Conception énergétique des bâtiments et équipements HVAC

Le cours CNST-P2302 (60 h) est donné sur les Q1 et Q2 et comprend 48 h de théorie et 12 h de travaux pratiques. Cette répartition est susceptible d’être sensiblement modifiée en fonction des besoins de l’enseignant·e ou des étudiant·es. Il est dédié à la compréhension des échanges thermiques du bâtiment, de manière à pouvoir concevoir un projet en anticipant ses impacts sur le confort et l’énergie et en pouvant les optimiser. Les étudiant·es seront également soutenu·es par les assistant·es Julie Pereira et Julien Thirifays, qui assureront essentiellement les travaux pratiques et les exercices.

Le syllabus mis à disposition s’organise en sept chapitres :

1. Introduction et contexte
2. Principes physiques de l’énergie et de la chaleur
3. Comportement énergétique de l’enveloppe
4. Besoins énergétiques du bâtiment
5. Confort et bien-être
6. Systèmes énergétiques : consommation, production et gestion
7. Conclusions générales

Le cours étudie les éléments qui constituent la compétence énergétique des bâtiments pour permettre leur utilisation comme lieu d’habitation. Le cours vise à :

• intégrer la rationalité de l’économie des ressources, en particulier l’énergie, comme dimension structurante du projet d’architecture ;
• connaître les principes de la conception énergétique et bioclimatique des bâtiments pour être capable de les appliquer dans le projet ;
• comprendre les interactions entre les éléments statiques et dynamiques du projet (régulation du bâtiment vs climat et occupation dynamiques, bilans saisonniers ou annuels, etc.) ;
• estimer les paramètres énergétiques du bâtiment (R, U, K, Qv, BNC, BNR, E, etc.) et informer le travail de conception architecturale (orientation, choix des matériaux, dimensions et dimensionnement, etc.) ;
• permettre aux futur·es architectes de faire face à leurs responsabilités réglementaires (en Belgique : la PEB) et sociétales.

L’étude de la conception énergétique s’inscrit dans celle, plus vaste, de la conception durable des bâtiments. À travers les exercices de formulation (calcul) et la production d’un dossier d’analyse énergétique de projet (travaux pratiques), l’étudiant·e a l’occasion de comprendre et d’appliquer les divers types de calcul utiles à l’architecte ; il·elle apprend et met en pratique la théorie ainsi que les aspects techniques (HVAC).

Connaissances et compétences pré-requises ou co-requises

La maîtrise des compétences arithmétiques de base (+ × − ÷) et la pratique d’un tableur (Excel, etc.) sont requises pour la production des travaux dirigés : le tableur sera la base de travail de l’étudiant·e, sa mémoire (des calculs, des plans et photographies, des sources, etc.) et son cadre de travail en examen. Des notions de géométrie ainsi qu’une compréhension générale des plans sont également nécessaires.

Le cours est conçu globalement et dispense trois types de compétences. Chacune de ces compétences est évaluée de manière distincte et est pondérée de la manière suivante :

1. Travaux pratiques (35 %) : cette compétence porte sur la production d’une analyse énergétique d’un projet choisi par groupe d’étudiant·es (maximum 4, voir conditions sur l’UV). Neuf séances obligatoires de travaux sont prévues (6 en Q1 et 3 en Q2) ; cette compétence est évaluée par une correction du tableur au fil de l’année.

Les neuf séances sont à considérer comme des travaux « en série », à savoir que les séances précédentes (1 à n − 1) sont nécessaires et doivent avoir été corrigées lors de la réalisation de la séance n. À l’occasion des travaux dirigés, les enseignant·es expliquent comment produire les paramètres énergétiques d’un projet, répondent aux questions des étudiant·es et les conseillent sur les meilleures méthodes et sur la manipulation du tableur.

Pour cette partie, les étudiant·es sont également placé·es dans le rôle de correcteur·rice et ont comme responsabilité complémentaire d’assurer la correction du dossier d’un autre groupe. Ce rôle a pour objectif de prendre du recul par rapport à l’exercice, de pouvoir débattre des méthodes entre groupes et d’améliorer les connaissances par la réflexion collective. Ce travail de correction est également valorisé au sein des 35 % des travaux pratiques.

2. Formulation et calcul (30 %) : cette compétence porte sur la formulation et la production, dans un tableur, des paramètres liés aux transferts énergétiques du bâtiment. Elle est évaluée par un examen en janvier (portant sur le Q1), en juin (Q2) et éventuellement en deuxième session (Q1 et Q2). Des tests issus des examens précédents sont disponibles au format PDF. Cette compétence est abordée au fil du cours, en fonction des chapitres.

Ces documents permettent aux étudiant·es de s’entraîner librement, de comprendre les concepts vus en cours et de se préparer aux questions de calcul de l’examen.

3. Théorie (35 %) : cette compétence porte sur la compréhension des concepts, des méthodes, des illustrations, etc. présentés en cours et dans le syllabus. Elle est évaluée par un examen en janvier (Q1), en juin (Q2) et éventuellement en deuxième session (Q1 et Q2).

Le cours est donné selon deux fils pédagogiques :

1. les concepts, théories, formulations, calculs, etc. sont expliqués dans une logique d’exposés et d’illustrations en suivant le parcours du syllabus ;

2. neuf séances de travaux pratiques permettent à l’étudiant·e de produire sa propre analyse énergétique d’un petit projet résidentiel, à la lumière des présentations et explications données par les enseignant·es.

Ces travaux pratiques se font par groupes de maximum quatre personnes (sauf dérogation octroyée par les enseignant·es) et sont corrigés d’abord entre les groupes, puis par les enseignant·es tout au long de l’année. Il appartient à l’étudiant·e de se maintenir à jour pour être prêt·e pour les travaux pratiques suivants et les évaluations en examen.

Notre propos pédagogique est de vous rendre compétent·es en énergie du bâtiment par la prise en main d’un dossier concret (learning by doing) qui vous permette de comprendre et de réussir les épreuves. C’est à travers les travaux pratiques que vous vous formerez aussi aux concepts théoriques et aux formulations de calcul, qui constituent les autres épreuves d’examen.

La note de l’UE couvre l’ensemble de ces activités (le principe d’une note absorbante fixée à 7/20 est pris en considération).

Références, bibliographie et lectures recommandées

• Brand, Stewart, How Buildings Learn, Penguin, 1996 (aussi en émissions sur la BBC).
• Collectif, Architecture + passive : stratégies, expériences & regards croisés en Belgique, 404 p., novembre 2014 (FR/NL/EN), ULB/RBC.
• De Herde, André, Deprez, Bernard, Traité d’architecture et d’urbanisme bioclimatique, Éditions Le Moniteur, 2005.
• Deprez, Bernard et al., Vert Bruxelles : architectures à suivre, Racine, 2009 ; Les Bâtiments exemplaires à Bruxelles se racontent, Racine, 2012.
• Guerriat, Adeline, Maisons passives : principes et réalisations, L’Inédite, 2008.
• ICEB (Bornarel, Alain), Le bâtiment frugal, Paris, 2016, www.asso-iceb.org/.
• MacKay, David J. C., Sustainable Energy Without the Hot Air, UIT Cambridge, 2009 (téléchargeable gratuitement sur www.withouthotair.com).
• Site de la Wallonie : www.energie.wallonie.be.
• Site de Bruxelles Environnement : www.bruxellesenvironnement.be.

Support(s) de cours

• Syllabus
• Université virtuelle

Informations complémentaires

La présence aux cours tant théoriques que pratiques est fortement recommandée afin d’assurer aux étudiant·es une continuité de l’enseignement, une compréhension de leurs erreurs lors des travaux pratiques grâce à la présentation en cours des corrections et des points d’attention, ainsi qu’une rencontre physique entre les différents groupes pour les travaux pratiques.

Toute question concernant la matière doit être adressée sur le forum de l’Université virtuelle ; elle trouvera réponse lors de la session de cours suivante uniquement.

Contacts

benoit.quevrin@ulb.be
 

Campus

Solbosch, Flagey

Méthode(s) d'évaluation

• Examen écrit

Examen écrit

• Question fermée à Choix Multiple (QCM)
• Question fermée à Réponses Multiples (QRM)
• Question visuelle
• Question ouverte à texte à trous
• Question fermée Vrai ou Faux (V/F)

L’évaluation porte sur toutes les compétences développées en cours : les modalités d’examen peuvent varier (en présentiel ou à distance, sur papier ou sur l’Université virtuelle, etc.) ; la note de l’UE est calculée à partir de trois types d’épreuves. Toutes les épreuves sont présentées en première et/ou en deuxième session.

• Travaux pratiques : 35 % de la note totale de l’UE ; l’évaluation fait la moyenne d’une note au fil de l’année.

           La note au fil de l’année est calculée comme suit :

• 85 % de la note des travaux pratiques correspond à la moyenne des évaluations faites sur l’année, multipliée par un facteur compris entre 0 et 1 représentant la participation moyenne de chaque étudiant·e aux remises des neuf TD (pour chaque TD : 1 si la remise est conforme aux consignes, 0,9 avec un jour de retard, 0,5 en cas de non-respect de la feuille de route, etc.).
• 15 % de la note des travaux pratiques correspond à la moyenne des corrections faites sur l’année, multipliée par un facteur compris entre 0 et 1 représentant la participation moyenne de chaque étudiant·e aux remises des neuf corrections (1 si la remise est conforme aux consignes, 0,9 avec un jour de retard, 0,5 en cas de non-respect de la feuille de route, etc.).

• Questions de calcul : 30 % de la note totale de l’UE ; cette épreuve est incluse dans l’examen du Q1 et du Q2, et éventuellement en deuxième session (Q1 et Q2). La correction se fait sur l’Université virtuelle avec une tolérance de 1 % sur le résultat.

• Questions de théorie : 35 % de la note totale de l’UE ; cette épreuve est incluse, sous forme de QCM, dans l’examen du Q1 et du Q2, et éventuellement en deuxième session (Q1 et Q2).

Les examens de première session portent en janvier sur le Q1 et en juin sur le Q2 ; l’examen de deuxième session porte sur les matières du Q1 et du Q2.

Les examens portant sur le calcul se font sur l’Université virtuelle en utilisant un tableur personnel, qui sera conservé par l’étudiant·e, notamment en vue d’une visite des copies.

Il n’est pas prévu de seconde session pour la partie des travaux pratiques.

Construction de la note (en ce compris, la pondération des notes partielles)

Langue(s) d'évaluation

• français