Exemple d’un calcul du coefficient k.
•Blocs pleins de béton (600 kg/m³):
ep.= 14cm - λ = 0.24 W/mK
•Laine minérale:
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•Notions de base.
•Les trois modes de transfert de chaleur.
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vitrage
clair
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Les gains solaires.
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La règlementation.
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Calcul de f2
f2 pour les fenêtres
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La valeur de η peut être déterminée à l'aide du
graphique ci-contre.
La courbe I3 est valable pour des maisons de
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

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en novembre :
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Influence indirecte.
Le vent.
Le vent.
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Influence indirecte.
he = 8.1 + 3,6 v en W/m² K
Simulations avant conception
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éviter un mauvais scénario
Connaître les performances énergé...
Problèmes posés lors de l’utilisation des outils
•nécessité d’avoir une bonne connaissance en 
thermique
•connaître les hy...
Outils spécifiques
• phénomènes de transfert dans les parois opaques.
• transferts de chaleur dans les surfaces vitrées.
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Modèles.
Méthode  statique - régime permanent ou stationnaire.
•Unizone (méthode des degrés-jours, K-BE)
•multizone (LPB4)...
méthode des degrés-jours équivalents.

DCC = [ ( ks × A) + ( 0.34 × β × V ) ] × DJéqu × 24 × 3600
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DJéqu = ∑ ( Tnc − T...
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Transfert de chaleur dans le bâtiment 02

  1. 1. Exemple d’un calcul du coefficient k. •Blocs pleins de béton (600 kg/m³): ep.= 14cm - λ = 0.24 W/mK •Laine minérale: ep.= ?cm - λ = 0.04 W/mK •Couche d'air moyennement ventilée: ep.= 3cm - Ra = 0.08 m²K/W •Parement en briques (1800 kg/m³): ep.= 9cm - λ = 1.1 W/mK
  2. 2. Les transferts de chaleur dans les bâtiments •Notions de base. •Les trois modes de transfert de chaleur. •Le bilan thermique d ’un bâtiment. •Les pertes thermiques par transmission. •Les pertes thermiques par ventilation. •Les pertes thermiques par rayonnement. •Les gains solaires. •Les gains internes. •La réglementation thermique.
  3. 3. 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.
  4. 4. 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.
  5. 5. 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).
  6. 6. Les gains solaires. Le rayonnement solaire reçu par un bâtiment dépend •du climat et de ses variations journalières et saisonn. •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
  7. 7. Les gains solaires. Influence de l’orientation
  8. 8. 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
  9. 9. Les gains solaires. Capter par les vitrages. Les valeurs indiquées ne sont représentatives que d’un angle d’incidence donné.
  10. 10. Facteur solaire vitrage clair ext. 100 8 6 int. 84 2 86 vitrage absorbant ext. 100 5 37 vitrage réfléchissant int. ext. 100 45 13 int. 58 39 12 46 3 49
  11. 11. 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.
  12. 12. 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 Gris au gris foncé Vert, rouge et brun Brun au bleu foncé Bleu foncé au noir 0,25 à 0,40 0,40 à 0,50 0,50 à 0,70 0,70 à 0,80 0,80 à 0,90
  13. 13. Coefficient d'absorption solaire de différents matériaux. Les nombres indiqués expriment la fraction de rayonnement solaire incident absorbé. Ardoise 0,89 propre 0,55 Béton à moitié propre 0,70 sale 0,80 clair (pin) 0,60 Bois foncé (traité) 0,85 Briques vernissée, blanche 0,26 clair 0,35 Calcaire sombre 0,50 beige 0,54 Grès gris clair 0,62 rouge 0,73 blanc 0,44 Marbre sombre 0,66 Granit rougeâtre 0,55 acier émaillé, blanc 0,45 aluminium poli 0,15 Métaux cuivre, poli 0,18 cuivre, terni 0,64 Plâtre 0,07
  14. 14. 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
  15. 15. Les gains internes.
  16. 16. 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 Logement Bureaux et écoles Construction neuve K55 ou Be 450 valeurs k max K65 Valeurs k max Transformation avec changement d’affectation K65 Valeurs k max K70 Valeurs k max Transformation sans changement d’affectation Valeurs k max Valeurs k max
  17. 17. Valeurs des coefficients kmax Eléments de la superficie de déperdition Fenêtres et autres parois translucides, portes Murs et parois opaques verticales : - entre le volume protégé (VP) et l'air extérieur ou entre le volume protégé et un local non chauffé non à l'abri du gel - entre le volume protégé et un local non chauffé à l'abri du gel - entre le volume protégé et le sol Toiture entre le volume protégé et l'ambiance extérieure ou ensemble de plafond + grenier + toiture Plancher : - entre le volume protégé et l'air extérieur ou entre le volume protégé et un local non chauffé non à l'abri du gel - entre le volume protégé et un local non chauffé à l'abri du gel - entre le volume protégé et le sol Paroi mitoyenne : entre deux volumes protégés ou entre appartements kmax (W/m²K) 3.5 0,6 0,9 0,9 0,4 0,6 0,9 1,2 1
  18. 18. 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.
  19. 19. Tableau K Tableau 1 BE
  20. 20. 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.
  21. 21. 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.
  22. 22. Valeurs de Itmax (W/m²) en mars Orientation S SSE - SSW SE - SW ESE - WSW E-W ENE - WNW NE - NW NNE - NNW N Inclinaison par rapport à l'horizontale 0 15 30 45 60 75 90 138,2 157,5 168,0 172,7 168,5 158,3 140,2 138,2 154,3 164,8 168,0 163,8 151,9 134,0 138,2 150,4 157,7 157,7 151,1 139,3 125,0 138,2 143,2 144,2 141,0 133,7 121,9 107,1 138,2 136,1 132,4 125,3 117,1 105,3 92,8 138,2 127,4 117,4 107,9 97,3 87,1 75,4 138,2 121,1 105,5 92,1 82,3 72,8 58,3 138,2 116,3 92,9 80,1 71,8 63,6 52,0 138,2 111,8 80,7 68,1 61,3 54,8 46,7
  23. 23. Valeurs de Itmax (W/m²) en décembre Inclinaison par rapport à l'horizontale orientation 0 15 30 45 60 75 90 S 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 57,2 SE - 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 33,0 E-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 14,0 NE - 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 7,4 N 21,3 12,3 11,4 10,5 9,7 8,2 6,9
  24. 24. Calcul du facteur d ’ombrage f1. 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.
  25. 25. Le facteur f1 est calculé pour les mois de mars et de décembre.
  26. 26. Calcul du facteur d ’ombrage f2. Façade N E S W θ moy (°) 12 15 11 12
  27. 27. 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>200m droite 2: a=200m droite 3: a=100m droite 4: a=50m droite 5: a=20m
  28. 28. 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>200m droite 2: a=200m droite 3: a=100m droite 4: a=50m droite 5: a=20m
  29. 29. La valeur de η 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).
  30. 30.   Degrés - jours équivalents en novembre : 10,5 °C x 30 j = 315 dj Température moyenne extérieure : Θ em Température de confort : Θ im  Température sans chauffage (avec apports solaires) : Θ sc  Effet des gains internes : Température de non-chauffage Θ nc Saison de chauffe 20 °C 15 10,5 °C 10 Degrésjours éq. en nov. 5 0 Θ im Θ nc Θ sc Θ em 30 jours J A S O N D J F M AM J
  31. 31. Régime statique et régime dynamique. En régime thermique permanent la 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
  32. 32. 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
  33. 33. 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
  34. 34. La température.
  35. 35. La température. Influence directe Influence indirecte
  36. 36. La température.
  37. 37. L’ensoleillement. Influence directe
  38. 38. L ’ensoleillement. Influence directe
  39. 39. L ’ensoleillement. Influence directe
  40. 40. L ’ensoleillement. Influence indirecte.
  41. 41. Le vent.
  42. 42. Le vent. Influence directe. Influence indirecte. he = 8.1 + 3,6 v en W/m² K
  43. 43. Simulations avant conception ⇒ impact de différents scénarios éviter un mauvais scénario Connaître les performances énergétiques d’un  bâtiment nécessite des modèles complexes. Développement de l’informatique ⇒ milliers de  modèles. But premier : nouveaux algorithmes, nouvelles  méthodes, résultats précis.. Actuellement, effort pour rendre ces outils utilisables Outils développés si rapidement ⇒ difficile à suivre et à  comprendre
  44. 44. Problèmes posés lors de l’utilisation des outils •nécessité d’avoir une bonne connaissance en  thermique •connaître les hypothèses •choix des conditions initiales et des conditions  frontières •nature aléatoire de certains imputs ⇒ fournir une réponse dynamique •Outils spécifiques •Outils globaux •Outils destinés à l’enseignement
  45. 45. Outils spécifiques • phénomènes de transfert dans les parois opaques. • transferts de chaleur dans les surfaces vitrées. • phénomènes de transfert de masse  (ventilation,             infiltration): • problèmes du contrôle solaire • microclimat autour du bâtiment • lumière et éclairage naturel dans les bâtiments • systèmes. • composants solaires passifs. • “ passive cooling ” et composants. • confort thermique. • traitement des données climatiques et solaires. • qualité de l’air • “ post-evaluation ” des performances d’un bâtiment
  46. 46. Modèles. Méthode  statique - régime permanent ou stationnaire. •Unizone (méthode des degrés-jours, K-BE) •multizone (LPB4) Méthode dynamique - régime dynamique •unizone (SOLPA1) •multizone (TRNSYS - MBDS)
  47. 47. méthode des degrés-jours équivalents. DCC = [ ( ks × A) + ( 0.34 × β × V ) ] × DJéqu × 24 × 3600 i=n DJéqu = ∑ ( Tnc − Tsc ) i i =1 Gi Tnc = Ti − P mois Janvier 67 Février 72 mars 67 Avril 62 Mai 60 Juin 60 G/Go 0,53 0,55 0,59 0,56 0,66 0,67 G  Tsc = Te +  R ×  G0   mois Juillet 58 Août 62 Septembre 58 Octobre 67 Novembre 68 Décembre 75 G/Go 0.63 0.62 0.69 0.56 0.50 0.52 Mois Janvier 67 Février 72 Mars 67 Avril 62 Mai 60 Juin 60 Juillet 58 Août 62 Septembre 58 Octobre 67 Novembre 68 Décembre 75 R 2.3 3.8 5.6 7.1 7.9 8.2 8.1 7.5 6.5 5.5 3.6 2.1
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