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Les bâtiments et l'entropie : guide théorique et pratique de l'habitat à basse exergie : application de quatre principes environnementaux contre le gaspillage des ressources

Résumé

L'auteur présente et développe les méthodes permettant d'appréhender l'énergétique via l'entropie et l'exergie afin de limiter l'impact environnemental de l'usage de l'énergie dans l'habitat. ©Electre 2022


  • Éditeur(s)
  • Date
    • DL 2022
  • Notes
    • Bibliogr. Index
  • Langues
    • Français
  • Description matérielle
    • 1 vol. (468 p.) : ill. ; 24 cm
  • Collections
  • Sujet(s)
  • ISBN
    • 978-2-340-07500-9
  • Indice
  • Quatrième de couverture
    • Cet ouvrage développe l'impact environnemental de l'usage de l'énergie dans le bâtiment et plus largement dans l'habitat. Il intéressera les élèves de BUT, les étudiants en licence et master, les élèves ingénieurs ainsi que toutes les personnes travaillant sur ces sujets.

      L'énergétique du bâtiment et de l'habitat est actuellement considérée par le prisme de la consommation d'énergie. Ceci pose deux problèmes spécifiques. D'une part, cela laisse supposer que l'énergie se consomme, ce qui va à l'encontre du concept physique même de l'énergie, laquelle est conservative en toute occasion. D'autre part, il est fait abstraction de la destruction irréversible des ressources naturelles qui pourvoient l'énergie, laissant ainsi supposer que l'énergie pourrait être renouvelable. Il n'en est rien. Dès lors, comment classer les habitats selon leur impact environnemental autrement que par une approche énergétique ? Quelle hiérarchie peut-on définir entre un bâtiment passif, un bâtiment à basse consommation, une construction bio-sourcée, une voiture électrique, un système de chauffage ou de climatisation ?

      Cet ouvrage montre comment l'entropie et l'exergie sont des indicateurs de la consommation des ressources environnementales détruites par les flux d'énergie. L'auteur présente et développe l'exergétique des bâtiments et de l'habitat, c'est-à-dire les méthodes permettant d'appréhender l'énergétique via l'entropie et l'exergie. Il propose l'emploi de la température-transfert et définit quatre principes environnementaux, le principe de destruction, le principe de puissance, le principe de valeur et le principe de déplacement.

      L'exergétique des bâtiments et de l'habitat apporte des outils pertinents et efficaces en faveur de la protection des ressources par une hiérarchisation entropique des process énergétiques que l'on y trouve.


  • Tables des matières
      • Les bâtiments et l'entropie

      • 1 Préambule11
      • 1.1 Discussion sur l'énergie11
      • 1.2 La thermodynamique13
      • 1.3 Lavoisier et le malentendu de la consommation d'énergie17
      • 2 Définitions et concepts21
      • 2.1 Convention de signe21
      • 2.2 La température (T)21
      • 2.2.1 Echelles de température22
      • 2.2.2 La température cinétique23
      • 2.2.3 La température thermodynamique23
      • 2.3 La matière et ses états24
      • 2.4 La chaleur latente (L)25
      • 2.5 La capacité thermique (c), (cv), (cp)26
      • 2.6 La pression (P)27
      • 2.7 L'énergie d'occupation (PV)27
      • 2.8 Les fluides parfaits et réels28
      • 2.8.1 Définitions28
      • 2.8.2 Les gaz parfaits28
      • 2.8.3 Les liquides réels29
      • 2.9 L'énergie interne (U)30
      • 2.10 L'enthalpie (H)32
      • 2.11 L'échelle mésoscopique33
      • 2.12 L'entropie (S) et la chaleur (Q)34
      • 2.12.1 Transfert d'énergie ;34
      • 2.12.2 Entropie34
      • 2.12.3 Transferts de chaleur35
      • 2.12.4 La température thermodynamique37
      • 2.13 L'exergie (Ex)42
      • 2.13.1 Définition de l'exergie42
      • 2.13.2 Expression mathématique de l'exergie44
      • 2.14 Exemples de calculs d'énergie, d'entropie et d'exergie48
      • 2.14.1 Transformation de l'eau en glace et vice-versa48
      • 2.14.2 Transfert de chaleur dans un mur54
      • 3 L'entropie : grandeur centrale de la thermodynamique59
      • 3.1 Expérience théorique : équilibre et déséquilibre60
      • 3.2 Relation variation d'entropie - température63
      • 3.3 Température logarithmique moyenne (TLM)64
      • 3.4 Entropie des réservoirs67
      • 3.4.1 Température d'équilibre67
      • 3.4.2 Conversion entropie/énergie constante69
      • 3.4.3 Exemple : maison individuelle dans son environnement atmosphérique69
      • 3.4.4 Bâtiment : atmosphère et réservoir amont71
      • 3.5 Description des transformations thermodynamiques72
      • 3.5.1 Transformation isochore73
      • 3.5.2 Transformation isobare73
      • 3.5.3 Transformation isotherme73
      • 3.5.4 Transformation adiabate74
      • 3.6 Usage de l'excédent de conversion entropie/énergie74
      • 3.6.1 De l'énergie libre au moteur74
      • 3.6.2 Source chaude et source froide75
      • 3.7 Destruction de l'excédent de potentiel en bâtiment76
      • 3.8 Température-transfert (Tq)77
      • 3.8.1 Définition77
      • 3.8.2 Exemple d'un local chauffé78
      • 3.8.3 Analyse graphique80
      • 3.9 L'entropie et les principes de la thermodynamique80
      • 3.9.1 Le principe zéro81
      • 3.9.2 Le premier principe82
      • 3.9.3 Le deuxième principe85
      • 3.9.4 Le troisième principe87
      • 4 Etude des systèmes fermés89
      • 4.1 La conservation de l'énergie - stockage, déstockage89
      • 4.2 Premier principe appliqué aux systèmes fermés90
      • 4.2.1 Formulation classique90
      • 4.2.2 Equation de transformation interne (ETI)91
      • 4.3 Equation de transformation interne d'un gaz parfait fermé93
      • 4.3.1 Transformation statique et isochore93
      • 4.3.2 Transformation statique et isobare parfaite95
      • 4.3.3 Transformation statique et isotherme98
      • 4.3.4 Transformation statique et adiabate99
      • 4.4 Equation de transformation interne (ETI) des gaz parfaits102
      • 4.5 Equation de transformation interne des liquides et des solides103
      • 4.6 Equation de transformation des changements de phase105
      • 4.7 Exemple : transformation eau/glace et vice versa105
      • 4.7.1 Refroidissement
      • 4.7.2 Réchauffement110
      • 4.7.3 Comparaison par la température-transfert114
      • 4.8 Exemples d'applications aux bâtiments115
      • 4.8.1 Chute de la température d'un local115
      • 4.8.2 Chute de température d'une eau chaude sanitaire117
      • 4.8.3 Transfert de chaleur entre deux réservoirs118
      • 4.8.4 Conclusion123
      • 5 Etude des systèmes ouverts
      • 5.1 Variation d'enthalpie particulaire
      • 5.1.1 Enthalpie particulaire126
      • 5.1.2 Ecoulements unidirectionnels126
      • 5.1.3 Enthalpie massique127
      • 5.1.4 Entrée et sortie uniques conservatives127
      • 5.2 Conservation de l'énergie dans les systèmes ouverts128
      • 5.2.1 Formulation classique128
      • 5.2.2 Formulation par l'énergie de transvasement d'un fluide129
      • 5.2.3 Premier principe industriel (PPI)130
      • 5.2.4 Enthalpie et surenthalpie131
      • 5.2.5 Formulation entropique132
      • 5.3 Bilan entropique d'un système ouvert144
      • 5.4 Rapport au temps : énergie et puissance144
      • 5.4.1 Puissance144
      • 5.4.2 Puissance énergétique145
      • 5.4.3 Bâtiments, réservoirs et puissances146
      • 5.4.4 Unités d'énergie146
      • 5.4.5 Grandeurs énergétiques146
      • 5.4.6 Débit-masse, débit-volume147
      • 5.5 Ballons et réserves : équation de conservation de l'énergie148
      • 5.5.1 Cas général148
      • 5.5.2 Primaire séparé et secondaire brassé149
      • 5.5.3 Primaire brassé et secondaire brassé153
      • 5.5.4 Constante de temps154
      • 5.5.5 Processus complet154
      • 5.6 Neutralité énergétique des systèmes ouverts stabilisés155
      • 5.7 Exemple : ballon d'eau chaude sanitaire (ECBT)156
      • 5.7.1 Description de l'étude156
      • 5.7.2 Réchauffage sans puisage157
      • 5.8 Exemple : ballon d'eau chaude sanitaire électrique167
      • 5.8.1 Description de l'étude167
      • 5.8.2 Réchauffage sans puisage167
      • 5.9 Exemple : radiateur à eau chaude169
      • 5.10 Température-transfert : bilan171
      • 6 Rendement énergétique dans le bâtiment173
      • 6.1 Définition173
      • 6.2 Entropie des fuites d'énergie176
      • 6.3 « Pertes » d'énergie versus fuites d'énergie176
      • 6.4 Influence du rendement énergétique177
      • 6.5 Economie des ressources énergétiques178
      • 6.5.1 Réduire le besoin en énergie utile178
      • 6.5.2 Recycler l'énergie disponible179
      • 7 L'enveloppe des bâtiments181
      • 7.1 Energétique du bâti et de l'enveloppe181
      • 7.1.1 Le bâti181
      • 7.1.2 Inconfort et consommation des ressources énergétiques181
      • 7.1.3 Economie de ressources énergétiques et gain de confort182
      • 7.2 Energie utile et conductance thermique des parois en régime permanent182
      • 7.2.1 Equation de transfert-chaleur dans une paroi183
      • 7.2.2 Conductance thermique d'une paroi186
      • 7.2.3 Résistance thermique d'une paroi187
      • 7.2.4 Physique de la séparation des fluides par une paroi193
      • 7.2.5 Influence de l'isolation thermique sur la conductance194
      • 7.2.6 Influence de l'isolation thermique sur les coûts195
      • 8 Le renouvellement d'air des bâtiments199
      • 8.1 Nécessité et conséquences de la ventilation199
      • 8.2 Puissance-chaleur utile de ventilation199
      • 8.3 Enthalpie de l'air humide200
      • 8.3.1 Composition de l'air humide200
      • 8.3.2 Les grandeurs spécifiques, w', h', v'200
      • 8.3.3 L'humidité spécifique w'200
      • 8.3.4 Pression partielle de vapeur P201
      • 8.3.5 Relation w'-P,201
      • 8.3.6 Pression de vapeur saturante Pvs201
      • 8.3.7 Humidité relative (HR)202
      • 8.3.8 L'enthalpie spécifique h'203
      • 8.3.9 Le volume spécifique v'204
      • 8.4 Exemple : puissance-chaleur due à la ventilation205
      • 8.4.1 Données205
      • 8.4.2 Enthalpies spécifiques205
      • 8.4.3 Calcul du débit-masse206
      • 8.4.4 Puissance-chaleur de ventilation207
      • 8.4.5 Bilan entropique207
      • 8.4.6 Chaleur volumique simplifiée de l'air humide208
      • 9 Le deuxième principe de la thermodynamique211
      • 9.1 L'irréversibilité212
      • 9.2 Relation entre chaleur, travail et entropie214
      • 9.2.1 Détente de Joule-Gay-Lussac214
      • 9.2.2 Détente adiabatique215
      • 9.2.3 Exemple
      • 9.2.4 Equivalence chaleur-travail219
      • 9.3 Etude d'un mouvement harmonique ressort-masse220
      • 9.3.1 Description du système220
      • 9.3.2 Hypothèses221
      • 9.3.3 Problématique et résolution222
      • 9.3.4 Stabilité du processus225
      • 9.3.5 Réversibilité226
      • 9.3.6 Mise au repos226
      • 9.3.7 Paradoxe228
      • 9.4 La perfection : la conservation228
      • 9.4.1 L'énergie interne228
      • 9.4.2 Le temps, l'histoire et la mémoire228
      • 9.5 Description de l'entropie229
      • 9.5.1 Approche microscopique230
      • 9.5.2 Aspect mathématique de l'approche microscopique232
      • 9.5.3 Approche macroscopique252
      • 9.5.4 Analyse de qualité par la température-transfert254
      • 9.5.5 Le question du désordre255
      • 9.6 Enoncé du deuxième principe256
      • 10 La puissance motrice du feu257
      • 10.1 La machine de Carnot259
      • 10.1.1 Etape 1 : expansion isotherme259
      • 10.1.2 Etape 2 : expansion adiabate260
      • 10.1.3 Remarque intermédiaire261
      • 10.1.4 Etape 3 : contraction isotherme261
      • 10.1.5 Etape 4 : contraction adiabate262
      • 10.1.6 Remarque terminale262
      • 10.1.7 Bilan entropique interne262
      • 10.1.8 Bilan énergétique et entropique du processus263
      • 10.1.9 Facteur de Carnot265
      • 10.1.10 Sources à l'équilibre267
      • 10.2 Température-transfert et facteur de Carnot267
      • 10.3 Modélisation du travail par l'entropie268
      • 10.4 Influence de la source de référence269
      • 10.5 Fluides réels et machines réelles272
      • 11 Les quatre principes environnementaux275
      • 11.1 Le principe de destruction276
      • 11.2 Le principe de puissance276
      • 11.3 Le principe de valeur280
      • 11.3.1 Valeur de l'énergie281
      • 11.3.2 Valeur de l'entropie289
      • 11.4 Le principe de déplacement300
      • 11.5 Application aux bâtiments301
      • 12 Exergétique des bâtiments305
      • 12.1 L'exergie305
      • 12.1.1 Description du référentiel atmosphérique306
      • 12.1.2 Formulation de l'exergie307
      • 12.2 Rendement exergétique335
      • 12.3 Schéma entropie-exergie335
      • 12.3.1 Principe336
      • 12.3.2 Etage exergétique336
      • 12.3.3 Rendement d'étage336
      • 12.3.4 Utilité du schéma entropie-exergie337
      • 12.4 Enveloppe de bâtiment338
      • 12.4.1 Rendement d'étage338
      • 12.4.2 Bilan énergétique en hiver338
      • 12.4.3 Equation du transfert de chaleur339
      • 12.4.4 Bilan entropique339
      • 12.4.5 Bilan exergétique340
      • 12.4.6 Exemple de calcul342
      • 12.4.7 Economies d'exergie343
      • 12.4.7 Economies d'exergie343
      • 12.4.8 Précision des modèles de calcul346
      • 12.5 Radiateurs347
      • 12.5.1 Radiateur à eau chaude347
      • 12.5.2 Radiateur électrique352
      • 12.6 Chaudières356
      • 12.6.1 Chaudières électriques356
      • 12.6.2 Chaudières à combustible359
      • 12.7 Performances comparées365
      • 12.7.1 Classement selon la température-transfert366
      • 12.7.2 Classement selon l'accroissement d'entropie et l'exergie perdue367
      • 12.7.3 Classement environnemental369
      • 12.8 Pompes à chaleur électriques370
      • 12.8.1 Pompe à chaleur idéale371
      • 12.8.2 Pompe à chaleur réelle373
      • 12.8.3 Exemple 1 : PAC air/air379
      • 12.8.4 Exemple 2 : PAC air/eau381
      • 12.8.5 Impact exergétique du rendement énergétique des connexions383
      • 12.9 Performances comparées - PAC/autres systèmes384
      • 12.10 Variabilité des performances d'une pompe à chaleur réelle387
      • 12.11 Rendement exergétique en fonction de Tc, Tf, Ta et de la source exploitée392
      • 12.12 Machines frigorifiques393
      • 12.12.1 Schéma entropie-exergie394
      • 12.12.2 Coefficient d'efficacité énergétique réel - EER394
      • 12.12.3 Bilan énergétique395
      • 12.12.4 Bilan exergétique (et entropique)396
      • 12.12.5 Rendement exergétique397
      • 12.12.6 Température-transfert397
      • 12.12.7 Exemple de calcul398
      • 12.13 Echangeurs de chaleur399
      • 12.13.1 Echangeur à contre courant399
      • 12.13.2 Echangeur à courants parallèles407
      • 12.13.3 Perte d'exergie à la fabrication409
      • 13 Production d'énergie électrique413
      • 13.1 Centrale thermique à vapeur413
      • 13.1.1 Centrale idéale415
      • 13.1.2 Etude d'une centrale thermique réelle421
      • 13.1.3 Schéma entropie/exergie d'une centrale réelle425
      • 13.1.4 Bilan d'usage en chauffage pour le bâtiment426
      • 13.2 Barrage hydroélectrique432
      • 13.2.1 Exégétique d'une chute libre433
      • 13.2.2 Equation du mouvement de la chute libre438
      • 13.2.3 Chute d'eau dans un barrage442
      • 14 Des bâtiments à basse entropie et à basse exergie455
      • 14.1 Basse entropie : définition455
      • 14.2 Application des quatre principes environnementaux455
      • 14.2.1 Le principe de destruction appliqué aux bâtiments à basse entropie456
      • 14.2.2 Le principe de puissance appliqué aux bâtiments à basse entropie456
      • 14.2.3 Le principe de valeur appliqué aux bâtiments à basse entropie457
      • 14.2.4 Le principe de déplacement appliqué aux bâtiments à basse entropie458
      • 14.3 Basse exergie : définition458
      • 14.4 Concevoir des bâtiments à basse entropie et à basse exergie460
      • 14.4.1 Distinction d'usage de l'électricité par le rendement exergétique461
      • 14.4.2 Pas d'usage électrique pour le chauffage ou le rafraichissement461
      • 14.4.3 Usage électrique à faible exergie (lumière, usage mécanique et électronique)461
      • 14.4.4 Usage de la chaleur issue de sources à basse exergie461
      • 14.5 Et la construction elle-même ?462
      • 14.6 Conclusion462
      • Bibliographie 465
      • Index 467

  • Origine de la notice:
    • FR-751131015 ;
    • Electre
  • Disponible - 624.65 COU

    Niveau 3 - Techniques