THERMIQUE BÂTIMENT BILAN THERMIQUE D’HIVER. 1. Généralités :. But du bilan : déterminer la puissance des émetteurs de chauffage à installer dans chaque local Calculer la température minimale dans les locaux non chauffés (pbs liés au gel, ...)
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1. Généralités : • But du bilan : • déterminer la puissance des émetteurs de chauffage à installer dans chaque local • Calculer la température minimale dans les locaux non chauffés (pbs liés au gel, ...) • effectuer les calculs réglementaires de thermique d’hiver Thermique Bâtiment
Conditions de calcul : On se place dans les conditions les plus défavorables : • ensoleillement nul • pas d'apports internes gratuits • on considère alors la température extérieure constante Les calculs s’effectuent donc en régime permanent. Thermique Bâtiment
P Q r Ti = cste> Te (hiver) Te = cste P P’ Ti’ Ti • p : flux de chaleur échangé par transmission • Q : débit de renouvellement d’air pénétrant dans le local • r : flux de chaleur échangé par renouvellement d’air • P : Puissance de chauffage Bilan thermique : P = p + r Thermique Bâtiment
On appelle déperdition de chaleur le flux « perdu » par le local compté >0 P = déperditions On appelle déperditions de base les déperditions calculées de manière réglementaire à l’aide de 2 D.T.U. : • D.T.U. Règles Th-D : calcul des déperditions de base • D.T.U. Règles Th-bât Thermique Bâtiment
2. Calcul des déperditions : • 2 types de déperditions • par transmission : DEP • par renouvellement d’air : DER Thermique Bâtiment
Cas 2 : Liaison de deux parois Te Ti avec Ti>TE Planchers intermédiaires Cas 1 : partie courante 2.1 Calcul des déperditions DEP: • 2 cas : • Cas 1 : en partie courante • Cas 2 : au niveau de la liaison entre parois Thermique Bâtiment
T1 Tri Tre Rth1 Rth2 Rsi Rse Cas 1 : Les isothermes sont planes : (c. f. cours de transfert) : • Rse : résistance thermique superficielle extérieure • Rsi : résistance thermique superficielle intérieure • Rth1 : résistance thermique du matériau • Rth2 : résistance thermique du matériau • Tre : température résultante extérieure • Tri : température résultante intérieure Thermique Bâtiment
Cas 1 : Il vient : ou : avec : U : coefficient de transmission thermique surfacique de la paroi [W/m2 .°C] Thermique Bâtiment
Cas 2 : Les isothermes sont ne sont plus planes : Thermique Bâtiment
DEP : On considère l’ensemble est équivalent à : 1 l1 Te Ti U A A DEP l2 2 • A : surface intérieure de la paroi • U : coefficient de transmission thermique surfacique de la paroi • li : longueur de la liaison • i : coefficient de transmission thermique linéique de la liaison Thermique Bâtiment
DEP : 1 l1 Te Ti U A A DEP l2 2 • DP : déperditions pour 1 °C d’écart entre Ti et Te • : coefficient de transmission thermique tridimensionnel de la liaison Thermique Bâtiment
DEP : • Ug : coefficient de transmission thermique surfacique global de la paroi • seul élément de comparaison pour juger de l’efficacité d ’une paroi vis à vis de la thermique d’hiver Thermique Bâtiment
Valeurs de Te : • Température extérieure de base : C’est la température moyenne journalière qui n’est pas dépassée en moyenne plus de 5 fois par an sur une période de 50 ans. Thermique Bâtiment
Valeurs de Te : • Te à l’altitude 0 m • puis correction en fonction de l’altitude Thermique Bâtiment
Calcul de U des parois courantes : • Parois avec lames d’air exclues • 1/hi : résistance thermique superficielle intérieure • 1/he : résistance thermique superficielle extérieure • Ru : résistance thermique utile du matériau • u : conductivité thermique utile du matériau dans le cas de matériaux homogènes • e : épaisseur du matériau Thermique Bâtiment
Calcul de Uw des parois vitrées : • Ag : plus petite des aires visibles du vitrage • Af : aire de la menuiserie • lg : périmètre du vitrage • Ug : coefficient surfacique en partie centrale du vitrage • Uf : coefficient surfacique moyen de la menuiserie • i : coefficient linéique de la liaison vitrage - profilé Thermique Bâtiment
Uw des parois vitrées : exemples de valeurs • Ug : • 4+12+4 - clair : Ug = 2.8 [W/m2 .°C] • 4+16+4 - faiblement émissif : Ug = 1.8 [W/m2 .°C] • 4+16+4 - faiblement émissif haute performance: Ug = 1.6 [W/m2 .°C] • Uf : • menuiserie métallique sans coupure thermique : de 7 à 8 [W/m2 .°C] • menuiserie métallique avec coupure thermique : de 3 à 5 [W/m2 .°C] • menuiserie bois : de 1.8 à 2.8 [W/m2 .°C] • menuiserie PVC : de 1.5 à 2.5 [W/m2 .°C] Thermique Bâtiment
Uw des parois vitrées : exemples de valeurs • Uw : double vitrage • fenêtre bois : Uw de 1.8 à 2.9[W/m2 .°C] • fenêtre métallique avec coupure thermique : de 2.2 à 3.8 [W/m2 .°C] • fenêtre PVC : de 1.7 à 2.4 [W/m2 .°C] Thermique Bâtiment
Ponts thermiques : valeurs des • 5 familles de liaisons courantes : • avec plancher bas • avec plancher intermédiaire • avec plancher haut • entre parois verticales • entre menuiseries et parois opaques • 3 modes d’isolation : • intérieure • extérieure • répartie Thermique Bâtiment
Ponts thermiques : • exemple de valeurs de : Cas d’une liaison plancher intermédiaire/mur béton Isolation intérieure Thermique Bâtiment
Qe Ugi, Ai DEP Te Tnc Ti Uge, Ae Parois en contact avec des locaux non chauffés : DEP = Ugi Ai (Ti - Tnc) Tnc ? Thermique Bâtiment
Parois en contact avec des locaux non chauffés : Tnc : température d’équilibre du local non chauffé t.q. en régime permanent, pour le local non chauffé : apports de chaleur = déperditions ou : échanges de chaleur = 0 Thermique Bâtiment
Qe Ugi, Ai DEP Te Tnc Ti Uge, Ae Parois en contact avec des locaux non chauffés : Soit : Ugi Ai (Ti - Tnc) + Uge Ae (Te - Tnc) + Cv Qe (Te - Tnc) = 0 avec : Cv : chaleur volumique de l ’air Thermique Bâtiment
Parois en contact avec des locaux non chauffés : • On obtiendra donc dans le cas d ’un nb n de locaux non chauffés contigus un système de n équations à n inconnues • pb : • Cv : dépend de la température. Si Qe en m3/h et ramené à 20°C alors : Cv = 0.34 [W.h/m3.°C] • Qv : difficile à estimer Thermique Bâtiment
Parois en contact avec des locaux non chauffés : Si un seul local non chauffé en contact avec des locaux chauffés à la même température Ugi Ai (Ti - Tnc) = Uge Ae (Tnc - Te) + Cv Qe (Tnc - Te) ac (Ti - Tnc) = de (Tnc - Te) soit : • ac : apports pour 1°C d’écart entre Ti et Tnc • de : déperditions pour 1°C d ’écart entre Tnc et Te Thermique Bâtiment
DEP : Cas général • avec b = 1 pour une paroi extérieure • et b<=1 pour une paroi en contact avec un local non chauffé Thermique Bâtiment
2.2. RT 2000 : Ubât et Ubât-ref • Calcul de Ubât : Ubât = (S U.b.A + SY.b.L) / S A U = coefficient de déperdition surfacique associé à la surface A de la paroi déperditive = coefficient de déperdition linéique associé à la longueur L de la liaison b = coefficient de réduction de température (b=1 si paroi extérieure et b<1 si paroi sur local non chauffé) Thermique Bâtiment
HT HD + HS + HU • Ubât = = • A A • HD = transmissions vers l’extérieur • HS = transmissions vers le sol, vide-sanitaire, sous-sol… • HU = transmissions vers lnc (autres que HS) • Règles TH-U Fascicule 1/5 : Thermique Bâtiment
HD = i Ai Ui + K lK K + j Xj Déperditions surfaciques Déperditions linéïques Déperditions ponctuelles avec : HS = i Ai Uei + j Aj Uej bj • Ai : aire intérieure du sol donnant sur l’extérieur • Aj : aire intérieure du sol donnant sur lnc • Uei et Uej : coefficient transmission surfacique « équivalents » des parois i et j • bj : coefficient réduction de température du lnc Thermique Bâtiment
et : Hu = l Hiu x bl • Hiu : coefficient déperdition vers le lnc • bl : coefficient de réduction de température Thermique Bâtiment
Calcul de Ubât-ref : S ai Ai + aj Lj Ubât-réf = SA ai (i de 1 à 7) et aj (j de 8 à 10) = fonction de la zone climatique Ce sont des sortes de coefficients U et de référence ou « de droit à déperdre » (cf. arrêté article 10) Thermique Bâtiment
0,23 0,30 0,40 0 0,9 0,7 0,9 0,5 0,5 1,5 2,4 2,0 0,30 • aiet aj pour les zones H1 et H2 Thermique Bâtiment
0,30 0,30 0,47 0 0,9 0,7 0,9 0,5 0,5 1,5 2,6 2,35 0,43 • aiet aj pour la zone H3 Thermique Bâtiment
2.3. Mise en œuvre de l’isolation : • 4 critères principaux sont à respecter lors de la mise en œuvre de l’isolant : • Critère 1 : Pas de condensation sur les surfaces intérieures et recherche d’une bonne homogénéité de la température de surface intérieure afin d’éviter les phénomènes de thermophorèse (solutions : continuité de l’isolant, traitement des ponts thermiques) Thermique Bâtiment
4 critères principaux sont à respecter lors de la mise en œuvre de l’isolant : • Critère 2 : Pas de condensation dans la masse des matériaux (solution : mise en place de pare-vapeur) • Critère 3 : Stabilité dans le temps des matériaux d’isolation • Critère 4 : Les matériaux « isolants thermiques » ne doivent pas créer de désordre pour ce qui est des autres fonctions de la paroi (esthétique, sécurité incendie, ...) Thermique Bâtiment
= 100 % i Tri Ti 2.3.1.Condensation superficielle : • Rappels : • Pas de condensation superficielle si Tsi>Tri Thermique Bâtiment
Ti i Te Tsi em Rm ei i • Résistance thermique anti-condensation superficielle : • Tsi>=Tri Rmini t.q. Tsi = Tri Thermique Bâtiment
Autres mesures : • Ventilation : apport d’air neuf froid donc « sec » (contenant peu de vapeur d’eau en hiver) • Dans les pièces à production intermittente de vapeur d’eau : mise en place de revêtements à fort volant hygrométrique (exemple : plâtre) en observant tout de même des temps de séchage convenables Thermique Bâtiment
Te i Pvse Pve Ti i Pvsi Pvi v e1, 1, 1 2.3.2. Condensation dans la masse : • Cheminement capillaire de l ’eau : • mise en place de barrières étanches à l ’eau • Transfert de vapeur (loi de FICK) : • Loi de Fourier • Loi de Fick Thermique Bâtiment
Avec : • Rth : résistance thermique • Rv : résistance à la diffusion de vapeur • : facteur de résistance à la diffusion de vapeur du matériau : rapport de la résistance à la diffusion de vapeur d’un matériau donné par rapport à celle de l’air et : Thermique Bâtiment
e1, Rth1, Rv1 e2, Rth2, Rv2 2.3.3. Examen du risque de condensation dans la masse : • Soit 1 paroi constituée de 2 couches de matériaux homogènes Thermique Bâtiment
si <O[°C] si O[°C] • Tracé de Pvs = f(x) • Pvs est une fonction de la température • Rappel : • Pour tracer Pvs = f(x) il faut d’abord tracer T=f(x) puis Pvs=f(T) Thermique Bâtiment
