Transcript Thermique Bâtiment

THERMIQUE BÂTIMENT
BILAN THERMIQUE
D’HIVER
JMP
Thermique Bâtiment
1
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
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2
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.
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3
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
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4
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
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5
2. Calcul des déperditions :
2 types de déperditions
 par transmission : DEP
 par renouvellement d’air : DER
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6
2.1 Calcul des déperditions DEP:
Cas 2 : Liaison de
deux parois
Te
2 cas :
Ti
avec Ti>TE
Planchers
intermédiaires
Cas 1 : partie
courante

Cas 1 : en partie
courante
 Cas 2 : au niveau de la
liaison entre
parois
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7
Cas 1 :
Les isothermes sont planes : (c. f.
cours de transfert) :
Tre
T1
Rse
Rth1
Rth2
Rsi
Tri
 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
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8
Cas 1 :
Il vient :
ou :
avec :

Tri  Tre
Rse Rth1Rth2 Rsi
  U Tri  Tre 
1
 Rse  Rth1 Rth2  Rsi
U
U : coefficient de transmission thermique
surfacique de la paroi [W/m2 .°C]
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9
Cas 2 :
Les isothermes sont ne sont plus planes :
JMP
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10
DEP : On considère l’ensemble est équivalent à :
1
l1
Te
Ti
A
U
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
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11
DEP :
1
l1
Te
Ti
A
U
A
DEP
l2
2
DEP  DP Ti  Te 
DP   Ui Ai   i li  
 DP : déperditions pour 1 °C d’écart entre Ti et Te
  : coefficient de transmission thermique
tridimensionnel de la liaison
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DEP :
DP   Ui Ai   i li  
DP  U g A
U g   U i Ai   i li    /  Ai
 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
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13
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.
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14
Valeurs de Te :
 Te à l’altitude 0 m
 puis correction en
fonction de l’altitude
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15
Valeurs de Ti :
JMP
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16
Calcul de U des parois courantes :
Parois avec lames d’air exclues
1  Rsi  Rse   Ru
U
 1/hi : résistance thermique superficielle intérieure
 1/he : résistance thermique superficielle extérieure
 Ru : résistance thermique utile du matériau
 Ru  
e
  R' u
u
 u : conductivité thermique utile du matériau dans
le cas de matériaux homogènes
 e : épaisseur du matériau
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Calcul de Uw des parois vitrées :
U g Ag  U f A f   g l g
Uw 
Ag  A f
 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
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18
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
7 à 8 [W/m2 .°C]
 menuiserie métallique avec
3 à 5 [W/m2 .°C]
 menuiserie bois : de 1.8 à
 menuiserie PVC : de 1.5 à
JMP
coupure thermique : de
coupure thermique : de
2.8 [W/m2 .°C]
2.5 [W/m2 .°C]
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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]
JMP
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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
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21
Ponts thermiques :
 exemple de valeurs de  :
Cas d’une liaison plancher
intermédiaire/mur béton
Isolation intérieure
JMP
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Parois en contact avec des locaux
non chauffés :
Qe
Ugi, Ai
DEP
Ti
Te
Tnc
Uge, Ae
DEP = Ugi Ai (Ti - Tnc)
Tnc ?
JMP
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23
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 :

JMP
échanges de chaleur = 0
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24
Parois en contact avec des locaux
non chauffés :
Qe
Ugi, Ai
DEP
Ti
Te
Tnc
Uge, Ae
Soit :
Ugi Ai (Ti - Tnc) + Uge Ae (Te - Tnc) +
Cv Qe (Te - Tnc) = 0
avec : Cv : chaleur volumique de l ’air
JMP
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25
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
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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)
soit :
ac (Ti - Tnc) = de (Tnc - Te)
 ac : apports pour 1°C d’écart entre Ti et Tnc
 de : déperditions pour 1°C d ’écart entre Tnc et
Te
JMP
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27
Parois en contact avec des locaux
non chauffés :
On définit b t. q. :
et b :
et :
b
Ti  Tnc
Ti  Te
de
b
de  ac
DEP = b.Ugi. Ai (Ti - Te)
 Calcul de b au lieu de Tnc
 valeurs forfaitaires de b
JMP
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28
DEP : Cas général
DEP  b . U g . A Ti  Te 
DEP  b  U . A   . l     . Ti  Te 
 avec b = 1 pour une paroi extérieure
 et b<=1 pour une paroi en contact avec un local
non chauffé
JMP
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29
2.2. RT 2000 : Ubât et Ubât-ref
 Calcul de Ubât :
Ubât = ( U.b.A +  .b.L) /  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)
JMP
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30

Règles TH-U Fascicule 1/5 :
Ubât =
HT
A
=
H D + HS + H U
A
HD = transmissions vers l’extérieur
HS = transmissions vers le sol, vide-sanitaire,
sous-sol…
HU = transmissions vers lnc (autres que HS)
JMP
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31
avec :
HD = i Ai Ui + K lK K + j Xj
Déperditions surfaciques
Déperditions linéïques
Déperditions ponctuelles
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

JMP
i
et
j
bj : coefficient réduction de température
du lnc
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32
et :
Hu = l Hiu x bl

Hiu : coefficient déperdition vers le lnc

bl : coefficient de réduction de température
JMP
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33
 Calcul de Ubât-ref :
 ai Ai +  aj Lj
Ubât-réf =
A
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)
JMP
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34

ai et aj pour les zones H1 et H2
0,23 0,30
0,40
0
0,9
0,7
0,9
0,5
2,0
JMP
1,5
2,4
Thermique Bâtiment
0,30
35

ai et aj pour la zone H3
0,30 0,30
0,47
0
0,9
0,7
0,9
0,5
2,35
JMP
1,5
2,6
Thermique Bâtiment
0,43
36
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)
JMP
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37
 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 parevapeur)
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, ...)
JMP
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38
2.3.1.Condensation superficielle :
 Rappels :
 = 100 %
i
Tri
Ti
 Pas de condensation superficielle si Tsi>Tri

Tr  241  Dros  / 7.625  Dros 
Dros  Log   T / 31.607  0.1311 T 
JMP
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39
Résistance thermique anti-condensation
superficielle :


Ti
i
Te
Tsi
em ei
Rm i
Ti Te
1 1
ei
  Rm 
hi he
i
Tsi  Ti 

hi
 Tsi>=Tri   Rmini
t.q. Tsi = Tri
Ti Te
 iM  hi .Ti Tri  
1 1
eim
  Rm 
hi he
i
 Ti Te
1 1

eim  i 
    Rm  

 hi Ti Tri   hi he
JMP
Thermique Bâtiment
40
 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
JMP
Thermique Bâtiment
41
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

Te
i
Pvse
Pve
Ti
i
Pvsi
Pvi
 Loi de Fick
v
Ti Te

1 1
  Rth1
hi he
Pvi Pve
v 
Rv 1
e1, 1, 1
JMP
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42
Analogie transfert de chaleur-transfert de
vapeur :
Transfert de chaleur
1


Rth
Rv
Ti Te

1 1
 Rth
hi he
Pvi Pve
v 
Rv

JMP
Transfert de vapeur
Ti Te
1 1 n
  Rthi
hi he 1
v 
Pvi Pve
n
 Rv
Thermique Bâtiment
i
1
43
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
Rth 
e

et :
JMP
Rv 
 e Rv T
D
Rv  1.5  10 6  e m2 h Pa / Kg 
Thermique Bâtiment
44
2.3.3. Examen du risque de
condensation dans la masse :
e1, Rth1, Rv1
e2, Rth2, Rv2
 Soit 1 paroi constituée de
2 couches de matériaux
homogènes
JMP
Thermique Bâtiment
45
 Paroi sans pare-vapeur
facteur de
résistance à
la diffusion
Résistance à la
pénétration
de vapeur
épaisseur
Conductivité
[m]
[W/m.°C]
Béton
0.18
2.30
130
35100000
isolant
0.10
0.04
1
150000
Données
[m2.h.Pa/kg]
Hygrométri
e
[%]
Température
[°C]
JMP
Pvs
[Pa]
Intérieur
20
60%
2355
Extérieur
-10
90%
261
Thermique Bâtiment
46
 Tracé de Pv = f(x)
chaleur
U = 0.36
dens. flux = 10.92
vapeur
[W/m2.°C]
2
[W/m ]
Rv = 3.5250E+07
dens. flux = 3.3427E-05
x [cm]
T [°C]
Pvs [Pa]
Pv [Pa]
-3
-10.00
260.81
234.73
0
234.73
1
299.91
2
365.09
3
430.28
4
495.46
5
560.64
6
625.82
7
691.01
8
756.19
9
821.37
10
886.55
11
951.74
12
1016.92
13
1082.10
14
1147.28
15
1212.47
16
1277.65
17
1342.83
18
1408.02
19
1408.52
20
1409.02
21
1409.52
22
1410.02
23
1410.52
24
1411.02
25
1411.52
26
1412.03
27
1412.53
28
31
JMP
[s.m2.Pa/kg]
[kg/m2.h]
1413.03
20.00
2355.05
1413.03
Thermique Bâtiment
47
 Tracé de Pv = f(x)
Pvapeur[Pa]
Paroi sans pare vapeur
2500.00
2000.00
1500.00
Pv
1000.00
500.00
0.00
-10
JMP
0
10
20
30
Thermique Bâtiment
40
épaisseur[cm]
48
 Tracé de Pvs = f(x)
Pvs est une fonction de la température
Pvs  10 2.7877  / 31.607 0.1311   si O[°C]
Pvs  10 2.7877  / 27.952 0.1025   si <O[°C]
 Rappel :
Pv T 

Pvs T 
 Pour tracer Pvs = f(x) il faut d’abord tracer
T=f(x) puis Pvs=f(T)
JMP
Thermique Bâtiment
49
 Tracé de Pvs = f(x)
chaleur
[W/m2.°C]
U = 0.36
dens. flux = 10.92
JMP
[W/m2]
x
T
Pvs
-3
-10.00
260.81
0
-9.56
271.10
1
-9.54
271.75
2
-9.51
272.39
3
-9.48
273.04
4
-9.46
273.69
5
-9.43
274.34
6
-9.40
274.99
7
-9.38
275.64
8
-9.35
276.30
9
-9.32
276.95
10
-9.29
277.61
11
-9.27
278.27
12
-9.24
278.93
13
-9.21
279.59
14
-9.19
280.25
15
-9.16
280.92
16
-9.13
281.58
17
-9.11
282.25
18
-9.08
282.92
19
-6.31
360.13
20
-3.55
456.14
21
-0.78
574.97
22
1.98
707.89
23
4.75
861.17
24
7.52
1043.09
25
10.28
1258.11
26
13.05
1511.28
27
15.81
1808.24
28
18.58
2155.30
31
20.00
2355.05
Thermique Bâtiment
50
 Tracé de Pvs = f(x)
Pvapeur[Pa]
Paroi sans pare vapeur
2500.00
2000.00
1500.00
Pvs
1000.00
500.00
0.00
-10
0
10
20
30
40
épaisseur[cm]
JMP
Thermique Bâtiment
51
 Examen du risque de condensation
Pvapeur[Pa]
Paroi sans pare vapeur
2500.00
2000.00
1500.00
Pvs [Pa]
Pv [Pa]
1000.00
500.00
0.00
-10
0
10
20
Risque de condensation
JMP
30
40
épaisseur[cm]
Thermique Bâtiment
52
 Avec pare-vapeur sur la face chaude de
l’isolant :
facteur de
résistance à
la diffusion
Résistance à la
pénétration
de vapeur
épaisseur
Conductivité
[m]
[W/m.°C]
Béton
0.18
2.30
130
35100000
isolant
0.10
0.04
1
150000
Pare vapeur
Feutre bitumé
avec EAC
1.00E-03
0.23
9.0000E+05
1.3500E+09
Données
[m2.h.Pa/kg]
Température
[°C]
JMP
Hygrométrie
[%]
Pvs
[Pa]
Intérieur
20
60%
2355
Extérieur
-10
90%
261
Thermique Bâtiment
53
 Examen du risque de condensation
Pvapeur[Pa]
Paroi avec pare vapeur
2500.00
2000.00
1500.00
Pvs [Pa]
Pv [Pa]
1000.00
500.00
0.00
-10
JMP
0
10
20
30
40
épaisseur[cm]
Thermique Bâtiment
54
3. Calcul des déperditions DER:
Formulation générale :
DER = Cv . Qt (Tai - Ta)
avec :




JMP
Ta : température de l’air entrant
Tai : température de l’air intérieur = Ti
Qt : débit volumique total d’air entrant
Cv : chaleur volumique de l’air entrant
= O.34 si Qv en m3/h ramené à 20°C
Thermique Bâtiment
55
 Calcul de Qt :
Qt =  . Qv +  . Qs
avec :
 Qv : débit volumique spécifique d’air entrant
dû aux dispositifs de ventilation
 Qs : débit volumique d’air entrant
supplémentaire dû à l’effet du vent
 ,  : coefficients majorateurs fonction du type
de ventilation (naturelle, mécanique)
JMP
Thermique Bâtiment
56
 Cas des locaux d’habitation :
Pour ce type de locaux le mode de détermination
de Qt est donné dans le DTU Règles Th-D ainsi
que dans le DTU Règles Th-G.
La détermination de Qv se fait tout d’abord pour
l’ensemble du logement ainsi que celle des
déperditions par renouvellement d’air de tout le
logement.
Cette déperdition par renouvellement d’air totale
est ensuite répartie dans chaque pièce au prorata
de la perméabilité à l’air de la pièce vis à vis de la
perméabilité totale du logement.
JMP
Thermique Bâtiment
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