Détermination des données climatiques de base pour le

Détermination des données climatiques de base pour le
dimensionnement des installations de refroidissement : Application à
un bâtiment type
O.COULIBALY1, A. OUEDRAOGO1, J. KOULIDIATI1, A. J. GARANE2
RESUME
On détermine dans cette étude, les données climatiques de base que sont la température extérieure et
l’humidité relative pour le dimensionnement des installations de refroidissement. Ces paramètres sont calculés
en utilisant des données de température et d’humidité relative à pas horaire sur la période allant de 1992 à
2006, offertes par la Direction de la Météorologie et de l’Aviation Civile du Burkina Faso. La température et
l’humidité relative de base sont calculées à Ouagadougou pour des fréquences cumulées de 1%, 2.5% et 5%,
inspirées par la méthode ASHRAE en tenant compte du climat national. Ces données de base ont été utilisées
pour le calcul des charges thermiques et les résultats sont comparés avec ceux obtenus par la méthode
simplifiée de bilan thermique de climatisation.
Mots clés : température de base ; humidité de base, Méthode ASHRAE, Bilan thermique de climatisation
1-INTRODUCTION
Au Burkina Faso, on estime que les consommations d’électricité dans les bâtiments publics dues à la
climatisation représentent entre 60 et 75% du total de la consommation dans les bâtiments climatisés [MMCECGE ,2008]. Or, l’utilisation d’un climatiseur nécessite qu’il soit dimensionné et pour cela, il faut connaître les
données climatiques que sont : les températures extérieures de base, les humidités relatives coïncidentes à
prendre en compte pour le calcul des apports calorifiques sensibles et latents des locaux. Dans la version
ASHRAE 1997 les données de base de chauffage de réfrigération et de conditionnement d’air ont été proposées
pour plusieurs pays à travers le monde. On peut citer en Afrique de l’Ouest le Niger, le Mali, le Benin et le
Sénégal [ASHRAE, 1997]. Ces données ne sont pas connues pour le Burkina. C’est pourquoi dans ce travail, nous
déterminons les données de température et d’humidité relative de base pour la ville de Ouagadougou, puis
nous les utilisons pour calculer les puissances de climatisation d’un bâtiment type.
2-METHODE STATISTIQUE
La méthode utilisée s’inspire de la méthode ASHRAE (La Société Américaine pour le chauffage, la réfrigération
et le conditionnement d’air) tout en l’adaptant, aux conditions climatiques de notre pays. Les données de
températures et d’humidités relatives à pas horaires ont été collectées à la Direction Générale de l’Aviation
Civile et de la Météorologie du Burkina sur la période 1992 à 2006. Les fréquences et fréquences cumulées de
températures horaires ont été calculées sur la période chaude (Mars, Avril, Mai, Juin, Octobre) et sur toute
l’année de 1992 à 2006, en tenant compte respectivement des périodes de 0 h à 23 h et de 7h à 18h. Trois
types de températures de base ont été retenues; celles-ci correspondent à une fréquence cumulé de 1%, 2,5%
et 5% pour la saison chaude (3672h) et 0,4%; 1,0% ; 2% sur l’année (8760h). Pour les données de base
concernant l’humidité relative et les amplitudes de température, nous déterminons : La moyenne des
humidités relatives associées aux valeurs des températures extérieures correspondants aux fréquences
cumulées de 1%, 2,5%, 5% et la moyenne des amplitudes journalières pour la période considérée.
1
UO-UFR/SEA; 03 BP 7021 Ouagadougou 03, [email protected];
Direction Générale de l’Aviation Civile et de la Météorologie, 01 BP 576 Ouagadougou 01
2
1
3- APPLICATION A UN BATIMENT
Un modèle simplifié de bilan thermique de climatisation proposé par l’IEPF en zone tropicale a été utilisé
(Claessens J. et al, 2003). Elle se base sur la détermination des heures pendant lesquelles les apports de
chaleur sont maximaux pendant le mois le plus chaud (mois d’avril). La température de base est 40°C et
l’humidité relative de base de 50%. Il est effectué sur un habitat en parpaing creux d’environ 50 m² de surface
dont la façade principale est orientée Est. Elle a été construite dans le cadre du projet dix mille (10 000)
logements sociaux par le CEntre de GEstion des CItés (CE.GE.CI) à Ouagadougou au Burkina. C’est un bâtiment
à 2 chambres – salon et une toilette. Nous supposons alors que le climatiseur est mis en route lorsque la
température intérieure passe au dessus de 27°C avec une humidité relative de 50%. La ventilation et
l’infiltration sont fixées à un volume par heure. Pour l’éclairage, une lampe fluorescente de 8 W/m² est utilisée
par local. Le séjour comporte une télévision de 60 W et un réfrigérateur de 70 W ayant un coefficient
d’utilisation de 100% et un lecteur DVD de 150 W dont le coefficient d’utilisation est fixé à 40%. Le code
CodyBa a été utilisé pour déterminé les charges de climatisation pour les données de base obtenu à partir du
modèle ASHRAE (NOËL J., 2004).
4- RESULTATS
Les résultats du bilan thermique ont servit de comparaison avec les résultats des puissances de climatisation
pour les données de base que nous avons obtenu à partir du modèle ASHRAE (tableau 1 et le tableau 2)
Tableau 1 : Comparaison des résultats obtenus à Ouagadougou à ceux de ASHRAE (1997) de deux pays voisins et de la
Tunisie à Remada (ANER,2003)
Période et ville
(Ouaga)
0h-23h (24h)
Saisonnière
1992-2006
(Ouaga)
7h-18h (12h)
Saisonnière
1992-2006
(Ouaga)
0h-23h (24h)
Annuelle
1992-2006
Tunisie
Remada)
1983-1997
Mali : Par
ASHRAE
(Bamako)
1982-1993
Niger : Par
ASHRAE
(AGADEZ)
1982-1993
Hreb
Latitude
Longitude
Altitude
Fréquence
(%)
Teb(°C)
12,35N
1,52W
296
1,0
2,5
5,0
41,0
40,0
39,0
10,4
12,2
15,0
12,3
12,35N
1,52W
296
1,0
2,5
5,0
41,2
40,5
40,0
10,3
10,8
12,2
12,3
12,35N
1,52W
296
0,4
1,0
2,0
41,3
41,0
40,5
10,3
10,4
11,8
12,8
32,31N
10,40W
300
1,0
2,5
5,0
43,0
41,0
40,0
10,0
12,0
14,0
14 ,4
12,53N
7,95W
381
0,4
1,0
2,0
40,0
39,2
38,3
14,9
16,2
17,9
12,3
16,97N
7,98E
502
0,4
1,0
2,0
42,1
41,4
40,7
09,4
10,3
11,0
12,5
(%)
Amplitude
(°C)
2
Tableau 2 : Puissances de climatisation par les méthodes du bilan thermique et ASHRAE.
Puissance
(W)
Séjour
Chambre1
Chambre2
Ratios
(W/m²)
Séjour
Chambre1
Chambre2
ASHRAE (Jours types)
Bilan
thermique
1%
2,5%
5%
5676,33
2325,25
2408,67
252,84
267,27
276,86
5687,60
2788,00
2812,00
253,35
320,46
323,22
5301,10
2521,00
2556,00
236,13
289,77
293,70
5079,10
2332,00
2369,00
226,24
268,05
272,30
5 - DISCUSSIONS
Lorsque la fréquence croit, la température de base diminue et l’humidité relative de base augmente. Les
valeurs des températures de bases déterminées à Ouagadougou (Latitude 12,35 N) sont dans le même ordre de
grandeur que celles obtenues par ASHRAE selon le modèle défini dans la version 1997 pour les villes de Bamako
(Latitude 12,53 N) au Mali et Niamey (Latitude 13,48 N) au Niger..Les faibles valeurs des humidités relatives
dans ces villes expliquent bien le fait que le climat est sec. Ces valeurs indiquent alors la nécessité d’une
humification de l’air neuf dans le local.
Les valeurs des puissances de climatisation obtenues par le bilan thermique et le modèle ASHRAE sont du
même ordre de grandeur. Comme attendu, on constate que plus la fréquence augmente la puissance
nécessaire pour le dimensionnement d’une installation de climatisation diminue. Le modèle ASHRAE propose
que le choix de l’une ou l’autre des trois données soit laissé à la discrétion du concepteur. Par contre nous
pensons qu’en tenant compte du mode d’occupation des locaux, la valeur à 5% correspond aux locaux à usage
d’habitation, la valeur à 1% aux locaux avec exigence de refroidissement et celle de 2,5% aux locaux à usage de
bureau, comme c’est le cas dans le modèle Tunisien.
6-CONCLUSION
Cette étude a permis de connaître les températures de base et les humidités relatives de base pour le
dimensionnement des installations de refroidissement pour la ville de Ouagadougou au Burkina Faso. Les
charges de climatisation obtenues par la méthode ASHRAE sont de même ordre de grandeur que celles
obtenues par la méthode simplifiée de bilan thermique de climatisation. Cependant, on constate que plus la
fréquence augmente, plus la puissance nécessaire pour le dimensionnement d’une installation de climatisation
diminue. Mais ce travail doit se poursuivre pour d’autres villes du Burkina Faso en vue d’une mise en place
d’une réglementation thermique et énergétique.
REMERCIEMENTS
Nous remercions la Direction de l’Aviation Civile et de la météorologie du Burkina Faso pour avoir mis
gracieusement les données à notre disposition et pour les échanges constructifs
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUE
ANER, 2003, Agence Nationale des Energies renouvelables (Tunisie), réglementation thermique et énergétique
des Bâtiments neufs en Tunisie : Données climatiques de base pour le dimensionnement de chauffage et de
refroidissement, Janvier 2003, 104 pages
ASHRAE Handbook fundamental, SI edition, American Society of Heating, Refrigerating and air Conditioning
Engineers, Climatic design information, chapter 26,1997
Claessens J., COULIBALY Y., Djako T., Gnamke M., Kamognen A., Kemajou A., Koné J. M., N’Diaté A., Sako Koita
M., Stamoukos D., Efficacité énergétique de la climatisation en pays tropicale, Tome 1 : Conception des
nouveaux bâtiments, IEPF, 2003.
MMCE, CGE, 2008, programme de maitrise de la demande d’électricité de l’administration.
NOËL J., 2004, CoDyBA BESTEST Qualification
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