Transcript Thermique Bâtiment

THERMIQUE BÂTIMENT
Module Équipement
Technique 1 : ET1
K:\public\enseignement\semC\ETB\Module ET1
K:\Docs\RT2000
JMP
ET1-Thermique Bâtiment-05/06
1
Module ET 1
Thermique Bâtiment
Responsable du module : Pallier Jean-Marie -Tél : 04 72 69 21 21 - Mel : [email protected]
Parcours:
DUT Génie Civil
Place dans le parcours
Semestre C – UE : Sciences et Technologie 3
Finalité du module
Tronc commun
Pré–requis nécessaires :
- P 1, P 2, P3, P4
Heures : 28 h de cours
2 h de contrôle
10 h de travail personnel
Modalités d’évaluations :
- Contrôle de synthèse
- Compte-rendus de Travaux Pratiques
JMP
Crédits : 2
coefficient 0.6
coefficient 0.4
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2
Programme
Niveau d’acquisition des connaissances
Objectifs (compétence - savoir faire)
 Connaître les bases de la RT2000
 Connaître les bases du confort thermique
 Savoir effectuer le bilan thermique d’hiver d’un bâtiment
 Savoir calculer une puissance de chauffage
 Connaître les bases du transfert d’humidité
 Savoir concevoir une installation de VMC
 Avoir des notions de thermique d’été et connaître l’approche
environnementale
Information
Communicati
on
Maîtrise
X
X
X
X
X
X
JMP
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THERMIQUE BÂTIMENT
Généralités
JMP
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4
Généralités :
PANORAMA DES
ENERGIES
JMP
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5
Tableau de conversion
Energie
Charbon
Houille
Coke de houille
Agglomérés de lignite
Lignite
Produits pétroliers
Pétrole/fioul
GPL
Essence
Fioul lourd
Coke de pétrole
Electricité (moyenne)
Unité
GJ (PCI)
tep (PCI)
1t
1t
1t
1t
26
28
32
17
0.619
0.667
0.762
0.405
1t
1t
1t
1t
1t
1 MWh
42
46
44
40
32
9.33
1
1.095
1.048
0.952
0.762
0.222
Bois
1 stère
6.17
0.147
Gaz naturel
1 MWh PCS
3.24
0.077
1 GJ = 277.78 kWh
JMP
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6
Consommation d’énergie en
France (chiffres 2004)
Consommation totale d’énergie : 216
Mtep (+70%/1973)
 Croissance (-0.1 %)
 Résidentiel-tertiaire : 46.7%
 Transport : 24.9%
 Industrie : 28.8 %
 Agriculture : 1.6%

JMP
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7
Secteur résidentiel et
tertiaire





Electricité : 33 %
Gaz naturel : 30 %
Pétrole : 23 %
Energies renouvelables
principalement)
Charbon : 1%
JMP
:
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13
%
(Bois
8
Part du secteur résidentiel
et tertiaire en Europe







Royaume Uni : 50 %
Norvège : 49 %
Hollande : 46 %
France : 46 %
Allemagne : 43 %
Italie : 30 %
U. E. : 40 %
JMP
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9
Répartition de la
consommation du secteur
résidentiel en France




JMP
Chauffage : 55 %
E.C.S. : 16 %
Cuisine : 6 %
Electricité : 22 %
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10
Gaz à effet de serre




JMP
CO2 : 60 %
CH4 + NOx : 20 %
Ozone (troposphère) : 10 %
CFC : 5 %
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11
Émission de CO2 (en t/hab)
Pays
USA
Europe
Chine
Russie
Japon
Extrême-Orient
Amérique Latine
Afrique
France
JMP
2002
5.36
2.02
0.7
2.85
2.58
0.57
0.54
0.24
1.68
Ecart 90-2002
+1.5%
-18.3%
+28.1%
-23.5%
+15.2%
+27%
+15.9%
+2.1%
+1.6%
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12
Émission de CO2 en France
Total : 105 Millions de tonnes en 2003




JMP
Secteur résidentiel et tertiaire : 26 %
Transport : 39 %
Industrie-Agriculture : 21 %
Conférence de Kyoto : réduction de 5 %
de la production de gaz à effet de serre
en 2010/1990 dans 38 pays développés
(France - 8%)
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Projections
(en Mtep)
1973
2003
2030
Charbon
Pétrole
Gaz naturel
Electricité
28
121
13
8
4
4
9
13
93
40
115
6
99
13
25.2
108
67.4
116.7
10.1
106.6
22.5
180
171.3
275
473
339
680
-Hydrau+éol.
-Nucléaire
E. renouvelables
Consommation Totale
Consommation d’électricité
(en TWh)
JMP
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QUALITE DE L’AIR
VENTILATION
JMP
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 Qualité de l’air :
JMP
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16
 Nécessité de ventiler :
Maintien des conditions de teneur en poussière
et en produits gazeux compatibles avec les
conditions de confort thermique et acoustique
 Moyen :
 évacuation de l’air vicié
 apport d’air neuf « propre »
Types de ventilation :
 naturelle
 simple flux
 double flux
JMP
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Critères de selection :
JMP
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18
1. Cas de l’habitat :
Arrêté de 82 :








JMP
ventilation générale et permanente
entrée d’air dans les pièces principales
extraction dans les pièces techniques
circulation de l ’air des pièces principales vers
les pièces techniques
débits d ’extraction minimaux imposés en
fonction du nb de pièces principales, de la
nature et du nb des pièces de service
des systèmes de régulation de débit fonction
de la pollution
exigences acoustiques et de sécurité incendie
exigences liées au type de combustible (VMC
gaz)
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1. Cas de l’habitat :
Arrêté de 82 :
Débits extraits minimaux
Débits extraits (m3/h at 20°C)
W.C.
NB de pièces Cuisine S. Bains Autre
principales
S. Bains Unique Multiple
JMP
1
2
75
90
15
15
15
15
15
15
15
15
3
4
105
120
30
30
15
15
15
30
15
15
5 et plus
135
30
15
30
15
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20
Arrêté de 82 :

Débits d’extraction minimaux si dispositifs
individuels de réglage
3
Débit total minimal (m /h)
Débit minimal en cuisine

2
60
30
6
120
45
7
135
45
Débits minimaux si dispositifs mécaniques de
réglage fonction de la pollution de l’air intérieur
Débit total minimal (m 3/h)
JMP
1
35
20
Nb de pièces principales
3
4
5
75
90
105
45
45
45
1
10
2
10
Nb de pièces principales
3
4
5
15
20
25
ET1-Thermique Bâtiment-05/06
6
30
7
35
21
1. Cas de l’habitat : exemples de
solutions

V.M.C.
– entrées d’air dans les
pièces principales 
– extraction dans les
pièces de service 
– Bonne étanchéité à
l ’air des parois
extérieures
JMP
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VMC Simple flux

Principe :
JMP

 : ventilateur

 : Réseau d’extraction

 : Bouche d’extraction

 : Bouche d’entrée d’air
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23
V.M.C. Simple flux

Equipements :




: Bouche d’extraction réglable


: entrée d ’air autoréglable


: ventilateur

JMP
ET1-Thermique Bâtiment-05/06
24
Entrée d’air autoréglable :

– débit indépendant de la
pression du vent et de
l ’effet de thermo-siphon
Entrée d'air [30m3/h]
60
Débit [m3/h]
Forte perte de charge
50
40
30
20
10

0
0
JMP
20
40
60
80
Différence de pression [Pa]
100
Possibilité de traitement
acoustique
ET1-Thermique Bâtiment-05/06
25
Bouche d’extraction autoréglable
Fonctionnement
Quand p croit la
membrane silicone
se dilate

 réduction de la
section
Débit d'air [m3/h]
Bouche d'extraction [45-135m3/h]
160
140
120
100
80
60
40
20
 débit constant
50
JMP
:
100
150
Différence de pression[Pa]
200
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26
Perméabilité à l’air des ouvrants


JMP
Classement des fenêtres et des portes en fonction
du débit pénétrant sous différentes valeurs de p
Classement des coffres de volet roulant en
fonction du débit pénétrant sous différentes
valeurs de p
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Ventilation double-flux

JMP
Principe :

 : échangeur de chaleur :

 : ventilateur d’extraction

 : ventilateurd’insulflation

 : réseaux
il permet de transférer la
chaleur de l’air extrait à
l’air neuf. Il peut être
thermodynamique (PAC)
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Ventilation hygro-réglable

JMP
Principe :

 : ventilateur

 : Réseau d’extraction

 : Bouche d’extraction réglable

 : Bouche d’entrée d’air réglable
ET1-Thermique Bâtiment-05/06
29
Ventilation hygro-réglable

Equipements :








: Bouche d’extraction
autoréglable
: entrée d’air
autoréglable
: ventilateur

JMP
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30
Ventilation hygro-réglable
 Fonctionnement
entrées d’air:


des
 débit d ’air controlé par
un volet  couplé avec une
tresse  dont la longeur
dépend de l ’humidité de
l ’air intérieur et de l ’air
extérieur
 2 positions : plaine et
montagne
JMP
ET1-Thermique Bâtiment-05/06
31
Ventilation hygro-réglable
 Fonctionnement
des
bouches d’extraction :
Lorsque l ’humidité diminue
la membrane silicone se
dilate

 diminution de la section
 diminution du débit
2 positions : plaine et
montagne
JMP
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32
Ventilation hygro-réglable

JMP
ventilateur :
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33
Ventilation hygro-réglable

Fonctionnement :
Nuit
Jour
JMP
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34
2. Cas des bâtiments de bureaux :
Circulaire de 78 :
 locaux à pollution non spécifique
 locaux à pollution spécifique
 valeurs du débit minimal d ’air neuf à
introduire définit par occupant en
fonction de la destination du local. Ex :
locaux de bureaux : 18 m3/h et par
occupant (air à 20°C, 1.2 kg/m3), idem
pour les locaux universitaires
JMP
ET1-Thermique Bâtiment-05/06
35
Cas des bâtiments de bureaux :
Exemples de solutions
VMC simple flux
JMP
ET1-Thermique Bâtiment-05/06
36
Cas des bâtiments de bureaux :
Exemples de solutions
VMC double flux
JMP
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37
RT 2000
JMP
ET1-Thermique Bâtiment-05/06
38
Généralités : Bilan d’hiver
p : flux de chaleur échangé par
transmission
P
Q  r
Ti = cste> Te (hiver)
Te = cste
Q : débit de renouvellement
d’air pénétrant dans le local
P
r : flux de chaleur échangé par
P’
renouvellement d’air
Ti’  Ti
P : Puissance de chauffage
Bilan thermique : P = p + r
JMP
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39
Généralités : Bilan d’hiver
On appelle déperdition de chaleur le flux « perdu » par le local
compté >0
P =

déperditions = DEP + DER
DEP : déperditions par les parois
DER : déperditions par renouvellement d’air
DP : déperditions par les parois pour 1°C d’écart entre Ti et Te
DR : déperditions par renouvellement d’air pour 1°C d’écart entre
Ti et Te
JMP
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40
RT2000
…UN PEU D’HISTOIRE
• les réglementations précédentes
1974 coef. G résidentiel DEPERDITIONS
1976 coef. G1 non résidentiel DEPERDITIONS
1980 label haute isolation (résidentiel)
DP  DR
G
V
JMP
DP
G1
V
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RT2000
…UN PEU D’HISTOIRE
• les réglementations précédentes
1982 coef. G et B résidentiel BESOINS
1983 labels HPE & solaires (résidentiel)
B
Besoins (CH  ECS ) Déperditio ns  Apports gratuits

V
V
JMP
ET1-Thermique Bâtiment-05/06
42
RT2000
…UN PEU D’HISTOIRE
• les réglementations précédentes
1988 coef. GV, BV et C résidentiel
CONSOMMATIONS
(reconduction HPE)
coef. G1 non résidentiel DEPERDITIONS
Consommati ons Besoins rendements
C

V
V
JMP
ET1-Thermique Bâtiment-05/06
43
RT2000
ENJEUX :
Pourquoi une nouvelle réglementation ?
 lutter
contre l’effet de serre et économiser
l’énergie
 maîtriser les charges
 améliorer le confort
 simplifier pour mieux appliquer
 favoriser la compétitivité des industriels
français
JMP
ET1-Thermique Bâtiment-05/06
44
RT2000
ENJEUX :
Effet de serre et économies d’énergie



accords internationaux (Rio et Kyoto)
1/4 du CO2 en France dû aux bâtiments
le secteur du neuf comme entraînement de
l’ancien
JMP
ET1-Thermique Bâtiment-05/06
45
RT2000
ENJEUX :
Maîtriser les charges


maîtrise du coût global, charges financières et
d’exploitation comprises
réglementation performancielle pour tendre à
optimiser les coûts de construction
JMP
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46
RT2000
ENJEUX :
Améliorer le confort
• en hiver, limiter les effets de parois froides,
les infiltrations et les points froids (ponts
thermiques)
• en été, assurer une ambiance supportable en
bâtiment non climatisé
JMP
ET1-Thermique Bâtiment-05/06
47
RT2000
ENJEUX :
Simplifier pour mieux appliquer



JMP
nombre de textes réduit
même règle pour le résidentiel et le tertiaire
recours à un logiciel d’application ou à une
solution technique
ET1-Thermique Bâtiment-05/06
48
RT2000
REPONSES :
Rehaussement des exigences
 à hauteur des bonnes pratiques en résidentiel
 le tertiaire hissé au niveau du résidentiel
De nouveaux gisements d’économies
 les ponts thermiques, la perméabilité à l’air et
en 2003, la climatisation
 non résidentiel : les systèmes de chauffage,
d’ECS et d’éclairage
JMP
ET1-Thermique Bâtiment-05/06
49
RT2000
DES PROGRES NOTABLES :


JMP
Logement
 jusqu ’à -20% par rapport au règlement de
1988
 de 0 à - 5% par rapport aux pratiques
actuelles
Non résidentiel
– jusqu ’à - 50% par rapport au règlement de
1988
– de 0 à -20% par rapport aux pratiques
actuelles
ET1-Thermique Bâtiment-05/06
50
RT2000
LES TEXTES :
– décret RT 2000 (29/11/2000; JO
30/11/2000) réformant le CCH
– arrêté RT 2000 d’application (29/11/2000;
J.O 30/11/2000) décrivant les exigences
– arrêté (01/12/2000) donnant les méthodes
de calcul fournies par le bulletin officiel
(fascicules spéciaux n°2007 : Th-C n°2007bis : Th-E, décembre 2000)
JMP
ET1-Thermique Bâtiment-05/06
51
RT2000
MODALITES :
Champ d’application
(décret n°2000-1153 du
29/11/2000, article 2 relatif à la modification de la section IV
du chapitre 1er du titre 1er du Code de la Construction et de
l ’Habitation)
Applicable depuis le 2 juin * à tous les bâtiments
neufs résidentiels et non résidentiels, sauf :
les
bâtiments dont la température intérieure  12°C
les bâtiments climatisés ou chauffés en raison d’un
processus industriel
les piscines, patinoires et bâtiments d’élevage
(*) date du dépôt de permis de construire
JMP
ET1-Thermique Bâtiment-05/06
52
RT2000
MODALITES :
Se conformer aux exigences suivantes:
 limitation des consommations
C  C ref
 limitation de l’inconfort d’été
Tic  Tic ref
 performances minimales ou garde-fous dont :
Ubât  1.3 Ubât-ref . Ce coefficient caractérise les
qualités d’isolation thermique des différentes
parois du bâtiment
JMP
ET1-Thermique Bâtiment-05/06
53
RT2000
MODALITES :
2 modes d’application adaptés à des acteurs
différents

Calculs

Application d’une solution technique agréée
JMP
ET1-Thermique Bâtiment-05/06
54
RT2000
Références et garde-fous sur :








JMP
l’isolation
les apports solaires
la perméabilité à l ’air
la ventilation
le chauffage
l’eau chaude sanitaire
l’éclairage
la climatisation
ET1-Thermique Bâtiment-05/06
55
RT2000
Les Labels HPE :






Applicable à l’habitat et au tertiaire
2 niveaux de performance :
C < Cref – 8% = niveau HPE
C < Cref – 15% = niveau THPE
facteur d’innovation et préfiguration de la RT
2005
mêmes types d’organismes certificateurs que
pour les anciens labels
JMP
ET1-Thermique Bâtiment-05/06
56
RT2000
Demain :


JMP
en 2003, la prise en compte des consommations
de climatisation (pas encore faite)
la RT 2005 :
– même méthode de calcul
– capitalisation des innovations issues des labels
HPE
– renforcement des exigences ponts thermiques
ET1-Thermique Bâtiment-05/06
57
RT2000
Sujets à traiter :

enveloppe

ventilation

chauffage

eau chaude sanitaire

éclairage (non résidentiel)
JMP
ET1-Thermique Bâtiment-05/06
58
RT2000
Avant / Après :
RT 88
RT 2000
 Isolation de référence fonction de
 Isolation de référence indépendante
l’énergie

de l’énergie
Calcul par logement (résidentiel)

ou par bâtiment (tertiaire)

secteurs
Coefficients GV (résidentiel) ou G1

Coefficients GV ou G1 : exigence
réglementaire
JMP
Coefficient Ubât pour tous les
secteurs
(tertiaire)

Calcul par bâtiment pour tous les

Coefficient Ubât : simple étape de
calcul du coefficient C
ET1-Thermique Bâtiment-05/06
59
RT2000
Ubât remplace GV et G1

Ubât
– caractérise l’effort d ’isolation
– est indépendant de la ventilation
– représente les déperditions par les parois du
bâtiment divisées par la surface des parois
déperditives
– intègre les ponts thermiques
– tient compte des pertes vers les locaux non
chauffés
– est exprimé en [W/(m².K)]
JMP
ET1-Thermique Bâtiment-05/06
60
RT2000
Calcul de Ubât-ref
 ai Ai +  aj Lj
Ubât-réf =
A
ai (i de 1 à 7) et aj (j de 8 à 10) = coefficients U
et  de référence ou « droit à déperdre »
(cf. arrêté article 10)
JMP
ET1-Thermique Bâtiment-05/06
61
RT2000
Ubât-ref
Surfaces
a1 murs
a2 combles
a3 terrasses
a4 plancher bas
a5 portes
a6 baies sans fermetures
a7 baies avec fermetures
Liaisons périphériques
a8 planchers bas
a9 planchers intermédiaires
a10 planchers hauts
JMP
H1 & H2
H3
0,40
0,23
0,30
0,30
1,50
2,40
2,00
0,47
0,30
0,30
0,43
1,50
2,60
2,35
0,50
0,7 maisons
0,9 autres
0,7 maisons
0,9 autres
0,50
0,7 maisons
0,9 autres
0,7 maisons
ET1-Thermique Bâtiment-05/06
0,9 autres
62
RT2000
Calcul de Ubâtref 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
ET1-Thermique Bâtiment-05/06
0,30
63
RT2000
Les garde-fous
Toiture
sous comble et rampants U <0,30
toitures terrasses béton U < 0,36
autres toitures U < 0,47
Mur
U<0,47
Ponts thermiques moyens
planchers hauts, bas,
intermédiaires
Maisons:  <0,99
Collectifs:  < 1,1
Autres  < 1,35 en 2004
JMP
2,9
Fenêtre
Portes fenêtres
Façades rideaux
Uw < 2,9
Plancher bas
sur extérieur U <0,36
sur vide sanitaire U < 0,43
sur terre plein:
1,5 m isolation périphérique
R > 1,4
ET1-Thermique Bâtiment-05/06
64
RT2000
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
ET1-Thermique Bâtiment-05/06
65
RT2000
REGLES Th-U : Ubat
Th-U
Fascicule 1/5
COEFFICIEN
T Ubât
Th-U
Th-U
Th-U
Th-U
Fascicule 2/5
Fascicule 3/5
Fascicule 4/5
Fascicule 5/5
MATERIAUX
PAROIS
VITREES
PAROIS
OPAQUES
PONTS
THERMIQUE
S
l
JMP
Uw
Up
ET1-Thermique Bâtiment-05/06
, 
66
Généralités :
CONFORT THERMIQUE
JMP
ET1-Thermique Bâtiment-05/06
67
Définitions :




Confort thermique : sensation complexe produite
par un système de facteurs physiques,
physiologiques et psychologiques conduisant
l'individu à exprimer le bien être de son état.
L'insatisfaction, source d'inconfort, peut être
globale ou locale.
La sensation de confort thermique demeure
personnalisée.
Une ambiance confortable est une ambiance
dans laquelle l'individu peut maintenir constante
sa température corporelle (homéothermie) sans
avoir recours de manière perceptible à des
mécanismes thermorégulateurs de lutte contre
le chaud ou le froid.
JMP
ET1-Thermique Bâtiment-05/06
68
1. Notions de métabolisme :
Le corps humain est un moteur thermique :
QI
QII
Source chaude :
Source froide :
aliments ingérés
ambiance
W
M = Mth + W
JMP
et
Rth<20%
ET1-Thermique Bâtiment-05/06
69
Valeurs :
Activité
Sommeil
Assis au repos
Travail de
laboratoire
Enseignement
Activité
domestique
Secrétariat
Gymnastique
Tennis
Squash
Assis, écriture
M (W)
75
105-110
170
Mth (W)
75
105-110
170
W (W)
0
0
0
170
180
170
180
0
0
125
360
480
750
125
125
330
450
700
125
0
30
30
50
0
JMP
ET1-Thermique Bâtiment-05/06
70
2. Les échanges thermiques du
corps humain avec l'ambiance :
Convection respiratoire
Ecr
Perspiration de la peau
Eps
Humidité respiratoire
Ecr
Sudation
Esd
Convection
Ecv
Rayonnement
Ery
Conduction
Ecd
JMP
ET1-Thermique Bâtiment-05/06
71
2.1. Ecv : convection à la surface du corps
Modèle du Prof. FANGER
Ecv = hcv . Scv . (Tv - Ta)
 hcv : coefficient d'échange convectif entre le corps et l'air ambiant
hcv = max [ 2.38 (Tv - Ta)0.25 ; 12.06 Va0.5 ]
Va : vitesse de l'air
 Scv : surface du corps soumise aux échanges convectifs
Scv = Fv SD
SD : Surface du corps humain (SD = 0.203 . p0.425 . t0.725)
p : poids en kg
t : taille en m
Fv : facteur de vêture ( Fv = 1 + 0.77 Rv)
Rv : résistance de la vêture
JMP
ET1-Thermique Bâtiment-05/06
72
2.1. Ecv : convection à la surface du corps
Modèle du Prof. FANGER
Ecv = hcv . Scv . (Tv - Ta)
 hcv : coefficient d'échange convectif entre le corps et l'air ambiant
 Scv : surface du corps soumise aux échanges convectifs
 Tv : température du vêtement, fonction notamment de la
température cutanée, du métabolisme thermique et de la
résistance de la vêture
 Ta : température de l'air ambiant
JMP
ET1-Thermique Bâtiment-05/06
73
Valeurs de la résistance de vêture Rv :
Tenue
Nu
Maillot de bain
Tenue d'été
Tenue d'intérieur d'hiver
JMP
Rv
(m2.°C/W)
0
0.008
0.077
0.155
Rv (clo)
ET1-Thermique Bâtiment-05/06
0
0.5
1
74
2.2. Ecv : rayonnement à la surface du
corps
Ery = hry . Sry . (Tv - Trm)
 hry : coefficient d'échange radiatif entre la surface du corps et les
parois environnantes ( de l'ordre de 5.75 W/ m2.°C)
 Sry : surface du corps échangeant par rayonnement
Sry = Fp Fv SD (Fp : facteur postural)
SD : Surface du corps humain
 Trm : température radiante moyenne
Trm = Tsi Si /  Si
Tsi : température de la surface Si
JMP
ET1-Thermique Bâtiment-05/06
75
2.3. Ecr : convection respiratoire
Chaleur sensible de l’air expiré :
Ecr = 1.4 103 . Mth . (34 - Ta)
2.4. Ehr : rejet d’humidité respiratoire
Chaleur latente évacuée par l’air expiré :
Ehr = 1.72 10-5 . Mth . (5886 - Pv)
 Pv : pression partielle de vapeur d’eau de l’air ambiant, liée à
l’humidité relative par :  = Pv/Pvs avec Pvs : pression de vapeur
saturante fonction de Ta
JMP
ET1-Thermique Bâtiment-05/06
76
2.5. Eps : perspiration
Diffusion de vapeur au travers de la peau
Fonction de l’humidité de l’air ambiant
2.6. Ecd : échange par conduction
Limité dans l’habitat à l’échange entre les pieds et
le sol
 négligeable
JMP
ET1-Thermique Bâtiment-05/06
77
2.7. Esd : sudation
Transfert de chaleur et de masse vers l’ambiance
proportionnel à l ’activité du sujet
Esd = 0.42 (Mth - 105)
 si Esd>47[W] alors la sudation devient sensible et
inconfortable
 si Mth = 220 [W] : astreinte sudorale limite
 sudation : mécanisme thermorégulateur de lutte
contre le chaud
JMP
ET1-Thermique Bâtiment-05/06
78
3. Équation d’équilibre :
Elle traduit l’équilibre des échanges du moteur
thermique corps humain avec l’environnement en
négligeant le travail mécanique.
Mth = Ecr + Ehr + Eps + Ecd + Ecv + Ery + Esd
Confort thermique si :
 Esd <= 47 [W]
 pas de frisson
JMP
ET1-Thermique Bâtiment-05/06
79
3. Équation d’équilibre :
Mth = Ecr + Ehr + Eps + Ecd + Ecv + Ery + Esd
Le confort thermique dépend donc de 2 types de
paramètres :
ceux liés à l’individu :
Métabolisme fonction de l’activité
Résistance de vêture

ceux liés à l’ambiance :
Température de l’air : Ta
Température radiante moyenne des parois : Trm
Vitesse de l’air : Va
Humidité relative de l’air : a
JMP
ET1-Thermique Bâtiment-05/06
80
4. Température résultante sèche :
Cas des espaces chauffés par un système
statique qui n’agit que sur Ta et Trm :
Ecv + Ery = hcv. SD (Tv - Ta) + hry. SD (Tv - Trm)
= h . SD (Tv - Trs)
et :
hry.Trmhcv.Ta
Trs 
hryhcv
Cas de l’habitat : Trs = .55 Trm + . 45 Ta
JMP
ET1-Thermique Bâtiment-05/06
81
4. Température résultante sèche :
Cas de l’habitat : Trs = .55 Trm + . 45 Ta
Trs  (Trm + Ta)/2
Mesure : Thermomètre résultant : Sphère
« noire » de 12 cm de diamètre
Température opérative :
Ta = Trm = Trs = Top
JMP
ET1-Thermique Bâtiment-05/06
82
5. Vote moyen prévisible :
Défini comme le vote moyen d’un groupe
d’individus sur l’échelle de confort suivante
Pmv
3
2
1
0
-1
-2
-3
Sensation thermique
Très chaud
Chaud
Légèrement chaud
Neutre
Légèrement froid
Froid
Très froid
Pourcentage mini d’insatisfaits :
P.P.D.min = 5%
JMP
ET1-Thermique Bâtiment-05/06
83
6. Exemples :
Paramètres d’ambiance :
Température d’air
: 22 °C
Temp. moyenne des parois
: 22 °C
Vitesse de l’air
: 0.12 m/s
Humidité relative
: 50%
Paramètres d’ambiance :
Température d’air
Temp moyenne des parois
Vitesse de l’air
Humidité relative
Paramètres d’usagers :
Métabolisme thermique :125 W
Résistance de la vêture : 1 clo
Paramètres d’usagers :
Métabolisme thermique : 125 W
Résistance de la vêture : 0.5 clo
Déperditions :
Convection
Rayonnement
Convection respiratoire
Perspiration
Sudation
Chaleur latente respiratoire
Total : 123.39 W
Déperditions :
Convection
Rayonnement
Convection respiratoire
Perspiration
Sudation
Chaleur latente respiratoire
Total : 123.73 W
Paramètres de confort :
Température de vêtement
P.M.V : 0.05
P.P.D. :5 %
Sensation thermique : Neutre
JMP
: 40.96 W
: 40.68 W
: 2.09 W
: 21.71 W
: 8.17 W
: 9.78 W
: 26.8 °C
Paramètres de confort :
Température de vêtement
P.M.V : 0.04
P.P.D. : 5%
: 25 °C
: 25 °C
: 0.12 m/s
: 50%
: 41.72 W
: 42.78 W
: 1.57 W
: 20.26 W
: 8.17 W
: 9.21 W
: 30.2 °C
Sensation thermique :Neutre
ET1-Thermique Bâtiment-05/06
84
Paramètres d’ambiance :
Température d’air
: 19 °C
Temp moyenne des parois : 19 °C
Vitesse de l’air
: 0.12 m/s
Humidité relative
: 50%
Paramètres de confort :
Température de vêtement
P.M.V : -0.6
P.P.D. :13 %
: 25.1 °C
Sensation thermique : Légèrement froid
Paramètres d’usagers :
Métabolisme thermique
Résistance de la vêture
Déperditions :
Convection
Rayonnement
Convection respiratoire
Perspiration
Sudation
Chaleur latente respiratoire
Total : 145.88 W
JMP
:125 W
: 1 clo
: 51.76 W
: 50.16 W
: 2.62 W
: 22.94 W
: 8.17 W
: 10.26W
ET1-Thermique Bâtiment-05/06
85
Paramètres d’ambiance :
Température d’air
: 21 °C
Temp. moyenne des parois
: 17 °C
Vitesse de l’air
: 0.12 m/s
Humidité relative
: 50%
Paramètres d’ambiance :
Température d’air
: 21 °C
Temp moyenne des parois
: 17 °C
Vitesse de l’air
: 0.12 m/s
Humidité relative
: 20%
Paramètres d’usagers :
Métabolisme thermique
Résistance de la vêture
Paramètres d’usagers :
Métabolisme thermique
Résistance de la vêture
:125 W
: 1 clo
: 125 W
: 1 clo
Déperditions :
Convection
: 35.09 W
Rayonnement
: 66.31 W
Convection respiratoire : 2.27W
Perspiration
: 22.14 W
Sudation
: 8.17 W
Chaleur latente respiratoire
: 9.95W
Total : 143.94 W
Déperditions :
Convection
: 35.09 W
Rayonnement
: 66.31 W
Convection respiratoire : 2.27W
Perspiration
: 26.27 W
Sudation
: 8.17 W
Chaleur latente respiratoire
: 11.55W
Total : 149.66 W
Paramètres de confort :
Température de vêtement : 25.1 °C
P.M.V : -0.6
P.P.D. :12 %
Paramètres de confort :
Température de vêtement : 25.1 °C
P.M.V : -0.7
P.P.D. : 16 %
Sensation thermique : Légèrement froid
Sensation thermique : Légèrement froid
JMP
ET1-Thermique Bâtiment-05/06
86
Paramètres d’ambiance :
Température d’air
: 26 °C
Temp moyenne des parois
: 28 °C
Vitesse de l’air
: 0.12 m/s
Humidité relative
: 50%
Paramètres de confort :
Température de vêtement
P.M.V : 0.6
P.P.D. :13 %
: 31 °C
Sensation thermique : Légèrement chaud
Paramètres d’usagers :
Métabolisme thermique :125 W
Résistance de la vêture : 0.5 clo
Déperditions :
Convection
: 40.23 W
Rayonnement
: 25.24 W
Convection respiratoire : 1.4 W
Perspiration
: 19.73 W
Sudation
: 8.17 W
Chaleur latente respiratoire
: 9.01 W
Total : 145.88 W
JMP
ET1-Thermique Bâtiment-05/06
87
7. Normes de confort
Conditions hivernales :
(NF X35-203)
:
PPD<10%
 M = 125 W (activité légère )
 Rv = 0.155 m2°C/W (Tenue d'intérieur d'hiver)
 600 Pa < Pv < 1800 Pa ( Pv : pression de vapeur de l'air ambiant)
 20 °C <= Top <= 24 °C (Top : température opérative de l'ambiance)
et dans la zone d'occupation, zone comprise entre deux plans horizontaux
situés à 10 cm et 1.8 m du sol et non à proximité immédiate des parois :
  Trs entre 10 cm et 1.8 m < 3 °C (différence de température têtepied)
 Température de surface du sol comprise entre 19 et 26 °C
 Vitesse moyenne de l'air Va < 0.15 m/s
 asymétrie de température de rayonnement de surfaces verticales <
10 °C par rapport à un élément plan vertical à 0.6 m au dessus du
sol
 asymétrie de température de rayonnement d'un plafond tiède< 5 °C
par rapport à un élément plan horizontal à 0.6 m au dessus du sol
JMP
ET1-Thermique Bâtiment-05/06
88
7. Normes de confort
Conditions estivales :




(NF X35-203)
:
PPD<10%
M = 125 W (activité légère)
Rv = 0.077 m2°C/W (Tenue d'intérieur d'hiver)
600 Pa < Pv < 1800 Pa ( Pv : pression de vapeur de l'air ambiant)
23 °C <= Top <= 26 °C (Top : température opérative de l'ambiance)
et dans la zone d'occupation, zone comprise ente deux plans horizontaux
situés à 10 cm et 1.8 m du sol et non à proximité immédiate des parois :
  Trs entre 10 cm et 1.8 m < 3 °C (différence de température tête-pied)
 Température de surface du sol comprise entre 19 et 26 °C
 Vitesse moyenne de l'air Va < 0.25 m/s
JMP
ET1-Thermique Bâtiment-05/06
89
THERMIQUE BÂTIMENT
Climatologie
JMP
ET1-Thermique Bâtiment-05/06
90
1.
Le rayonnement solaire :
Repères :
Z
 sol : hauteur du soleil
Zénith
 sol : azimut/Sud
 sol
Y
sol
X
Sud
JMP
conventions :
Nord : sol = –180°
Est : sol = -90°
Ouest : sol = 90°
Sud : sol = 0°
ET1-Thermique Bâtiment-05/06
91
Déclinaison :
Axe de rotation
Direction des
rayons solaires
Plan équatorial
d
Mois
Janvier
Février
Mars
Avril
Mai
Juin
JMP
 d varie de -23°27 ’ à
+23°27 ’
d
-19.83
-10.45
0.35
11.95
20.23
23.45
Mois
Juillet
Août
Septembre
Octobre
Novembre
Décembre
ET1-Thermique Bâtiment-05/06
d
20.42
12.03
0.60
-10.80
-19.98
-23.45
92
Angle horaire et temps :
 ahor : angle compris entre la direction du Sud et
la direction du soleil à l’instant
considéré.
 temps solaire vrai (tsol,v) : défini par
rapport à l’angle horaire ahor :
t sol,v  ahor  180 / 15
 il est midi (tsol,v) lorsque la hauteur du
soleil est maximale
JMP
ET1-Thermique Bâtiment-05/06
93
Temps :
 temps solaire moyen (Tsol,m) :
t sol ,v  t sol,m  EQT
 EQT : équation du temps
Mois
Janvier
Février
Mars
Avril
Mai
Juin
JMP
EQT
-0.19
-0.23
-0.12
0.02
0.06
-0.03
Mois
Juillet
Août
Septembre
Octobre
Novembre
Décembre
EQT
-0.10
-0.05
0.02
0.26
0.23
0.03
ET1-Thermique Bâtiment-05/06
94
Temps :
 temps universel (tuni) : tsol,m au méridien
origine
 Le soleil parcourant 360°/24 = 15°/h,
en un lieu de longitude L il vient :
t sol,m  tuni  L / 15
JMP
ET1-Thermique Bâtiment-05/06
95
Temps :
 temps légal (tleg) : fuseaux horaires de 15°
 Au sein de chaque fuseau le temps légal est le
même
 Toutefois chaque pays a pu définir un décalage
t leg  t uni   hor
 En France :
hor = 1h en heure
d’hiver, 2h
en été
t sol ,v  t leg  EQT   hor  ( L / 15)
JMP
ET1-Thermique Bâtiment-05/06
96
Position du soleil :
sin  sol  sin l  sin d  cos l  cos d  cos ah
cos sol
sin l  cos d  cos ah  cos l  sin d

cos  sol
 l : latitude
 d : déclinaison
 signe de sol = signe de l ’angle horaire
<0 vers Est, >0 vers Ouest
JMP
ET1-Thermique Bâtiment-05/06
97
Diagramme solaire :
LYON Latitude 45°
Nord
80
11 h
10 h
Hauteur
12 h
70
13 h
14 h
60
9h
15 h
50
8h
21-juil
40
30
7h
21-dec
18 h
10
5h
21-sept
17 h
20
6h
21-juin
16 h
19 h
Azimut
0
-150
JMP
-100
-50
0
50
100
ET1-Thermique Bâtiment-05/06
150
98
Constante solaire :
 E0 : éclairement produit sur une surface située
aux confins de l’atmosphère qui reçoit le
rayonnement solaire de manière normale.
Mois
Janvier
Février
Mars
Avril
Mai
Juin
JMP
E0 (W/m2)
1230
1215
1186
1136
1104
1088
Mois
Juillet
Août
Septembre
Octobre
Novembre
Décembre
ET1-Thermique Bâtiment-05/06
E0 (W/m2)
1085
1107
1151
1192
1221
1233
99
Masse atmosphérique :
 mat : grandeur relative traduisant l’épaisseur
d’atmosphère traversée par le
rayonnement solaire. Elle vaut 1 lorsque le
plan récepteur est situé au niveau de la
mer et que le soleil est au zénith.
mat 
pat
101325  sin  sol 
 Pat : pression atmosphérique
JMP
ET1-Thermique Bâtiment-05/06
100
Éclairement direct :
 A incidence ï = 0 on a :
Edir ,0  E0  e
 esol
 esol traduit le trouble de l’atmosphère
esol   dir  mat
 A incidence ï il vient :
Edir  Edir,0  cos î
JMP
ET1-Thermique Bâtiment-05/06
101
Cos î :
 par : inclinaison
î
de la
 par
Normale à la
paroi
paroi
 par : azimut de
par
Plan horizontal
la paroi
/sud
SUD
cos î  cos  sol  cos  par   sol   sin  par  sin  sol  cos  par
JMP
ET1-Thermique Bâtiment-05/06
102
Cos î :
 Paroi horizontale
cos î  sin  sol
 Paroi verticale
cos î  cos  sol  cos  par   sol 
JMP
ET1-Thermique Bâtiment-05/06
103
Éclairement diffus :
 A incidence ï = 0 on a :
Edif ,0  Edir ,0   dif
 A incidence ï il vient :
Edif  1  0.5  sin  par   Edir ,0   dif
JMP
ET1-Thermique Bâtiment-05/06
104
Valeurs :
Mois
Janvier
Février
Mars
Avril
Mai
Juin
dir
0.142
0.144
0.156
0.180
0.196
0.205
dif
0.058
0.060
0.071
0.097
0.121
0.134
Mois
Juillet
Août
Septembre
Octobre
Novembre
Décembre
dir
0.207
0.201
0.177
0.160
0.149
0.142
dif
0.136
0.122
0.092
0.073
0.063
0.057
Éclairement global :
Ee  Edir  Edif
JMP
ET1-Thermique Bâtiment-05/06
105
2.
Les ombres :
 Les masques distants lointains dus au
relief et proches dus aux autres
bâtiments
 Les masques immédiats dus en
particulier au bâtiment sur lui-même.
JMP
ET1-Thermique Bâtiment-05/06
106
Analyse des masques lointains :
JMP
ET1-Thermique Bâtiment-05/06
107
Analyse des masques proches :
Style perpendiculaire à
la façade
A
façade
B
ombre
C
D
AB
AB
AC
CD
DA
: style
= lsty
= ombre du style
= xsty
= zsty
x sty  l sty  tg  sol   par 
tg  sol
z sty  l sty 
cos  sol   par 
JMP
ET1-Thermique Bâtiment-05/06
108
3.
Conditions climatiques :
Température extérieure :
tsol,v < 15h :
 e   e max  0.5   e  cos 15  t sol,v  9  1
tsol,v => 15h :
 e   e max  0.5   e  cos 15  t sol,v  15  1
JMP
ET1-Thermique Bâtiment-05/06
109
3.
Conditions climatiques :
Température extérieure :
emax : température maxi fonction du lieu
emax : écart diurne fonction du lieu
Lyon : emax = 33°C et emax : 11°C et
teneur en humidité : r =0.0112 kg/kgas
JMP
ET1-Thermique Bâtiment-05/06
110
3.
Conditions climatiques :
Température intérieure :
Cf confort : i = 25°C
i de 40% à 65% pour une activité modérée
JMP
ET1-Thermique Bâtiment-05/06
111