1/6 DEPERDITIONS THERMIQUES I Généralités

DEPERDITIONS THERMIQUES
I
Généralités.......................................................................................................................... 2
II Eléments à prendre en compte ........................................................................................... 2
III
Déperditions par les parois ............................................................................................. 2
III.1 Transmission surfaciques ........................................................................................... 2
III.2
Ponts thermiques ........................................................................................................ 3
III.3
Transmission par les parois opaques .......................................................................... 4
IV
Déperditions par renouvellement d'air ........................................................................... 4
IV.1 Relations générales..................................................................................................... 5
IV.2
Infiltrations ................................................................................................................. 5
IV.3
Débit d'air introduit .................................................................................................... 5
IV.4
Débit d'air extrait excédentaire................................................................................... 5
V Calcul du coefficient bu ...................................................................................................... 5
VI
Prise en compte de l'intermittence du chauffage ............................................................ 6
DEPERDITIONS THERMIQUES
Thierry DUSART
1/6
I
II
Généralités
L'objectif de ce chapitre est de déterminer les déperditions thermiques de base de chaque
pièce pour connaître les besoin en chauffage.
Pour cela, il conviendra de faire le bilan thermique de chaque pièce. Ce bilan défini par une
norme européenne : NF EN 12831.
Hypothèses :
• Le local chauffé est en régime permanent.
• La température dans la pièce est uniforme.
• Les bâtiments ont une hauteur sous plafond <5m
Données :
• Les plans du bâtiment
• Le cahier des charges techniques particulières (CCTP) où l'on trouve la composition des
parois, les températures à respecter, la situation géographique….
• La réglementation
Eléments à prendre en compte
Les déperditions n'existent que s'il y a une différence de température. Le premier élément
important est de connaître la température dans chaque pièce chauffée et la température
extérieure. Ces températures figurent dans le CCTP ou à défaut dans la norme. Elles sont
appelées :
• températures extérieures de base : température résultante sèche utilisée comme
référence. Elle dépend du type de local : 19°C pour les habitations.
• températures intérieures de base : la température la plus basse se produisant au moins 5
fois par an. On détermine sa valeur à l’aide de mesures effectuées sur 20 ou 30 ans.
température dans le département donné au niveau de la mer et d’une correction liée à
l’altitude.
Le transfert thermique se fait par les parois opaque (murs, plancher, plafond) donnant sur
l'extérieure et par les parois donnant sur un local de température plus basse (chauffé ou
non).
L'air entrant dans les pièces est également une perte thermique (l'air entre à la température
extérieure et est extrait à la température intérieure).
Deux calculs à mener :
• les pertes par les parois de la pièce i: φT,i en W
• les pertes par renouvellement d'air de la pièce i: φV,i en W
Le bilan de la pièce est :
φT,i = φT,i + φV,i en W
Le processus de calcul est défini par le document
III Déperditions par les parois
III.1 Transmission surfaciques
III.1.a Parois opaques verticales
U=
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1
en W/m²°C
Rth
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avec Rth = rsi + rse +
•
•
•
e
∑ λ + ∑r
en m²°C/W
Les différentes valeurs sont à prendre dans les règles Th-U, si elles ne sont pas
définies dans le CCTP.
rsi et rse sont données dans le fascicule 1/5.
Les valeurs de λ sont données dans le fascicule 2/5.
Les valeurs de r sont données dans le fascicule 4/5.
III.1.b Parois vitrées et portes
Les différents valeurs sont à chercher dans le fascicule 3/5.
Les parois vitrées sont composées d’un vitrage et d’une menuiserie.
• Ug : coefficient de transmission du vitrage qui dépend de la composition du double
vitrage, du gaz de remplissage (air, argon ou Krypton)et de la qualité de l’émissivité du
vitrage.
• Uf : coefficient de transmission si la menuiserie est en PVC ou en alu
• λ: conductivité thermique du bois si la menuiserie est en bois.
On trouve alors dans les tableaux la valeur de Uw : Coefficient de transmission
surfacique de la paroi vitrée.
On trouve également le UW des portes courantes dans un tableau à la fin de ce
fascicule.
III.1.c Parois opaques horizontales
Pour les planchers hauts (plafond) le calcul est le même que pour les parois verticale
(attention aux valeurs de rsi et rse).
Pour les planchers bas, il faut se référer au fascicule 4/5.
En fonction de :
• De la composition du plancher (coefficient U calculé comme une parois normale)
• Du type de plancher (terre plein ou vide sanitaire)
• Du type de sol pour le terre plein (argile ou limon, sable ou gravier, roche homogène)
• De la présence ou non d'isolant périphérique
• De l'isolant en sous face
• Du niveau du terrain naturel par rapport au plancher
•
B'=
2* A
P (A : surface
D'un coefficient caractéristique de la géométrie du plancher :
de la pièce et P le périmètre) unité : le mètre
On trouve, dans des tableaux, la valeur du coefficient de transmission surfacique du
plancher Ue ou on peut faire le calcul complet (fastidieux).
III.2 Ponts thermiques
La géométrie de la pièce ainsi que des ruptures de continuité de l'isolant génère des
pertes supplémentaires : les ponts thermiques ψ (W/m°C).
Il y a rupture possible de la continuité de l'isolation dans les cas suivants :
• Angles entrants ou sortant
• Liaisons porteurs verticaux avec porteur horizontaux
• Liaison menuiserie avec les murs
On détermine la valeur des ponts thermiques dans le fascicule 5/5.
La perte par un pont thermique dépend de la longueur de la liaison.
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•
•
•
Pour déterminer le pont thermique, il faut connaître parfaitement la technologie de la
liaison.
Le fascicule est structuré de la façon suivante :
Table des matières : chapitre III renvoie aux familles de liaisons.
Chaque première page de chaque famille donne la liste des liaisons disponibles dans la
famille et renvoie à la liste des technologies de liaison
La première page est en fait une table des matière et renvoie à la page correspondant au
calcul du pont thermique.
III.3 Transmission par les parois opaques
III.3.a Déperditions par transmission
HT,i = HT,ie + HT,iue + HT,ig + HT,ij en W/°C
Avec :
• HT,ie : coefficient de déperdition par transmission de l'intérieur vers l'extérieur. HT,ie =
ΣAk*Uk*ek + Σll*ψl*el : Ak est la surface en m² et Uk le coefficient transmission
thermique en W/m²°C de la parois k donnant sur l'extérieure, et ll la longueur en m et
ψl le pont thermique en W/m°C de la liaison l. Les coefficients ek et el sont égaux à 1.
• HT,iue : coefficient de déperdition par transmission de l'intérieur vers un local non
chauffé. HT,iue = ΣAk*Uk*bu + Σll*ψl*bu : Ak est la surface en m² et Uk le
coefficient transmission thermique en W/m²°C de la parois k donnant sur le local non
chauffé, et ll la longueur en m et ψl le pont thermique en W/m°C de la liaison l. Le
coefficient bu est un coefficient de réduction de température donné souvent dans des
tableaux (voir plus loin).
• HT,ig : coefficient de déperdition par transmission par le sol.
• HT,ig = fg1*fg2*(ΣAk*Ue,k)*Gw en W/°C
• fg1 = 1.45 pour l'instant : prise en compte de la variation annuelle de la température
extérieure.
• Gw = 1 si la nappe phréatique est à plus de 1 sinon, Gw = 1.15 : prise en compte de la
présence d'eau souterraine.
f g2 =
•
•
θ int, i − θ m ,e
θ int, i − θ e
: prise en compte de la différence entre la température du local et
température moyenne annuelle.
HT,ij : coefficient de déperdition par transmission de l'intérieur vers un local chauffé à
une température différente. HT,iue = ΣAk*Uk*fij + Σll*ψl*fij : Ak est la surface en m²
et Uk le coefficient transmission thermique en W/m²°C de la parois k donnant sur le
local non chauffé, et ll la longueur en m et ψl le pont thermique en W/m°C de la liaison
l. Le coefficient fij est un coefficient de réduction de température donné par :
f ij =
θ int, i − θ lc
θ int, i − θ e
III.3.b Puissance échangée par les parois
ΦT,i = HT,i * (θint,i - θe) en W
IV Déperditions par renouvellement d'air
Ces pertes proviennent des infiltrations d'air (perméabilité des parois), de l'entrée
d'air neuf et de l'excédent d'air extrait (ventilation).
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Φ V , i = H V , i * (θ int, i − θ e ) (W)
avec H V , i = 0.34 * qV , i (W/°C) (qvi en m3/h)
IV.1 Relations générales
Si il n'y a pas de système de ventilation, qV,i = max(qV,inf,i ; qV,min,i)
où qv,min,i = nmin*Vi (voir tableau)
Dans le cas contraire :
qV , i = qV , inf, i + qV , SU , i * f V , i + qV , mech, inf, i
•
•
•
•
avec :
qV,inf,i : débit d'infiltration au travers des parois.
qV,Su,i : débit d'air introduit dans la pièce.
qV,mech,inf,i : débit d'air extrait excédentaire.
fv,i : facteur de réduction de température donné par la formule suivante :
f ij =
θ int, i − θ su ,i
θ int, i − θ e
IV.2 Infiltrations
q v inf, i = 2 * Vi * n50 * e i * ε i (m3/h)
•
•
•
•
Vi est le volume intérieur de la pièce (m3)
n50 est le taux de renouvellement d'air de la pièce (voir tableau)
ei est un facteur qui prend en compte l'exposition du bâtiment (voir tableau)
εi est un facteur qui prend en compte l'effet de l'altitude (voir tableau)
IV.3 Débit d'air introduit
Ce débit est fourni par le concepteur du système de ventilation, si celui-ci est connu.
Sinon, on effectue le calcul de déperdition de renouvellement d'air comme pour une
installation n'ayant pas de système de ventilation.
IV.4 Débit d'air extrait excédentaire
qV , mech , inf = max(qVextrait − qV , SU ;0 ) et qV , mech ,inf, i =
Vi
* qV ,mech ,inf
Vtotal
Pour les bâtiments résidentiels, qv,Su est souvent pris égal à 0. On majore le débit
excédentaire.
V
Calcul du coefficient bu
Le coefficient bu est le facteur de réduction de température prenant en compte la
différence de température entre le local non chauffé et la température extérieure.
Il s'obtient en faisant le bilan thermique du local non chauffé.
bu =
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(θ
(θ
in , i
in , i
−θu )
− θe )
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Local
chauffé à
θin,i
φiu
Local non
chauffé à
θu
φue
Extérieur à
θe
Le régime est permanent donc : φiu = φue
φiu = Hiu*(θin,i - θu) [W]
φue = Hue*(θu - θe) [W]
avec :
• Hiu : coefficient de déperditions totales (parois et renouvellement d'air) en W/°C du
local chauffé vers le local non chauffé.
• Hue coefficient de déperditions totales (parois et renouvellement d'air) en W/°C du local
non chauffé vers l'extérieur.
Hiu*(θin,i - θu) = Hue*(θu - θe)
Hiu*(θin,i - θu) = Hue*(θu +θin,i -θin,i - θe)
(Hiu +Hue)*(θin,i - θu) = Hue*(θin,i - θe)
bu =
H ue
(H in,i + H ue )
La réglementation donne des valeurs forfaitaires par défaut.
VI Prise en compte de l'intermittence du chauffage
La nuit, le chauffage fonctionne en mode réduit (abaissement de la température intérieure
de consigne). Lors du retour en mode normal, le chauffage doit être surpuissant pour que
la consigne soit atteinte dans un temps raisonnable. Cette surpuissance est appelée
surpuissance de relance. Elle dépend de l'inertie du bâtiment, du temps de la période du
ralenti (<8h pour le résidentiel et <48h pour le non résidentiel) et du temps de relance.
Dans la plupart des cas on peut utiliser une méthode simplifiée pour calculer la relance
(sauf si le bâtiment est à ossature légère, comme le bois).
La surpuissance φRH se calcule avec la relation : φRH = Ai * fRH
• Ai est la surface de plancher de la pièce (m²)
• frh est un facteur correctif donné dans un tableau (W/m²).
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