA HAUTEUR DU SOLEIL À MIDI SOLAIRE : La course du soleil est d’Est en Ouest. Le soleil met 4 minutes pour se déplacer d’1°.

5,7118504 x 4 ≈ 22 minutes Il est midi solaire à Échirolles avant de l’être à Greenwich, soit à 12:38 en hiver (GMT+1) et à 13:38 en été (GMT+2). ÉNERGIE SOLAIRE MAXIMALE REÇUE CHAQUE JOUR : Apport Apport énergétique Période Période énergétique global «réel» sans d’insolation d’insolation global brut sans masques sans avec masque (Wh/m²) (Wh/m²) masques masques Solstice 3253 1951.8 8h56 0h00 d’été Solstice 3540 1416 8h33 1h00 d’hiver

Apport énergétique global brut avec masque (Wh/m²) 0

Apport énergétique global «réel» avec masque (Wh/m²) 0

416.5

166.6

Il y a une différence entre les apports énergétiques théoriques et la réalité. C’est pourquoi on soustrait 40% de la valeur théoriques en été et 60% en hiver.

Ces résultats on été obtenus à l’aide du logiciel Audience. Ils sont favorables à la logique du froid. ÉVALUATION DE L’EMPLACEMENT DES ESPACES EXTÉRIEURS PAR RAPPORT AU VENT DOMINANT : À Échirolles, on note une prédominance du vent de Nord/Ouest. Il n’y a pas d’espace extérieur au Nord, par contre à l’Ouest on trouve l’entrée. Elle est protégée des vents par son retrait à l’intérieur du volume. De plus le hall d’entrée joue le rôle d’espace tampon.

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CARACTÉRISTIQUES CONSTRUCTIVES DU PROJET ISOLATION : Mise en évidence de la structure et de l’isolation de l’entresol

Élément de structure, moellon

Mise en évidence de la structure et de l’isolation du R+1

Isolation, laine de verre

Isolation, brique

PONTS THERMIQUES : Un pont thermique correspond à une discontinuité de l’isolation. Dans notre cas, on en observe au niveau des nez de dalle ainsi qu’au niveau des terrasses et des balcons (schémas à gauche). Suite à l’aménagement des combles, l’isolation a été revu afin que le matériau isolant ne soit pas interrompu (schéma à droite).

MATÉRIAUX : Composition du mur Résistance thermique en C°m²/W

Enduit extérieur (ciment) 0,01

Blocs creux de béton 0,19

Briques creuses 0,10

Laine de verre Plâtre cartonné 0,89

Pour connaître la résistance thermique (r) d’un élément à partir de sa conductivité thermique (λ), il faut appliquer la formaule : R = e / λ où e est l’épaisseur du matériau.

Les matériaux sont en série pour la portion de mur étudié. La résistance totale (R) de la paroi s’obtient donc en additionnant les résistances de chaque élément. R = 1,61 C°m²/W La conductance (U) est l’inverse de la résistance. U = 1/R = 0,62 W/C°m² À titre de comparaison la RT 2012 impose une résistance en façade supérieure à 3,7 Km²/W pour la rénovation d’un bâtiment existant. La maison étudiée est donc loin de ces objectifs.

0,03

Résistances superficiellles 0,17 + 0,22

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CONFORT D’HIVER DANS LA PARTIE HABITÉE LOGIQUE DU CHAUD

CAPTER : La majorité des ouvertures est orientée au Sud. Les apports solaires sont captés de manières optimum.

Cependant comme le montre le plan masse et le diagramme solaire, la maison voisine constitue un masque gênant. Elle empêche les apports directs en hiver pendant une bonne partie de la journée (au solstice d’hiver on ne capte qu’une heure de soleil).

STOCKER : L’isolation des murs entre intérieur et extérieur est placée à l’intérieur. Elle prive donc le volume chauffé de l’inertie des blocs de béton. Il n’y a que la dalle et les cloisons de briques qui permettent de stocker un peu d’énergie solaire.

CONSERVER : L’isolation n’est pas efficace. La laine de verre n’est pas très performante et son épaisseur insuffisante. De nombreuses déperditions sont dûes aux ponts thermiques (identifiés dans la page précédente au niveau des nez de dalles et des terrasses).

Le bâtiment est plutôt compacte. Son coefficient de forme (c’est à dire l’aire de l’enveloppe sur le volume) est de 0.39 La surface de captation s’en trouve réduite comme les surfaces déperditives.

Le plan a été bien conçu. Il présente un sas d’entrée qui joue le rôle d’espace tampon (comme le RDC peu habité). La distribution des pièces est raisonnée avec le séjour et la cuisine au Sud et la salle de bain au Nord.

DISTRIBUER : Les espaces sont très cloisonnés comme on peut le voir en plan et il y a peu de communication entre les niveaux (voir coupe ci-sous). La chaleur (et le froid) ne peuvent pas se propager d’une pièce à l’autre.

PRESCRIPTIONS : Pour améliorer le confort en hiver de cette maison, il faudra revoir l’isolation. Une isolation par l’extérieur permettra de réduire les ponts thermiques au niveau des nez de dalles. Le choix de l’isolant sera décisif. Il devra être de bonne qualité et avoir une épaisseur suffisante.

La terrasse pourra être transformé en serre afin de capter un maximum d’énergie solaire et de la redistribuer dans le séjour et la cuisine.

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CONFORT D’ÉTÉ DANS LA PARTIE HABITÉE LOGIQUE DU FROID

PROTÉGER / CONTÔLER : Toutes les ouvertures sont munies de volets extérieurs et rideaux. De plus, les larges dépassées de toitures assurent une protection optimale en été.

Les ouvertures en toitures (les VELUX) sont préjudiciables en été. En effet, elles reçoivent un maximum d’apports solaires non désirés. Les stores intérieurs ne permettent pas de se protéger de ses apports solaires qui sont déjà dans l’enveloppe bâti. ÉVITER : L’isolation intérieure n’est pas optimale pour éviter les apports de chaleur. En effet, le béton (matériaux à forte inertie) s’échauffe car il est en contact direct avec le soleil, puis il restitue cette chaleur à l’intérieur via les ponts thermiques. De plus, des chambres sont situées sous la toiture au sud, particulièrement exposée en été.

Le jardin entourant la maison possède une végétation assurant un ombrage dense en été. L’évapo-transpiration, phénomène naturel d’augmentation de l’hygrométrie par les plantes, régule la chaleur.

DISSIPER (refroidir naturellement) : Le projet n’est pas équipé de système de ventilation mécanique. Cependant, la maison est traversante, et malgré le fort cloisonnement des étages on peut facilement faire circuler l’air naturellement. Par contre l’évacuation verticale de l’air n’est pas facilitée. Les cages d’escaliers sont très fermées et elles ne communiquent pas avec les pièces principales.

MINIMISER : Les propriétaires équipent leurs systèmes d’éclairages d’ampoules basse consommation, et leurs équipements d’électroménager est récent et il est choisi en fonction de leurs performances environnementales.

PRESCRIPTIONS : Il s’agirait de remplacer les VELUX par un dispositif de chien assis permettrait non seulement de gagner en habitabilité (hauteur sous plafond) ainsi que de minimiser les apports solaires intérieurs en été. Les équiper de pare soleil ou autre dispositif de protection extérieur rendrait cette installation plus efficace thermiquement.

Une isolation par l’extérieur améliorera le confort d’hiver comme celui d’été. Elle réduira l’effet des ponts thermiques, vecteurs de chaleur.

Aménager la cage d’escalier en thermo-siphon permettra une meilleure ventilation entre les étages.