Méthodes de diagnostic

Applicables aux bâtiment et leurs occupants

Buts des mesures

Analyse statistique du parc immobilierAnalyse détaillée du bâtimentMise en serviceContrôle de fonctionnementRecherche des causes d'un problèmeRecherche scientifique

Prestations aux usagersBien être des occupantsEnvironnement (météo)Bâtiment dans son ensembleEnveloppe du bâtimentSystèmes énergétiques

OBJECTIFS OBJETS

Diagnostic et rénovation

Diagnostic de l'état existant Méthodes de mesurage Méthodes d'analyse

Elaboration de scénariosAnalyse des scénarios

Fonction: confort, qualité d'environnement intérieur

Energie, impact environnementaux Coûts: investissement, exploitation

La mesure donne la réponse

Un problème bien posé est déjà presque résolu.Il est essentiel de comprendre ce qui se passe. L’instrument de mesure, lui, ne comprend rien et raconte ce qu’il veut

mais quelle est la question?

Pour une mesure réussie

1. Définir l'objectif de la mesure: quelle est la question?

2. Quelle information faut-il pour y répondre?3. Comment acquérir cette information?4. Comment interpréter cette information?5. Définir les outils d'acquisition de l'information6. Planifier la mesure7. Faire la mesure8. Interpréter

Mesures de température

Très courante, nombreuses applications

Transfert de chaleur

Conduction

Convection

Rayonnement

Evapo-condensation

TempératureAgitation aléatoire des molécules et atomesÉnergie d’agitation proportionnelle à la température absolue T [K]Échelle Kelvin: point triple de l’eau à 273.16 KÉchelle Celsius: entre la glace fondante et l’eau bouillante Échelle Fahrenheit: entre  très froid et la température corporelle

Thermomètres

Dilatation des gaz, des liquides et solidesVariation de résistance électriqueThermocouplesRadiomètresÉnergie du bruitFréquence de résonanceVitesse du sonetc.

Mesure de température

On ne mesure que la température du thermomètreObjectif: donner au thermomètre la température du corps à mesurer, par:

immersion totale et prolongée bon contact thermique éviter les flux de chaleur parasites

Cas spécifiques

Température de l’airThermostats

Mesure de l’humidité

Courante, facilement mal interprétée

HygromètresHygromètre à cheveux

courant, bon marché, à entretenir

Hygromètre capacitif électronique, a ré-étalonner régulièrement

Psychromètre robuste, reproductible, peu sensible

Point de rosée précis mais très cher

Dessiccation et pesée simple et précis, mais laborieux

Mesure de consommation d ’énergie

Essentielle à une utilisation rationnelle de l'énergie

Mesure de consommation d'énergie

Electricité, gaz, chauffage à distance: lire le compteur

Mazout: Sonder la citerne Installer un débitmètre Compteur d'heures de brûleur et litrage

Combustibles solides: peser

Indice de Dépense d'Énergie

MJ/m²chaufféplancher de brute Surface

énergied' annuelleon ConsommatiIDE

Norme SIA 180/4

IDE en Suisse

0%

5%

10%

15%

20%

25%

30%

35%

0 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000 2250 2500IDE

Immeubles CHVillas CHEcoles CHHopitaux CH

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 gazVillas F fioulVillas CH

Interpréter l'IDE

< 160 MJ/m² Bravo: maison Minergie®

< 300 MJ/m² Difficile de faire mieux!400-800 MJ/m² Mérite une étude> 800 MJ/m² Nécessite une étude!!

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]

Signature énergétique

Mon installation de chauffage fonctionne-t-elle correctement?

Signature énergétique

0

100

200

300

400

500

600

700

-10 0 10 20 30Température extérieure [°C]

Pui

ssan

ce [

kW]

P P = P0 - Hg

Pente Hg

P0

lim

Signature énergétique et bilanBilan thermique moyen: P = H · (i - e) + Pa- AeIs

Signature

Par identification:

Po= H · i + Pa- Ae Is

H = Hg

Consommation : E = [Po - Hg (i - e)] t

P = Po - Hg · e

Thermographie

La radiographie thermique

Thermographie

0

2

4

6

8

10

12

0 50 100 150 200Température [°C]

Bril

lanc

e 10

-40

[m

W/m

²]

Thermocaméra - Schéma

Lentille en

silicium

Miroir de balayage

Détecteur refroidi

Thermocaméra - Schéma

Lentille en

silicium

Matricebolométriqu

e

Ponts thermiques

Humidité

Thermographie: ponts thermiques

1°C 11°C

Th

erm

og

rap

hie

:Fa

çade d

'un

bâti

ment

Thermographie: étanchéité à l'air

Pression normale Dépressurisation

Isolation thermique

Vérification en cas de litigePas si facile que ça!

Coefficient de transmission thermique

Calcul d'après les plans de détailSondage (trou et endoscopie, carottage)Mesure fluxmétrique

)( eiUq )( ei

qU

En régime stationnaire

Flux-mètre ou boîte chaude

Thermomètre différentiel

Plaque de matériau

20 à 300 mm de diamètre ou de côté

2 à 5 mm d'épaisseur

Contrôleur

i

bc

Pose des capteurs

En saison de chauffage, période stableEndroit représentatifLoin des sources de chaleur, à l'ombreBien plaqué, pâte de contactPlaque de gardeMesurer les températures de surface

Enregistrements obtenus

-10

-5

0

5

10

15

20

25

0 50 100 150 200Temps de mesure [h]

Tem

péra

ture

[°C

] et

flu

x [W

/m²]

0.15

0.16

0.17

0.18

0.19

0.20

0.21

0.22

U [

W/(

m²K

)]

Temp. Int.

U

q

Temp. ext.

Coefficient U: interprétation

Valable en régime stationnaireCe régime n'existe pas en pratiqueMéthode de la moyenne

)( ei

qU

Méthode d'identification dynamique

)( ei

qU

Précision et durée de mesure

-0.2-0.1

00.10.20.30.40.50.60.7

0 10 20 30 40 50 60

Tran

smitt

ance

ther

miq

ue [W

/m²K

] .

Durée de la mesure [jours]

Dynamique

Moyenne

Bien être des occupants

Le but du bâtiment!

Bien être des occupants

Question importanteExaminer rapidementSouvent plusieurs causesLes occupants suggèrent parfois des causes erronées

Plaintes et causes possibles

Température trop basse

Chauffage mal réglé ou en panne.Thermostat mal réglé, en panne, ou non accessible à l'occupant.Puissance de chauffage insuffisante, ou utilisée par ailleurs.Réseau de distribution du chauffage mal équilibré.Enveloppe perméable à l'air, courants d'air.Isolation thermique insuffisante.

Température trop haute

Thermostat mal réglé, en panne, ou non accessible.Protections solaires insuffisantes ou mal utilisées.Réseau de distribution du chauffage mal équilibré.Installation de refroidissement en panne.

Plaintes et causes possibles

Air trop secTempérature trop élevée.Aération trop forte en hiver, enveloppe trop perméable à l'air.Polluants dans l'air (formaldéhyde ou autres VOCs, poussières).

Air trop humide

Aération insuffisanteTrop d'humidification

Odeurs gênantes

Siphons d'égouts secs: les remplir d'eau régulièrementCadavres d'animaux dans des espaces inaccessiblesManque d'étanchéité entre appartements.Circulation d'air non prévue dans canaux de ventilation.Odeur de certains matériaux (colles, etc).

Plaintes et causes possibles

Moisissures Isolation insuffisante: moisissures sur les ponts thermiquesAération insuffisante: air trop humide.

Courants d'air

Enveloppe trop perméable à l'airParois froides par manque d'isolation, grands vitragesBouches d'air mal placées ou mal orientées

Bruits gênants

Le niveau de bruit est effectivement trop élevéLe bruit est faible, mais nettement audible.Dans tous les cas, identifier la source et y remédier si possible.

Syndrome du bâtiment malsain

Série de symptômes atypiques ressentis parfois par une large part des occupants de bâtimentsSelon l'OMS, 30 % des immeubles dans le monde présenteraient le sick building syndrom, le "syndrome du bâtiment malsain"La climatisation et la pollution intérieure sont souvent accusés d'en être les causesToutefois, pas de relation claire de cause à effet: probablement plusieurs causes

Syndrome du bâtiment malsainListe des symptomes

Les plus fréquentsYeux secsPeau sècheNez bouchéGorge sècheMal à la têteApathie, fatigue

Autres symptomes observésYeux larmoyantsNez coulantPoitrine oppresséePeau irritée, éruptionsSymptomes de grippe

Si le symptôme s’améliore pendant les jours d’absence, il est attribué au bâtiment

BSI : Building Symptom Index

Questions du type:

Durant les derniers 12 mois, avez-vous eu plus de deux épisodes d':yeux secs Oui NonCochez une case s.v.p.

Si "oui", vous sentiez-vous mieux en dehors du bureau?

Nombre moyen par occupantNombre moyen par occupant de symptomes de symptomes

attribuables au bâtiment.attribuables au bâtiment.

BSIBuilding symptom index

Building Related Illness

Maladie dont les causes sont clairement dans le bâtimentExemple: legionellose, maladie des humidificateurs, irritations par des polluants bien identifiés, etc.A distinguer du SBS

Symptomes - logements

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

Leth

arg

y,

tire

dness

Sneezin

g

Blo

cked

nose

Headaches

Dry

thro

at

Runny

nose

Dry

eyes

Wate

ry

eyes

BSI Logements

0

10

20

30

40

0-0

.4

0.4

-0.8

0.8

-1.2

1.2

-1.6

1.6

-2

2-2

.4

2.4

-2.8

2.8

-3.2

3.2

-3.6

3.6

-4 4-

Brs 10:

0%

20%

40%

60%

80%

100%

Symptomes - bureaux

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%Leth

arg

y,

tire

dness

Headaches

Dry

eyes

Dry

thro

at

Wate

ry

eyes

Blo

cked

nose

Runny

nose

Irrita

ted

skin

BSI Bureaux

0

5

10

15

20-0

.4-0

0-0

.4

0.4

-0.8

0.8

-1.2

1.2

-1.6

1.6

-2

2-2

.4

2.4

-2.8

2.8

-3.2

3.2

-3.6

3.6

-4 4-

BSI

0%

20%

40%

60%

80%

100%

Étanchéité de l ’enveloppe

Pour une bonne aération, bien contrôléeIndispensable à une haute performance

Pressurisation

Mesure de pression

Mesure de débit

Pressurisation

0

200

400

600

800

1000

0 20 40Pression [Pa]

Déb

it m

³/h

5.8

6.0

6.2

6.4

6.6

6.8

7.0

2.0 2.5 3.0 3.5Log(pression)

Log

(déb

it)

Relation débit(pression)

ExposantnpDV

Coefficient de débit

21

Δ2

nL pDA

Aire de fuite équivalente

Etanchéité de l'enveloppe

enveloppel' de Aire

Pa 4 sousDébit téPerméabili 4

4, e

a A

Vv

SIA 180

Critères de perméabilité

ventiléVolume

Pa 50 sousair d'Débit Pa) 50=(50

V

pΔVn

e

n

eL

A

A

V

A

V

n

v2,0

50

4

50,

4,

Ancien critère:

enveloppel' de Aire

Pa 4 sousDébit 44,

ea A

Vv

Nouveau critère:

Relation de passage:

Mesure des débits d’air

Il y a-t-il assez d’air?Passe-t-il au bon endroit?

Mesures de débitAnémomètre (Pitot, fil chaud)

longue conduite rectiligne (10 diamètres) profils en travers

Pression (débit) sur les filtres filtres propres, caractéristiques connues

Vitesse de rotation et pression différentielle des ventilateurs

turbulences

Gaz traceurs

Gas traceur?

Pour mesurer le débit d'un fleuve les biologistes et les géologues utilisent des colorantsPour l'air dans les bâtiments on utilise des gaz traceurs

Mesure de débit par dilution

Injection

DilutionAnalyse C

qQ

Propriétés idéales des gaz traceurs

Ni inflammable ni explosifNon toxiqueDensité proche de l'airFacilement détectableBasse concentration dans la naturePas absorbé

Tracer decay, I = 0

t

M

QtCC ioexp)( 0

ion Q

M

Exponential decay if Qio = constant

n

Nominal time constant

Tracer decay, I = 0

Average airflow rate during t

Ln(C)

t

)(

)(ln

ttC

tC

t

MQio

Constant injection rate

ionio Q

It

Q

ItCC

exp)( 0

C

IQio

If Qio is constant , and t n

This method under-estimates Q if not constant

ioQ

I

Constant concentration

0 oiio CCQI

C

I

CC

IQ

oiio

The concentration is kept constant with an appropriate controller.Its time derivative is zero and:

Hence

Expensive instruments but ideal for multi-zone applications and to follow airflow rate changes.

Pulse injectionFor measurement of airflow in ducts only.Uses the integral mean value theorem:

0

)()()()(t

to

dttCQdttQtCM

If the air is sampled at constant rate Qs, a mass m of tracer is collected in the sampler, and:

M

mQQ s )'()(

Gas utilisables par CESAR IV

SF6 Hexafluorure de soufre20 ppm

N2O Protoxyde d'azote100 ppm

CF3Br Halon R1320 ppm

CO2 decay

nL nL1 0.102 ± 0.001

2 0.067 ± 0.000

3 0.122 ± 0.001

4 0.116 ± 0.001

5 0.088 ± 0.001

Mise en service de la chaufferie

Cahier des chargesTempérature de l'eau chaude (40 °C<ecs< 55°C)

Réglage du brûleur, litrage du brûleur, mesure du rendement de combustionPertes de maintien en températureEquilibrer le réseau de distribution

Mise en service: Ventilation

Mesurer les débits d'air: Air pulsé Air extrait Recirculation Exfiltration ou infiltration

Détecter les fuites

Exploitation

Suivre la consommation, signatureTempératures:

FuméesEau de chauffageEau chaude sanitaire

Informer les consommateurs

Contrôle permanent de chaufferie

Compteur d'électricitéTempérature des fumées Température de chaudièreTempérature d'eau de chauffage aller et retourTempérature d'eau chaudeCompteur d'heures de fonctionnement du brûleurDébit de mazoutTempérature extérieure, DH mètre

Mesure de l'inertie thermique

Température d'air en été