costic bilan thermique

Calcul de
Charges
présentation de :
Michaël Thienpont
Michaël Thienpont
30 octobre 2005
Génie Climatique
Préparation à l'Agrégation
1
Plan du cours
Introduction
Traitement de l'air
Calcul de Charges climatiques
Éléments de technologie
Spécificités de la régulation
Approche système et fonctionnelle des
installations de génie climatique
Michaël Thienpont
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Génie Climatique
Préparation à l'Agrégation
2
Plan de séance
Généralités concernant la météo
Prise en compte de l'inertie
Principe du bilan thermique
Régime permanent / dynamique
Les différentes méthodes
Passage en revue des différentes charges
Applications
le piège du renouvellement d'air
tracé de la droite de soufflage
extrait d'agrégation : méthode simplifiée Airwell
Michaël Thienpont
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Génie Climatique
Préparation à l'Agrégation
3
Introduction
Objet du calcul des Charges
Différentes méthodes...
Aucune n'est « plus juste » que les autres
Des logiciels existent
Pas de bilan « complet » prévu pour l'agreg mais
un « morceau » stratégique...
Michaël Thienpont
30 octobre 2005
Génie Climatique
Préparation à l'Agrégation
4
Principe du bilan thermique
Bilan en RP...
facilité mathématique
didactique
pas toujours adapté
exemple : chambre climatique d'essais pharmaceutiques
exemple : immeuble fortement vitré
Réalité : régime dynamique
inertie forte / inertie faible
variations de charges fortes / faibles
Michaël Thienpont
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Préparation à l'Agrégation
5
Trois cas
Cas hiver
calcul réglementaire
Cas été
calcul de climatisation
Cas en mi-saison
calcul généralement oublié...
Michaël Thienpont
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Préparation à l'Agrégation
6
Les méthodes
Méthodes manuelles (stylo ou tableur)
Guide AICVF
Méthode du Costic
Calcul des charges (éditions parisiennes, P. Courtin)
Airwell (reprise das le Mémotech)
...
Méthodes logicielles
...
Fondements physiques communs !
Ratios ou données réelles ?
Michaël Thienpont
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Préparation à l'Agrégation
7
Les différentes charges
Michaël Thienpont
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8
Les différentes charges
Extérieur
parois opaques
vitrages
infiltrations
renouvellement d'air ? (piège à éviter)
Intérieur
machines & processus
éclairage
occupants
parois internes
Michaël Thienpont
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Préparation à l'Agrégation
9
2 Calculs distincts
Calcul réglementaire
RT2000
Cas défavorable, calcul par bâtiment ou logement type
Calcul « simplifié » pour pouvoir être appliqué par tous...
...quoique.
cf. cours spécifiques
Calcul pour le dimensionnement
Cas + proche de la réalité, calcul par local
Calcul hiver & été
Se rapproche du calcul réglementaire
Michaël Thienpont
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Préparation à l'Agrégation
10
Notion d'inertie
Analogie à la mécanique
Phénomène bien identifié
Pas de définition mathématique
Michaël Thienpont
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11
L'inertie.
présentation de :
Michaël Thienpont
Michaël Thienpont
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12
Inertie de transmission
Il s’agit du temps que met un front de chaleur pour traverser une
paroi.
Pour une paroi d’épaisseur supérieure à 300 mm, on a un
déphasage d’environ 12 heures. Intéressant, car alors le pic de
midi (extérieur) se ressent à minuit (intérieur)  logement.
Michaël Thienpont
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Préparation à l'Agrégation
13
Inertie d'absorption
Le phénomène est différent : on considère cette fois l’énergie qui
sera emmagasinée par les parois, le mobilier, etc. pour être
restituée avec un temps de retard (dès 100 mm de paroi, on
obtient une efficacité maximale).
Cette inertie dépend des caractéristiques thermiques et de la
géométrie des éléments intervenants.
Utilisation de classes d’inertie thermique en fonction du poids des
parois extérieures rapporté à la surface habitable.
Michaël Thienpont
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Préparation à l'Agrégation
14
Inertie suivant le poids/m²
Paroi avec contact avec l’air intérieur
rapporté à la surface habitable [kg/m²]
<100
101-149
150-400
>400
Michaël Thienpont
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Classe d'inertie
Très faible
Faible
Moyenne
forte
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15
Classe d'inertie
Costic
Michaël Thienpont
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16
Inertie – différents cas de figure.
°C
°C
24
24
16
16
0
3
Michaël Thienpont
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12
24
heures
0
3
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Préparation à l'Agrégation
12
24
heures
17
Inertie – différents cas de figure.
°C
°C
24
24
16
16
0
3
Michaël Thienpont
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12
24
heures
0
3
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Préparation à l'Agrégation
12
24
heures
18
Inertie – différents cas de figure.
°C
°C
18
18
0
0
0
3
Michaël Thienpont
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12
24
heures
0
3
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Préparation à l'Agrégation
12
24
heures
19
Inertie – différents cas de figure.
°C
°C
18
18
0
0
0
3
Michaël Thienpont
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12
24
heures
0
3
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Préparation à l'Agrégation
12
24
heures
20
Les charges externes
Parois opaques
Parois vitrées
Infiltrations et
renouvellement d'air
présentation de :
Michaël Thienpont
Michaël Thienpont
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21
Découpage géographique
Pourquoi un découpage géographique
Les stations météo
Les DJU
Poids des charges extérieures
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Préparation à l'Agrégation
22
Hiver
Michaël Thienpont
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Préparation à l'Agrégation
23
Été
Michaël Thienpont
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24
Conditions extérieures
Michaël Thienpont
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25
Transferts thermiques à l'extérieur
Parois Opaques :
Convectif
Rayonnement IR
Rayonnement Solaire
Parois Vitrées
Rayonnement Solaire traversant
Idem parois opaques
Voir plus loin
Michaël Thienpont
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26
Parois Opaques : schéma
0,175
T ir ciel
b
CAS DE NUIT
0,06
is
EXTERIEUR
INTERIEUR
Te
hce
T i éq
hc/r int
φ
T ir sol
T p ext
Michaël Thienpont
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T p int
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Préparation à l'Agrégation
27
Mise en équation à l'extérieur
= ir  F p-ciel T 4p ext −T ir4 ciel ir  F p-sol T 4p ext −T 4ir sol hce T p ext −T e 
T ir ciel
EXTERIEUR
Te
hce
T ir sol
φ
T p ext
Michaël Thienpont
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Préparation à l'Agrégation
28
Simplification du rayonnement
= ir  F p-ciel T 4p ext −T ir4 ciel ir  F p-sol T 4p ext −T 4ir sol hce T p ext −T e 
{
4
4
=ir  T p ext −T ir éq  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . hce T p ext −T e 
4
4
T
F
T
4
ir ciel
p-ciel
ir sol F p-sol
T ir éq =
F p-ciel F p-sol
{
=hir T p ext −T ir éq h ce T p ext −T e 
T p ext T ir éq 3
hir =4 ir ⋅

2
Michaël Thienpont
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Préparation à l'Agrégation
29
Simplification
convection/rayonnement
=hir T p ext −T ir éq hce T p ext −T e 
{
=hc/r ext T p ext −T e éq 
h c/r ext =hir hce
his T ir éq h ce T e
T e éq =
hishce
Michaël Thienpont
30 octobre 2005
hc/r ext est le coefficient de
« convection-rayonnement » côté
extérieur de la paroi.
La résistance thermique surfacique
1
extérieure est alors :
Re=
h c/r ext
La réglementation (RT2000) donne
directement la valeur de Re (ou de Ri
pour l'intérieur).
Génie Climatique
Préparation à l'Agrégation
30
Résolution
0,175
b
Problème du mur - c'est à
dire :
1D
Plusieurs résistances thermiques
en série
Les ΔT sont proportionnels au
Résistances
0,06
is
T e éq
hc/r ext
T i éq
hc/r int
φ
T p ext
T p int
C'est un problème classique !
Michaël Thienpont
30 octobre 2005
Génie Climatique
Préparation à l'Agrégation
31
Cas de jour
φS
0,175
T ir ciel
b
CAS DE JOUR
0,06
is
S
EXTERIEUR
INTERIEUR
Te
hce
T i éq
hc/r int
φ
T ir sol
T p ext
Michaël Thienpont
30 octobre 2005
T p int
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Préparation à l'Agrégation
32
Mise en équation à l'extérieur
φS
T ir ciel
S
=h ce T p ext −T e hir T p ext −T ir éq − S  S
Te
hce
φ
T ir sol
EXTERIEUR
Michaël Thienpont
30 octobre 2005
T p ext
T ir ciel F p-ciel T ir sol F p-sol
T ir éq =
F p-ciel F p-sol
Génie Climatique
Préparation à l'Agrégation
33
Mise en évidence du ΔTsolaire
=h ce T p ext −T e hir T p ext −T ir éq − S  S
{
h ce T e hir T ir éq  S  S
−
 =h c/r ext⋅[T p ext −T c/r ext −T so
hc/r ext
h c/r ext
=h c/r ext⋅[T p ext −T e éq ]
Chaque notations a
h c/r ext =hir hce
une signification !
 S S
1
T sol =
hc/r ext
2
T e éq =T c/r ext  T sol
=hc/r ext T p ext −
Michaël Thienpont
30 octobre 2005
3
Génie Climatique
Préparation à l'Agrégation
34
Résolution – classique...
0,175
b
Problème du mur - c'est à
dire :
1D
Plusieurs résistances thermiques
en série
Les ΔT sont proportionnels au
Résistances
0,06
is
T e éq
hc/r ext
T i éq
hc/r int
φ
T p ext
T p int
C'est un problème classique !
Michaël Thienpont
30 octobre 2005
Génie Climatique
Préparation à l'Agrégation
35
Température virtuelle
Inertie introduite par la paroi :
inertie de transmission
inertie d'absorption
Déphasage entre le max de Température
équivalente et le max de charge par la paroi !
Introduction de la température virtuelle
non mesurable
réellement virtuelle
=K T int−T virt 
donné dans des tables (AICVF)
Michaël Thienpont
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Génie Climatique
Préparation à l'Agrégation
36
Inertie sur les charges internes
3 types de charges :
les charges hydriques ==> effet immédiat
les charges convectives ==> effet immédiat
les charges rayonnantes ==> effet différé
Introduction d'un coefficient d'inertie C
Charges = Charges convectives + C*Charges rayonnantes
avec C fonction du temps
Introduction d'un déphasage
Michaël Thienpont
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Génie Climatique
Préparation à l'Agrégation
37
Parois vitrées
Transmission par conduction...
suivant technologie de la fenêtre
...
Rayonnement solaire : calculs complexes...
fonction de l'heure
heure solaire vraie = heure légale-2h
(France métropolitaine, en été)
non traités ici dans le détail
suivant protections
Michaël Thienpont
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Génie Climatique
Préparation à l'Agrégation
38
Rayonnement solaire : paramètres
Michaël Thienpont
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Génie Climatique
Préparation à l'Agrégation
39
Rayonnement
solaire (AICVF)
Michaël Thienpont
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Génie Climatique
Préparation à l'Agrégation
40
Protections des vitrages
Michaël Thienpont
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Génie Climatique
Préparation à l'Agrégation
41
Infiltrations
Pas mesurable facilement
Pas calculable facilement
Pas négligeable pour autant
...
2 cas de figure :
système de climatisation entretien une surpression
laboratoires, rideaux d'air, ...
pas de surpression : bâtiment sous l'influence du vent
utilisation du tableau ci-dessus (grossier)
on néglige en général...
Michaël Thienpont
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Génie Climatique
Préparation à l'Agrégation
42
Renouvellement d'air
Obligatoire (réglementation)
Peut être intégré avec précaution (calcul sur un
bâtiment)
Doit être pris en compte différemment suivant le
système choisi
Michaël Thienpont
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Génie Climatique
Préparation à l'Agrégation
43
Charges internes
présentation de :
Michaël Thienpont
Michaël Thienpont
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Préparation à l'Agrégation
44
Répartition énergétique - détail
Michaël Thienpont
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Génie Climatique
Préparation à l'Agrégation
45
Exemple : Costic
Suivant type de structure
1,0
0,9
Coefficient
0,8
0,7
0,6
Régime permanent
Structure type I
Structure type II ou III
Structure type IV
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0,0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Heure
Michaël Thienpont
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Génie Climatique
Préparation à l'Agrégation
46
Machines & processus
Charges hydriques & latentes
Présence possible de ventilation spécifique
Suivant notice constructeur
Exemple : puissance d'une pompe – étude d'un
local technique.
Michaël Thienpont
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Génie Climatique
Préparation à l'Agrégation
47
Eclairage
Suivant le type d'éclairage
Suivant le type de ventilation
Stratification
Automatisation de l'éclairage...
Inertie...
Ne pas oublier
les systèmes d'allumages (balast)
les transformateur si placés en faux-plafond
Michaël Thienpont
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Génie Climatique
Préparation à l'Agrégation
48
Eclairage - exemple
Michaël Thienpont
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Préparation à l'Agrégation
49
Michaël Thienpont
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Génie Climatique
Préparation à l'Agrégation
50
Occupants
Suivant l'activité
Sensible & latent
Foisonnement ?
Michaël Thienpont
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Génie Climatique
Préparation à l'Agrégation
51
Parois internes
Températures différentes dans des locaux
adjacents
Utilisation (suivant le cas) d'un coefficient pour
« ramener » la température du local adjacent à la
température extérieure
Michaël Thienpont
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Génie Climatique
Préparation à l'Agrégation
52
Application
Le piège du renouvellement d'air
la droite de soufflage
principe (utilisation d'un point fictif)
coefficient j
facteur Sensible / Latent
La méthode Airwell (Agrégation 99)
Michaël Thienpont
30 octobre 2005
Génie Climatique
Préparation à l'Agrégation
53