Transcript Gain solaire

METHODE « SIMPLIFIEE »
à partir de la méthode CARRIER
Le calcul des apports par ensoleillement d’un bâtiment, prend en compte :
- la transmission de chaleur à travers les parois opaques et les vitrages
- le rayonnement solaire direct et indirect passant au travers des parois vitrées.
La formule générale de calcul des apports est la suivante :
Apports = Σparois_opaques(Gainstransmission_p.o.) + Σparois_vitrées(Gainstransmission + Gainsensoleillement)
Avec :
•
•
Σparois opaques(Gainstransmission p.o.) : la somme des apports par conduction et
convection au travers des différentes parois opaques (W)
Σparois vitrées(Gainstransmission + Gainsensoleillement) : la somme des apports par
conduction et convection d’une part, et par rayonnement d’autre part au travers
des différents vitrages (W)
1- Transmission de chaleur à travers les parois opaques
Σparois opaques( Gainstransmission p.o. )
Le gain par transmission à travers les murs et les toitures est donné par la relation
suivante :
Erreur !
Gainstransmission_p.o. = U x S x ∆Teq
avec :
-
U: coefficient de transmission surfacique global (W/m².°C)
S : surface de la paroi opaque (m²)
∆Teq : Différence de température équivalente (°C)
Les gains de chaleur par les parois extérieures (mur et toiture) sont calculés à l’heure où
ils atteignent leur maximum. Les gains dépendent à la fois :
• de la différence de température entre l’air intérieur et l’air extérieur.
• du fait que les faces extérieures des parois absorbent en partie le rayonnement
solaire.
Pour tenir compte de ces 2 phénomènes on calcule une température extérieure
équivalente
(La différence équivalente de température est définie comme : la différence entre les
températures de l’air extérieur et de l’air intérieur, qui donnerait lieu au même flux de
chaleur, compte tenu de la différence de température réelle, et de l’effet de
l’ensoleillement sur la face extérieure).
1
Elle s’obtient grâce à la formule suivante :
∆Teq = a +∆Tes + b x Rs / Rm x ( ∆Tem – ∆Tes )
Les différents termes de l’équation:
• Coefficient a (°C)
Ce coefficient se détermine à partir du Tableau 2. Il corrige la différence de température
entre l’extérieur et l’intérieur de la pièce étudiée. Il est donc fonction de :
- l’écart entre les températures sèches intérieure et extérieure prises à 15
heures pour le mois considéré (Tint – Text à 15 h ; cf. Tableau 3).
- la variation de température sèche extérieure en 24 heures (écart diurne ;
cf. Tableau 1).
• ∆Tes (°C)
Ce terme se détermine grâce aux Tableau 4 (mur) et
Tableau 5 (toit). Il s’agit d’une différence de température équivalente pour une paroi
opaque à l’ombre (= paroi nord). Il dépend de :
- l’inclinaison de la paroi (verticale ou horizontale)
- le poids de la paroi
- l’heure solaire à laquelle sont menés les calculs
Remarque :
le poids de la paroi par m2 de surface pour un immeuble ou une zone
= (Poids des murs extérieure, cloisons, plafonds, ossature ; kg)/(surface conditionnée ;
m2)
• Coefficient b :
Il dépend de la couleur de la face extérieure de la paroi opaque. Si la façade extérieure est
de couleur :
- Sombre (bleu foncé, rouge foncé etc…) alors ........ b = 1
- Moyenne (bleu clair, vert clair etc…) alors .............. b = 0,78
- Claire (blanc, crème etc…) alors ............................. b = 0.55
• ∆Tem (°C)
Ce terme se détermine grâce aux Tableau 4 (mur) et
Tableau 5 (toit). Il s’agit d’une différence de température équivalente d’une paroi opaque
ensoleillée et dépend des mêmes paramètres que ∆Tes:
- inclinaison de la paroi (verticale ou horizontale)
- poids de la paroi
- heure solaire à laquelle sont menés les calculs
• Rm (W/m²)
Ce terme se détermine grâce au Tableau 6. Il correspond à l’ensoleillement maximum
en Juillet à 15 heures légales pour une latitude de 40 ° Nord, qui arrive sur les parois. Il
dépend de :
- la latitude
- le mois considéré pour le calcul
- l’inclinaison de la paroi
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• Rs (W/m²)
Ce terme se détermine grâce au Tableau 6. Il s’agit de l’ensoleillement maximum reçu
par une paroi pour l’heure, le mois et la latitude auxquels sont menés les calculs. Il dépend
de :
- la latitude
- le mois considéré pour le calcul
- l’inclinaison de la paroi
Remarque :
Lorsque la paroi étudiée est à l’ombre, ∆Tem = ∆Tes, et donc, ∆Teq = a + ∆Tes
2- Transmission de chaleur à travers les parois vitrées
Σparois_vitrées(Gainstransmission + Gainsensoleillement)
Les charges au travers d’un vitrage sont calculées de la façon suivante:
Chargesparoi vitrée = Gainstransmission + Gainsensoleillement
2.1. Gains par transmission
Ils se calculent comme suit :
Gainstransmission = Uw x Sv x ∆T
avec :
-
U : coefficient de transmission global du vitrage (W/m².°C)
Sv : surface de la fenêtre (m²)
∆T : différence de température réelle entre l’extérieur et l’intérieur (°C)
2.2. Étude des gains par ensoleillement
Le Tableau 7 donne les gains par ensoleillement des vitrages ordinaires en kcal/(h.m2)
pour les latitudes Nord 40° et 50° pour chaque mois de l’année, à chaque heure du jour et
pour certaines orientations définies (= Gainsensol. vitrage simple).
Ces valeurs sont déterminées en se basant sur quelques hypothèses :
- cadre en bois (surface vitrée = 85 % de l’ouverture dans le mur).
- atmosphère limpide.
- altitude nulle.
Si les hypothèses ne sont pas vérifiées, il faut appliquer aux valeurs du tableau des
coefficients de correction suivants :
- cadre métallique : x 1,17 (surface vitrée = 100 % de la surface
d’ouverture).
- défaut de limpidité dans l’atmosphère : - 15 %.
- altitude : ajouter + 0,7 % par tranche de hauteur équivalente à 300 m.
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Pour le cas de vitres quelconques avec ou sans écran, les gains par ensoleillement
peuvent se calculer à l’aide des relations suivantes :
Gainsensoleillement = Gainsensol .vitrage simple x coefficient « Avec/Sans écran »
Où :
-
les gains par ensoleillement des vitrages simples sont donnés dans le
Tableau 7.
les coefficients correctifs en fonction du type de verre et du type d’écran
sont donnés dans le Tableau 8.
REMARQUE :
Pour tenir compte des « casquettes » qui créent des ombres portées sur les
vitrages (réduction des gains par ensoleillement direct), on considèrera une
réduction des surfaces ensoleillées (au mois de Juin) de :
- Sud : 60 %
- Est/Ouest : 30 %
(Il existe un calcul précis pour ce facteur qui ne fait pas l’objet de cette étude).
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Liste des tableaux
Tableau 1. Conditions de base extérieures été et hiver. ............................................................ 6
Tableau 2 . Coefficient correcteur « a » (pour les murs et le toit) ............................................. 7
Tableau 3. Correction des conditions de base (Text sèche et humide) en fonction du mois
considéré, à 15h, pour le bilan été. ....................................................................................... 8
Tableau 4. Différence équivalente de température en °C pour les murs ensoleillés ( ∆Tem)
ou à l’ombre (∆Tes). ................................................................................................................... 9
Tableau 5. Différence équivalente de température °C pour les toits ensoleillés (∆Tem) ou à
l’ombre (∆Tes). .......................................................................................................................... 13
Tableau 6. Gains maxima par ensoleillement en fonction de la latitude, du mois et de
l’orientation en kcal/(h.m2) ..................................................................................................... 14
Tableau 7. Gains par ensoleillement des vitres ordinaires en kcal / (h.m2). .......................... 15
Tableau 8. Coefficient de correction pour les vitres avec ou sans écran ............................... 22
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Département
(Ville)
Conditions de
base normales
été, juillet 15h
Température
Sèche
(°C)
Alpes Maritimes
(Nice)
Bouches du
Rhône (Marseille)
32
Humide
(°C)
23.5
Ecart
diurne
moyen
(°C)
Conditions
de base
normales
hiver
Altitude
(m)
Latitude
(N)
8.2
-2
3
43°30
34
21.5
12.6
-5
3
43°31
Calvados (Caen)
26
18.5
10.6
-7
66
49°10
Côte d’or (Dijon)
31
20.5
12
-10
220
47°15
Corse (Ajaccio)
35
23
12
-2
4
41°55
Gard (Nîmes)
35
22.5
13.2
-5
98
43°50
32
20.5
12.6
-5
151
43°37
28
19.5
12.2
-5
35
48°04
Loire (St Etienne)
31
19.5
13.6
-8
399
45°32
Meurthe et
Moselle (Nancy)
29
19
11
-11
203
48°12
Nord (Lille)
28
18.5
11
-9
55
50°34
31
21.5
13.6
-8
329
45°48
31
22.5
11
-4
43
42°44
31
20
13.4
-8
216
46°18
28
19.5
10.3
-9
57
50°08
32
22.5
12.7
-2
28
43°06
Haute Garonne
(Toulouse)
Ille et Vilaine
(Rennes)
Puy de Dôme
(Clermont
Ferrand)
Pyrénées
Orientales
(Perpignan)
Soane et Loire
(Macon)
Somme
(Abbeville)
Var (Toulon)
Tableau 1. Conditions de base extérieures été et hiver.
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= écart diurne
Tableau 2 . Coefficient correcteur « a » (pour les murs et le toit)
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Tableau 3. Correction des conditions de base (Text sèche et humide) en
fonction du mois considéré, à 15h, pour le bilan été.
* l’écart de température annuel est la différence entre la température sèches de base
été et hiver.
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Tableau 4. Différence équivalente de température en °C pour les murs ensoleillés ( ∆Tem) ou à l’ombre (∆Tes).
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Tableau 4. Différence équivalente de température en °C pour les murs ensoleillés ( ∆Tem) ou à l’ombre (∆Tes).
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Tableau 4. Différence équivalente de température en °C pour les murs ensoleillés ( ∆Tem) ou à l’ombre (∆Tes).
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Tableau 4. Différence équivalente de température en °C pour les murs ensoleillés ( ∆Tem) ou à l’ombre (∆Tes).
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Tableau 5. Différence équivalente de température °C pour les toits ensoleillés (∆Tem) ou à l’ombre (∆Tes).
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Tableau 6. Gains maxima par ensoleillement en fonction de la latitude, du mois
et de l’orientation en kcal/(h.m2)
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Tableau 7. Gains par ensoleillement des vitres ordinaires en kcal / (h.m2).
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Tableau 7. Gains par ensoleillement des vitres ordinaires en kcal / (h.m2).
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Tableau 7. Gains par ensoleillement des vitres ordinaires en kcal / (h.m2).
17
Tableau 7. Gains par ensoleillement des vitres ordinaires en kcal / (h.m2).
18
Tableau 7. Gains par ensoleillement des vitres ordinaires en kcal / (h.m2).
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Tableau 7. Gains par ensoleillement des vitres ordinaires en kcal / (h.m2).
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Tableau 7. Gains par ensoleillement des vitres ordinaires en kcal / (h.m2).
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Tableau 7. Gains par ensoleillement des vitres ordinaires en kcal / (h.m2).
Type de verre
Sans
écran
Stores Vénitiens
extérieur
Stores Vénitiens
intérieur
Couleur
Couleur
Claire
Moyen.
Clair
Moyen.
Vitrage simple ordinaire
1
0.15
0.13
0.56
0.65
Double vitrage (avec vitres
ordinaires)
0.9
0.14
0.12
0.54
0.61
Tableau 8. Coefficient de correction pour les vitres avec ou sans écran
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