bilan thermique d’un bâtiment
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
![Page 1: Bilan thermique d’un bâtiment](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012302/54834e4eb4af9f2e7c8b4926/html5/thumbnails/1.jpg)
Bilan thermique d’un bâtiment
•Connaissances fondamentales
•Les pertes thermiques par transmission.
•Les pertes thermiques par ventilation.
•Les pertes thermiques par rayonnement.
•Les gains solaires.
•Les gains internes.
•La réglementation thermique.
![Page 2: Bilan thermique d’un bâtiment](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012302/54834e4eb4af9f2e7c8b4926/html5/thumbnails/2.jpg)
Le bilan thermique d'un bâtiment.
![Page 3: Bilan thermique d’un bâtiment](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012302/54834e4eb4af9f2e7c8b4926/html5/thumbnails/3.jpg)
Régime statique et régime dynamique.
En régime thermique permanentla température en un point d'une paroi ou d'un local est indépendante du temps, et donc indépendante •des variations climatiques •des variations des caractéristiques de l'ambiance intérieure.
En réalité le régime thermique est dynamique dû•aux variations climatiques•à l’évolution des températures intérieures
![Page 4: Bilan thermique d’un bâtiment](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012302/54834e4eb4af9f2e7c8b4926/html5/thumbnails/4.jpg)
Dans la réalité, tout bâtiment a un comportement thermique dynamique principalement dû
aux variations climatiques extérieures
•température
•rayonnement solaire
•vent
aux régimes d’occupations intérieures
•températures de consigne
•comportement des occupants
(ventilation, apports internes,….)
•installation de chauffage et de régulation
![Page 5: Bilan thermique d’un bâtiment](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012302/54834e4eb4af9f2e7c8b4926/html5/thumbnails/5.jpg)
Influence des conditions climatiques.Température
- action directe perte par infiltration et ventilation
- action indirecte évolution de la temp. dans les parois
Rayonnement solaire
- action directe captage par les fenêtres puis stockage dans les murs et planchers
- action indirecte absorption par les parois opaques
Vent
- action directe taux d ’infiltration et de ventilation
- action indirecte le coefficient de transmission de surface est fonction de la vitesse du vent
influence sur la temp. dans les parois
![Page 6: Bilan thermique d’un bâtiment](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012302/54834e4eb4af9f2e7c8b4926/html5/thumbnails/6.jpg)
Calcul des déperditions: En général, les déperditions de base sont calculés indépendamment du système et du régime de chauffage.
Les déperditions par transmission à travers une paroi sont données par la formule suivante: Dt = kc A ( Ti –Te)A: surface de la paroi: m2Kc: Coefficient W/m2°CTe: Température extérieure: ° CTi: Température résultante sèche °C
Dans le cas des sols, Dt est proportionnelle au périmètre P. Dt= Kc P ( Ti-Te)
![Page 7: Bilan thermique d’un bâtiment](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012302/54834e4eb4af9f2e7c8b4926/html5/thumbnails/7.jpg)
Les pertes thermiques par ventilation.
L’air extérieur s’introduit dans le bâtiment•par ventilation (effet volontaire) •par infiltration (effet involontaire).
La ventilation assure le renouvellement sanitaire (apport d’air frais, évacuation des odeurs, etc.) nécessaire à la bonne santé de l'occupant. Elle peut être assurée •soit naturellement via des orifices d'amenée d'air frais et de rejet d'air vicié, •soit mécaniquement, par des bouches de pulsion et d'extraction.
![Page 8: Bilan thermique d’un bâtiment](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012302/54834e4eb4af9f2e7c8b4926/html5/thumbnails/8.jpg)
Les pertes thermiques par ventilation.Par contre, les infiltrations d'air dans un bâtiment sont dues à des différences de pression engendrées
•soit par le vent,•soit par l'écart entre les températures intérieure et extérieure
Elles sont dues aux défauts d'étanchéité de l'enveloppe.
![Page 9: Bilan thermique d’un bâtiment](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012302/54834e4eb4af9f2e7c8b4926/html5/thumbnails/9.jpg)
Les pertes thermiques par ventilation.
Les déperditions thermiques par ventilation sont donc proportionnelles : •au volume d'air réchauffé ou rafraîchi,•au taux de renouvellement d'air n (nombre de fois que le volume d'air est renouvelé par de l'air frais par heure, mesuré en h-1), et•à la chaleur volumique de l'air (chaleur nécessaire pour réchauffer 1 m³ d'air de 1 Kelvin, soit 0,34 Wh/m³.K).
Qv = 0.34 n V (Tint - Text).
![Page 10: Bilan thermique d’un bâtiment](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012302/54834e4eb4af9f2e7c8b4926/html5/thumbnails/10.jpg)
Les gains solaires.
Le rayonnement solaire reçu par un bâtiment dépend•du climat et de ses variations journalières et saisonnières.•de l'orientation du bâtiment•de la nature de ses surfaces et de ses matériaux•de la topographie du lieu•de l'ombrage, etc
Le soleil peut contribuer au chauffage des bâtiments en hiver,•par effet de serre au droit des parois vitrées•par réchauffement des parois opaques
![Page 11: Bilan thermique d’un bâtiment](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012302/54834e4eb4af9f2e7c8b4926/html5/thumbnails/11.jpg)
L ’ensoleillement.Influence directe
![Page 12: Bilan thermique d’un bâtiment](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012302/54834e4eb4af9f2e7c8b4926/html5/thumbnails/12.jpg)
Les gains solaires.Influence de l’orientation
![Page 13: Bilan thermique d’un bâtiment](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012302/54834e4eb4af9f2e7c8b4926/html5/thumbnails/13.jpg)
L’ensoleillement.Influence directe
![Page 14: Bilan thermique d’un bâtiment](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012302/54834e4eb4af9f2e7c8b4926/html5/thumbnails/14.jpg)
Les gains solaires.Capter par les vitrages.
Le facteur solaire FS représente le pourcentage d’énergie solaire incidente, transmis au travers d’une paroi vitrée à l’intérieur d’un local.
Les gains solaires au travers d'un élément transparent sont fonction de l'angle d'incidence des rayons du soleil avec le vitrage et donc :
•de la latitude et la saison (pour la position du soleil) ;
•de l'orientation et l'inclinaison de la paroi
![Page 15: Bilan thermique d’un bâtiment](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012302/54834e4eb4af9f2e7c8b4926/html5/thumbnails/15.jpg)
Les gains solaires.Capter par les vitrages.
Les valeurs indiquées ne sont représentatives que d’un angle d’incidence donné.
![Page 16: Bilan thermique d’un bâtiment](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012302/54834e4eb4af9f2e7c8b4926/html5/thumbnails/16.jpg)
![Page 17: Bilan thermique d’un bâtiment](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012302/54834e4eb4af9f2e7c8b4926/html5/thumbnails/17.jpg)
84100
8
int.ext.
45100
5
int.ext.
46100
39
int.ext.
vitrage clair
vitrage absorbant
vitrage réfléchissant
Facteur solaireFacteur solaire
6 2 1337 312 494958588686
![Page 18: Bilan thermique d’un bâtiment](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012302/54834e4eb4af9f2e7c8b4926/html5/thumbnails/18.jpg)
Les gains solaires.Capter par les parois opaques.
Lorsque les rayons du soleil frappent une paroi opaque, une partie de l'énergie est absorbée tandis que le reste est réfléchi.
Les gains solaires au droit de l'élément opaque sont fonction
• de l'angle d'incidence des rayons du soleil (orientation et inclinaison de la paroi),
•de la couleur et de l'aspect de la surface du matériau utilisé.
![Page 19: Bilan thermique d’un bâtiment](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012302/54834e4eb4af9f2e7c8b4926/html5/thumbnails/19.jpg)
Les gains solaires.Capter par les parois opaques.Coefficient d'absorption solaire.Une valeur approchée peut être déterminée en fonction de la couleur (surfaces lisses, unies).
Blanc 0,25 à 0,40Gris au gris foncé 0,40 à 0,50Vert, rouge et brun 0,50 à 0,70Brun au bleufoncé 0,70 à 0,80
Bleu foncé au noir 0,80 à 0,90
![Page 20: Bilan thermique d’un bâtiment](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012302/54834e4eb4af9f2e7c8b4926/html5/thumbnails/20.jpg)
Coefficient d'absorption solaire de différents matériaux.Les nombres indiqués expriment la fraction de rayonnement solaireincident absorbé.Ardoise 0,89
Bétonpropreà moitié propresale
0,550,700,80
Bois clair (pin)foncé (traité)
0,600,85
Briques vernissée, blanche 0,26
Calcaire clairsombre
0,350,50
Grèsbeigegris clairrouge
0,540,620,73
Marbre blancsombre
0,440,66
Granit rougeâtre 0,55
Métaux
acier émaillé, blancaluminium policuivre, policuivre, terni
0,450,150,180,64
Plâtre 0,07
![Page 21: Bilan thermique d’un bâtiment](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012302/54834e4eb4af9f2e7c8b4926/html5/thumbnails/21.jpg)
Les gains solaires.Capter par les parois opaques.
Evolution de la température sur la face externe d’une paroi sud, par ciel serein, le 15 juin, en Belgique, pour des coefficients d'absorption solaire suivants : 0,7 rouge et brun 0,45 gris 0,2 blanc
![Page 22: Bilan thermique d’un bâtiment](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012302/54834e4eb4af9f2e7c8b4926/html5/thumbnails/22.jpg)
Les gains internes.
![Page 23: Bilan thermique d’un bâtiment](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012302/54834e4eb4af9f2e7c8b4926/html5/thumbnails/23.jpg)
La règlementation.Pour le logement neuf, l'auteur de projet a le choix entre le respect
•d'un niveau K (niveau d'isolation thermique globale)
•ou d'une valeur Bemax (besoins nets en énergie pour le chauffage du bâtiment).
•dans tous les cas, des valeurs kmax des parois
à ne pas dépasser.
Bâtiment Construction neuve Transformation avecchangementd’affectation
Transformation sanschangementd’affectation
Logement K55 ou Be 450valeurs k max
K65Valeurs k max
-Valeurs k max
Bureaux et écoles K65Valeurs k max
K70Valeurs k max
-Valeurs k max
![Page 24: Bilan thermique d’un bâtiment](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012302/54834e4eb4af9f2e7c8b4926/html5/thumbnails/24.jpg)
Eléments de la superficie de déperdition kmax(W/m²K)
Fenêtres et autres parois translucides, portes 3.5Murs et parois opaques verticales :- entre le volume protégé (VP) et l'air extérieur ou entre levolume protégé et un local non chauffé non à l'abri du gel- entre le volume protégé et un local non chauffé à l'abri dugel- entre le volume protégé et le sol
0,6
0,9
0,9Toiture entre le volume protégé et l'ambiance extérieure ouensemble de plafond + grenier + toiture 0,4
Plancher :- entre le volume protégé et l'air extérieur ou entre le volumeprotégé et un local non chauffé non à l'abri du gel- entre le volume protégé et un local non chauffé à l'abri dugel- entre le volume protégé et le sol
0,6
0,9
1,2Paroi mitoyenne :entre deux volumes protégés ou entre appartements 1
Valeurs des coefficients kmax
![Page 25: Bilan thermique d’un bâtiment](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012302/54834e4eb4af9f2e7c8b4926/html5/thumbnails/25.jpg)
![Page 26: Bilan thermique d’un bâtiment](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012302/54834e4eb4af9f2e7c8b4926/html5/thumbnails/26.jpg)
Calcul du K >>uniquement pertes par transmission
Calcul du BE tient compte•des pertes par transmission,•des pertes par ventilation,•des apports internes (occupation, éclairage, appareils...)•des gains solaires,•de l'inertie du bâtiment.
Lorsque le résultat du calcul indique que le niveau K obtenu est supérieur à K55
•améliorer l ’isolation•faire le calcul du BE si le bâtiment peut profiter de gains solaires importants.
![Page 27: Bilan thermique d’un bâtiment](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012302/54834e4eb4af9f2e7c8b4926/html5/thumbnails/27.jpg)
Avant de continuer les calculs du BE il faut juger si le lieu d'implantation du bâtiment permet de satisfaire à cette exigence.
La ligne d'horizon est relevée dans un secteur d'au moins 45° de part et d'autre de la normale tracée sur la façade projetée.
![Page 28: Bilan thermique d’un bâtiment](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012302/54834e4eb4af9f2e7c8b4926/html5/thumbnails/28.jpg)
Lorsque la hauteur moyenne de l'horizon du secteur " vu utilement " par les fenêtres orientées SE - S - SW est trop élevée (par exemple angle>35° ) il n'est généralement pas utile d'essayer de satisfaire à l'exigence relative aux besoins nets en énergie.
![Page 29: Bilan thermique d’un bâtiment](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012302/54834e4eb4af9f2e7c8b4926/html5/thumbnails/29.jpg)
Inclinaison par rapport à l'horizontaleOrientation
0 15 30 45 60 75 90S 138,2 157,5 168,0 172,7 168,5 158,3 140,2
SSE - SSW 138,2 154,3 164,8 168,0 163,8 151,9 134,0SE - SW 138,2 150,4 157,7 157,7 151,1 139,3 125,0
ESE - WSW 138,2 143,2 144,2 141,0 133,7 121,9 107,1E - W 138,2 136,1 132,4 125,3 117,1 105,3 92,8
ENE - WNW 138,2 127,4 117,4 107,9 97,3 87,1 75,4NE - NW 138,2 121,1 105,5 92,1 82,3 72,8 58,3
NNE - NNW 138,2 116,3 92,9 80,1 71,8 63,6 52,0N 138,2 111,8 80,7 68,1 61,3 54,8 46,7
Valeurs de Itmax (W/m²) en mars
![Page 30: Bilan thermique d’un bâtiment](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012302/54834e4eb4af9f2e7c8b4926/html5/thumbnails/30.jpg)
Valeurs de Itmax (W/m²) en décembre
Inclinaison par rapport à l'horizontaleorientation
0 15 30 45 60 75 90S 21,3 38,4 46,2 57,1 60,0 60,8 61,4
SSE - SSW 21,3 37,3 44,8 55,0 59,3 58,1 57,2SE - SW 21,3 32,8 41,0 49,2 49,7 49,3 46,1
ESE - WSW 21,3 26,8 30,7 34,8 35,1 35,3 33,0E - W 21,3 21,3 21,1 21,3 21,4 21,9 20,6
ENE - WNW 21,3 17,8 16,2 15,8 15,4 14,9 14,0NE - NW 21,3 14,9 12,1 10,9 10,1 9,2 8,0
NNE - NNW 21,3 13,4 11,7 10,6 9,8 8,4 7,4N 21,3 12,3 11,4 10,5 9,7 8,2 6,9
![Page 31: Bilan thermique d’un bâtiment](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012302/54834e4eb4af9f2e7c8b4926/html5/thumbnails/31.jpg)
Le facteur d'ombrage f1 dû à la fenêtre et aux écrans liés à la façade est déterminé en fonction des rapports surplomb X/hauteur de la fenêtre Z et séparation Y/hauteur de la fenêtre Z.
Calcul du facteur d ’ombrage f1.
![Page 32: Bilan thermique d’un bâtiment](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012302/54834e4eb4af9f2e7c8b4926/html5/thumbnails/32.jpg)
Le facteur f1 est calculé pour les mois de mars et de décembre.
![Page 33: Bilan thermique d’un bâtiment](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012302/54834e4eb4af9f2e7c8b4926/html5/thumbnails/33.jpg)
Calcul du facteur d ’ombrage f2.
Façade moy (°)NESW
12151112
![Page 34: Bilan thermique d’un bâtiment](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012302/54834e4eb4af9f2e7c8b4926/html5/thumbnails/34.jpg)
Calcul de f2
f2 pour les fenêtres au rez-de-chaussée ou au premier étage.
Fenêtres situées au rez-de-chaussée (droite 1)Fenêtres situées au premier étage (droites 1 à 5)droite 1: a>200mdroite 2: a=200mdroite 3: a=100mdroite 4: a=50mdroite 5: a=20m
![Page 35: Bilan thermique d’un bâtiment](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012302/54834e4eb4af9f2e7c8b4926/html5/thumbnails/35.jpg)
Calcul de f2
f2 pour les fenêtres au rez-de-chaussée ou au deuxième étage.
Fenêtres situées au rez-de-chaussée (droite 1)Fenêtres situées au deuxième étage (droites 1 à 5)droite 1: a>200mdroite 2: a=200mdroite 3: a=100mdroite 4: a=50mdroite 5: a=20m
![Page 36: Bilan thermique d’un bâtiment](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012302/54834e4eb4af9f2e7c8b4926/html5/thumbnails/36.jpg)
La valeur de peut être déterminée à l'aide du graphique ci-contre. La courbe I3 est valable pour des maisons de construction traditionnelle (classe d'inertie I3)
La courbe I5 est valable pour des immeubles d'appartements (classe d'inertie I5).
![Page 37: Bilan thermique d’un bâtiment](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012302/54834e4eb4af9f2e7c8b4926/html5/thumbnails/37.jpg)
Température moyenneextérieure : emem
Température deconfort : imim
Température sanschauffage (avecapports solaires) :scsc
Effet des gainsinternes :Température denon-chauffage ncnc
J A S O N D J F M A M J0
5
10
15
20 °C
emem
imim
scsc
ncnc
30 jours
Degrés-jours éq.en nov.
Saison de chauffe
10,5 °C
Degrés - jours équivalentsDegrés - jours équivalents en novembre : en novembre :
10,5 °C x 30 j = 315 dj10,5 °C x 30 j = 315 dj
![Page 38: Bilan thermique d’un bâtiment](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012302/54834e4eb4af9f2e7c8b4926/html5/thumbnails/38.jpg)
L ’ensoleillement.Influence directe
![Page 39: Bilan thermique d’un bâtiment](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012302/54834e4eb4af9f2e7c8b4926/html5/thumbnails/39.jpg)
L ’ensoleillement.Influence indirecte.
![Page 40: Bilan thermique d’un bâtiment](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012302/54834e4eb4af9f2e7c8b4926/html5/thumbnails/40.jpg)
Le vent.
![Page 41: Bilan thermique d’un bâtiment](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012302/54834e4eb4af9f2e7c8b4926/html5/thumbnails/41.jpg)
Le vent.Influence directe.
Influence indirecte.
he = 8.1 + 3,6 v en W/m² K
![Page 42: Bilan thermique d’un bâtiment](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012302/54834e4eb4af9f2e7c8b4926/html5/thumbnails/42.jpg)
Pour climat froid Pour climat chaud
Vitrage basse-émissivité.
![Page 43: Bilan thermique d’un bâtiment](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012302/54834e4eb4af9f2e7c8b4926/html5/thumbnails/43.jpg)
Déperditions par les parois vitrées.
Différents moyens ont été mis en œuvre pour réduire la transmission thermique au droit des vitrages.•Intercaler entre deux vitrages un excellent isolant, transparent, disponible et gratuit : l'air immobile sec•Agir sur les caractéristiques de surface du verre. Le vitrage à basse émissivité est recouvert d'une mince couche d'oxyde métallique parfaitement transparent, qui permet de réduire considérablement l'émission des infrarouges vers l'extérieur. •L’utilisation de nombreux matériaux expérimentaux•La présence de volet durant la nuit.
![Page 44: Bilan thermique d’un bâtiment](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012302/54834e4eb4af9f2e7c8b4926/html5/thumbnails/44.jpg)
Ponts thermiques.