jmp et1-thermique bâtiment-05/061 thermique bÂtiment module Équipement technique 1 : et1...
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JMP ET1-Thermique Bâtiment-05/06 1
THERMIQUE BÂTIMENT
Module Équipement Technique 1 : ET1
K:\public\enseignement\semC\ETB\Module ET1
K:\Docs\RT2000
JMP ET1-Thermique Bâtiment-05/06 2
Module ET 1Thermique Bâtiment
Responsable du module : Pallier Jean-Marie -Tél : 04 72 69 21 21 - Mel : [email protected]
Parcours: Place dans le parcours Finalité du module
DUT Génie Civil Semestre C – UE : Sciences et Technologie 3 Tronc commun
Pré–requis nécessaires :- P 1, P 2, P3, P4
Heures : 28 h de cours2 h de contrôle10 h de travail personnel
Crédits : 2
Modalités d’évaluations : - Contrôle de synthèse coefficient 0.6- Compte-rendus de Travaux Pratiques coefficient 0.4
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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
Niveau d’acquisition des connaissances
Information Communication
Maîtrise
X
X
X
X
X
X
Programme
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THERMIQUE BÂTIMENT
Généralités
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Généralités :
PANORAMA DES ENERGIES
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Tableau de conversionEnergie Unité GJ (PCI) tep (PCI) Charbon Houille Coke de houille Agglomérés de lignite Lignite
1t 1t 1t 1t
26 28 32 17
0.619 0.667 0.762 0.405
Produits pétroliers Pétrole/fioul GPL Essence Fioul lourd Coke de pétrole
1t 1t 1t 1t 1t
42 46 44 40 32
1 1.095 1.048 0.952 0.762
Electricité (moyenne) Bois Gaz naturel
1 MWh 1 stère 1 MWh PCS
9.33 6.17 3.24
0.222 0.147 0.077
1 GJ = 277.78 kWh
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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%
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Secteur résidentiel et tertiaire Electricité : 33 % Gaz naturel : 30 % Pétrole : 23 % Energies renouvelables : 13 % (Bois
principalement) Charbon : 1%
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Part du secteur résidentiel et tertiaire en Europe Royaume Uni : 50 % Norvège : 49 % Hollande : 46 % France : 46 % Allemagne : 43 % Italie : 30 % U. E. : 40 %
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Répartition de la consommation du secteur résidentiel en France
Chauffage : 55 % E.C.S. : 16 % Cuisine : 6 % Electricité : 22 %
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Gaz à effet de serre
CO2 : 60 % CH4 + NOx : 20 % Ozone (troposphère) : 10 % CFC : 5 %
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Émission de CO2 (en t/hab)
Pays 2002 Ecart 90- 2002 USA 5.36 +1.5% Europe 2.02 - 18.3% Chine 0.7 +28.1% Russie 2.85 - 23.5% J apon 2.58 +15.2% Extrême- Orient 0.57 +27% Amérique Latine 0.54 +15.9% Afrique 0.24 +2.1% France 1.68 +1.6%
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Émission de CO2 en FranceTotal : 105 Millions de tonnes en 2003 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-Hydrau+éol.
-Nucléaire
E. renouvelables
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
Consommation Totale
Consommation d’électricité
(en TWh)
180
171.3
275
473
339
680
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QUALITE DE L’AIRVENTILATION
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Qualité de l’air :
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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
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Critères de selection :
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1. Cas de l’habitat :Arrêté de 82 :
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
Cuisine S. BainsUnique Multiple
1 75 15 15 15 15
2 90 15 15 15 15
3 105 30 15 15 154 120 30 15 30 15
5 et plus 135 30 15 30 15
W.C.AutreS. Bains
Débits extraits (m3/h at 20°C)NB de pièces principales
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Arrêté de 82 :
Débits d’extraction minimaux si dispositifs individuels de réglage
1 2 3 4 5 6 735 60 75 90 105 120 13520 30 45 45 45 45 45Débit minimal en cuisine
Nb de pièces principales
Débit total minimal (m3/h)
Débits minimaux si dispositifs mécaniques de réglage fonction de la pollution de l’air intérieur
1 2 3 4 5 6 710 10 15 20 25 30 35Débit total minimal (m3/h)
Nb de pièces principales
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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
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Principe :
VMC Simple flux
: ventilateur
: Réseau d’extraction
: Bouche d’extraction
: Bouche d’entrée d’air
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Equipements :
V.M.C. Simple flux
: Bouche d’extraction réglable
: entrée d ’air autoréglable
: ventilateur
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Entrée d’air autoréglable :
Forte perte de charge
– débit indépendant de la pression du vent et de l ’effet de thermo-siphon
Possibilité de
traitement
acoustique
Entrée d'air [30m3/h]
0
10
20
30
40
50
60
0 20 40 60 80 100Différence de pression [Pa]
Déb
it [
m3/
h]
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Bouche d’extraction autoréglable
Fonctionnement :
Quand p croit la membrane silicone se dilate
réduction de la section
débit constant
Bouche d'extraction [45-135m3/h]
20
40
60
80
100
120
140
160
50 100 150 200Différence de pression[Pa]
Déb
it d
'air
[m
3/h
]
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Perméabilité à l’air des ouvrants
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
Principe :
: échangeur de chaleur :il permet de transférer la chaleur de l’air extrait à l’air neuf. Il peut être thermodynamique (PAC)
: ventilateur d’extraction
: ventilateurd’insulflation
: réseaux
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Ventilation hygro-réglable
Principe : : ventilateur
: Réseau d’extraction
: Bouche d’extraction réglable
: Bouche d’entrée d’air réglable
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Equipements :
Ventilation hygro-réglable
: Bouche d’extraction autoréglable
: entrée d’air autoréglable
: ventilateur
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Ventilation hygro-réglable
Fonctionnement des entrées d’air:
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
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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
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Ventilation hygro-réglable
ventilateur :
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Ventilation hygro-réglable
Fonctionnement :
Jour
Nuit
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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
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Cas des bâtiments de bureaux :Exemples de solutions
VMC simple flux
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Cas des bâtiments de bureaux :Exemples de solutions
VMC double flux
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RT 2000
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Généralités : Bilan d’hiver
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
Ti = cste> Te (hiver)
Ti’ Ti
P
Q r
PP’
Te = cste
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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
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RT2000
…UN PEU D’HISTOIRE
• les réglementations précédentes
1974 coef. G résidentiel DEPERDITIONS1976 coef. G1 non résidentiel DEPERDITIONS1980 label haute isolation (résidentiel)
VDRDPG
VDPG 1
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RT2000
…UN PEU D’HISTOIRE
• les réglementations précédentes
1982 coef. G et B résidentiel BESOINS1983 labels HPE & solaires (résidentiel)
VgratuitsApportsnsDéperditio
VECSCHBesoinsB )(
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RT2000
…UN PEU D’HISTOIRE
• les réglementations précédentes
1988 coef. GV, BV et C résidentiel CONSOMMATIONS
(reconduction HPE)coef. G1 non résidentiel
DEPERDITIONS
VrendementsBesoins
VonsConsommatiC
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RT2000
ENJEUX :
Pourquoi une nouvelle réglementation ?
lutter contre l’effet de serre et économiser l’énergie
maîtriser les chargesaméliorer le confortsimplifier pour mieux appliquer favoriser la compétitivité des industriels
français
JMP ET1-Thermique Bâtiment-05/06 45
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
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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
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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
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RT2000
ENJEUX :
Simplifier pour mieux appliquer
nombre de textes réduit même règle pour le résidentiel et le tertiaire recours à un logiciel d’application ou à une
solution technique
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RT2000
REPONSES :
Rehaussement des exigences à hauteur des bonnes pratiques en résidentiel le tertiaire hissé au niveau du résidentielDe 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 50
RT2000
DES PROGRES NOTABLES :
Logement jusqu ’à -20% par rapport au
règlement de 1988de 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
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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°2007-bis : Th-E, décembre 2000)
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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°Cles bâtiments climatisés ou chauffés en raison d’un processus industrielles piscines, patinoires et bâtiments d’élevage
(*) date du dépôt de permis de construire
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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
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RT2000
MODALITES :
2 modes d’application adaptés à des acteurs différents
Calculs
Application d’une solution technique agréée
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RT2000Références et garde-fous sur :
l’isolation les apports solaires la perméabilité à l ’air la ventilation le chauffage l’eau chaude sanitaire l’éclairage la climatisation
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RT2000Les 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
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RT2000Demain :
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
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RT2000Sujets à traiter :
enveloppe
ventilation
chauffage
eau chaude sanitaire
éclairage (non résidentiel)
JMP ET1-Thermique Bâtiment-05/06 59
RT2000Avant / Après :
Isolation de référence indépendante de l’énergie
Calcul par bâtiment pour tous les
secteurs
Coefficient Ubât pour tous les
secteurs
Coefficient Ubât : simple étape de
calcul du coefficient C
Isolation de référence fonction de l’énergie
Calcul par logement (résidentiel)
ou par bâtiment (tertiaire)
Coefficients GV (résidentiel) ou G1
(tertiaire)
Coefficients GV ou G1 : exigence
réglementaire
RT 2000RT 88
JMP ET1-Thermique Bâtiment-05/06 60
RT2000Ubât 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 61
RT2000Calcul 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 62
RT2000Ubât-ref
0,470,300,300,431,502,602,35
0,500,7 maisons0,9 autres
0,7 maisons
0,9 autres
0,400,230,300,301,502,402,00
0,500,7 maisons0,9 autres
0,7 maisons0,9 autres
Surfaces
a1 mursa2 comblesa3 terrassesa4 plancher basa5 portesa6 baies sans fermeturesa7 baies avec fermeturesLiaisons périphériques
a8 planchers basa9 planchers intermédiaires
a10 planchers hauts
H3H1 & H2
JMP ET1-Thermique Bâtiment-05/06 63
RT2000Calcul de Ubâtref Zones H1 et H2
1,52,0 2,4
0,5
0,9
0,90
0,7
0,5
0,23 0,300,40
0,30
JMP ET1-Thermique Bâtiment-05/06 64
RT2000Les garde-fous
2,9Fenêtre Portes fenêtresFaçades rideaux
Uw < 2,9
Ponts thermiques moyensplanchers hauts, bas,
intermédiairesMaisons: <0,99Collectifs: < 1,1
Autres < 1,35 en 2004
Toituresous comble et rampants U <0,30toitures terrasses béton U < 0,36
autres toitures U < 0,47
MurU<0,47
Plancher bas sur extérieur U <0,36
sur vide sanitaire U < 0,43sur terre plein:
1,5 m isolation périphérique R > 1,4
JMP ET1-Thermique Bâtiment-05/06 65
RT2000Ubât
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 66
RT2000
Th-U
Fascicule 1/5
COEFFICIEN
T Ubât
Th-U
Fascicule 2/5
MATERIAUX
Th-U
Fascicule 3/5
PAROIS VITREES
Uw
Th-U
Fascicule 4/5
PAROISOPAQUES
Up
Th-U
Fascicule 5/5
PONTSTHERMIQUE
S
REGLES Th-U : Ubat
JMP ET1-Thermique Bâtiment-05/06 67
Généralités :
CONFORT THERMIQUE
JMP ET1-Thermique Bâtiment-05/06 68
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 69
1. Notions de métabolisme :Le corps humain est un moteur thermique :
Source chaude :
aliments ingérésSource froide :
ambiance
QI
W
QII
M = Mth + W et Rth<20%
JMP ET1-Thermique Bâtiment-05/06 70
Valeurs :Activité M (W) Mth (W) W (W)
Sommeil 75 75 0 Assis au repos 105-110 105-110 0 Travail de laboratoire
170 170 0
Enseignement 170 170 0 Activité domestique
180 180 0
Secrétariat 125 125 0 Gymnastique 360 330 30 Tennis 480 450 30 Squash 750 700 50 Assis, écriture 125 125 0
JMP ET1-Thermique Bâtiment-05/06 71
2. Les échanges thermiques du corps humain avec l'ambiance :
Convection respiratoireEcr
Humidité respiratoireEcr
SudationEsd
ConvectionEcv
ConductionEcd
RayonnementEry
Perspiration de la peauEps
JMP ET1-Thermique Bâtiment-05/06 72
2.1. Ecv : convection à la surface du corpsModèle 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 73
2.1. Ecv : convection à la surface du corpsModèle 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 74
Valeurs de la résistance de vêture Rv :
Tenue Rv (m2.°C/W)
Rv (clo)
Nu 0 0 Maillot de bain 0.008 Tenue d'été 0.077 0.5 Tenue d'intérieur d'hiver 0.155 1
JMP ET1-Thermique Bâtiment-05/06 75
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 76
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 77
2.5. Eps : perspiration
Diffusion de vapeur au travers de la peauFonction 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 78
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 79
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 80
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’activitéRésistance de vêture
ceux liés à l’ambiance :Température de l’air : TaTempérature radiante moyenne des parois : TrmVitesse de l’air : VaHumidité relative de l’air : a
JMP ET1-Thermique Bâtiment-05/06 81
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 :
cvryacvrmry
hh.Th.Th
Trs
Cas de l’habitat : Trs = .55 Trm + . 45 Ta
JMP ET1-Thermique Bâtiment-05/06 82
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 83
5. Vote moyen prévisible :
Défini comme le vote moyen d’un groupe d’individus sur l’échelle de confort suivantePmv Sensation thermique
3 Très chaud 2 Chaud 1 Légèrement chaud 0 Neutre
- 1 Légèrement froid - 2 Froid - 3 Très froid
Pourcentage mini d’insatisfaits :P.P.D.min = 5%
JMP ET1-Thermique Bâtiment-05/06 84
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’usagers : Métabolisme thermique :125 W Résistance de la vêture : 1 clo Déperditions : Convection : 40.96 W Rayonnement : 40.68 W Convection respiratoire : 2.09 W Perspiration : 21.71 W Sudation : 8.17 W Chaleur latente respiratoire : 9.78 W Total : 123.39 W Paramètres de confort : Température de vêtement : 26.8 °C P.M.V : 0.05 P.P.D. :5 % Sensation thermique : Neutre
Paramètres d’ambiance : Température d’air : 25 °C Temp moyenne des parois : 25 °C Vitesse de l’air : 0.12 m/s Humidité relative : 50% Paramètres d’usagers : Métabolisme thermique : 125 W Résistance de la vêture : 0.5 clo Déperditions : Convection : 41.72 W Rayonnement : 42.78 W Convection respiratoire : 1.57 W Perspiration : 20.26 W Sudation : 8.17 W Chaleur latente respiratoire : 9.21 W Total : 123.73 W Paramètres de confort : Température de vêtement : 30.2 °C P.M.V : 0.04 P.P.D. : 5% Sensation thermique :Neutre
JMP ET1-Thermique Bâtiment-05/06 85
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 d’usagers : Métabolisme thermique :125 W Résistance de la vêture : 1 clo Déperditions : Convection : 51.76 W Rayonnement : 50.16 W Convection respiratoire : 2.62 W Perspiration : 22.94 W Sudation : 8.17 W Chaleur latente respiratoire : 10.26W Total : 145.88 W
Paramètres de confort : Température de vêtement : 25.1 °C P.M.V : -0.6 P.P.D. :13 % Sensation thermique : Légèrement froid
JMP ET1-Thermique Bâtiment-05/06 86
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’usagers : Métabolisme thermique :125 W Résistance de la vêture : 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 Paramètres de confort : Température de vêtement : 25.1 °C P.M.V : -0.6 P.P.D. :12 % Sensation thermique : Légèrement froid
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 : 125 W Résistance de la vêture : 1 clo 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 : -0.7 P.P.D. : 16 % Sensation thermique : Légèrement froid
JMP ET1-Thermique Bâtiment-05/06 87
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 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
Paramètres de confort : Température de vêtement : 31 °C P.M.V : 0.6 P.P.D. :13 % Sensation thermique : Légèrement chaud
JMP ET1-Thermique Bâtiment-05/06 88
7. Normes de confort (NF X35-
203) :Conditions hivernales : 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 tête-
pied) 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 89
7. Normes de confort (NF X35-
203) :Conditions estivales : 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 90
THERMIQUE BÂTIMENT
Climatologie
JMP ET1-Thermique Bâtiment-05/06 91
1. Le rayonnement solaire :
sol : hauteur du soleil
sol : azimut/Sud
conventions :Nord : sol = –180°Est : sol = -90°Ouest : sol = 90°Sud : sol = 0°
Y
sol
Z
X
sol
Zénith
Sud
Repères :
JMP ET1-Thermique Bâtiment-05/06 92
d varie de -23°27 ’ à +23°27 ’
Déclinaison :
Axe de rotation
Plan équatorial
Direction des rayons solaires
d
Mois d Mois d Janvier -19.83 Juillet 20.42 Février -10.45 Août 12.03 Mars 0.35 Septembre 0.60 Avril 11.95 Octobre -10.80 Mai 20.23 Novembre -19.98 Juin 23.45 Décembre -23.45
JMP ET1-Thermique Bâtiment-05/06 93
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 :
Angle horaire et temps :
15/180, horvsol at
il est midi (tsol,v) lorsque la
hauteur du soleil est maximale
JMP ET1-Thermique Bâtiment-05/06 94
temps solaire moyen (Tsol,m) :
Temps :
EQT : équation du temps
EQTtt msolvsol ,,
Mois EQT Mois EQT Janvier -0.19 Juillet -0.10 Février -0.23 Août -0.05 Mars -0.12 Septembre 0.02 Avril 0.02 Octobre 0.26 Mai 0.06 Novembre 0.23 Juin -0.03 Décembre 0.03
JMP ET1-Thermique Bâtiment-05/06 95
temps universel (tuni) : tsol,m au méridien
origine
Temps :
Le soleil parcourant 360°/24 =
15°/h, en un lieu de longitude L il
vient :
15/, Ltt unimsol
JMP ET1-Thermique Bâtiment-05/06 96
temps légal (tleg) : fuseaux horaires de
15°Au sein de chaque fuseau le temps légal
est le mêmeToutefois chaque pays a pu définir un
décalage
Temps :
En France :
hor = 1h en
heure
d’hiver, 2h en
été
horunileg tt
)15/(, LEQTtt horlegvsol
JMP ET1-Thermique Bâtiment-05/06 97
Position du soleil :
l : latitude d : déclinaison
signe de sol = signe de l ’angle
horaire <0 vers Est, >0 vers
Ouest
ahdldlsol coscoscossinsinsin
solsol cos
dsinlcosahcosdcoslsincos
JMP ET1-Thermique Bâtiment-05/06 98
Diagramme solaire :
LYON Latitude 45°Nord
0
10
20
30
40
50
60
70
80
-150 -100 -50 0 50 100 150
Azimut
Hauteur 21-juil
21-juin
21-sept
21-dec
12 h13 h
14 h
15 h
16 h
17 h
18 h
19 h
11 h10 h
9 h
8 h
7 h
6 h
5 h
JMP ET1-Thermique Bâtiment-05/06 99
E0 : éclairement produit sur une surface
située aux confins de
l’atmosphère qui reçoit le
rayonnement solaire de manière normale.
Constante solaire :
Mois E0 (W/m2) Mois E0 (W/m2) Janvier 1230 Juillet 1085 Février 1215 Août 1107 Mars 1186 Septembre 1151 Avril 1136 Octobre 1192 Mai 1104 Novembre 1221 Juin 1088 Décembre 1233
JMP ET1-Thermique Bâtiment-05/06 100
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.
Masse atmosphérique :
solat
atpm sin101325
Pat : pression atmosphérique
JMP ET1-Thermique Bâtiment-05/06 101
A incidence ï = 0 on a :
Éclairement direct :
esol traduit le trouble de
l’atmosphère
esoldir eEE 00,
atdir mesol
îEE dirdir cos0,
A incidence ï il vient :
JMP ET1-Thermique Bâtiment-05/06 102
Cos î :
par :
inclinaison
de la paroi
par : azimut
de la
paroi /sudSUD
Normale à la paroi
î
Plan horizontal
par
par
parsolparsolparsolî cossinsincoscoscos
JMP ET1-Thermique Bâtiment-05/06 103
Cos î :
Paroi horizontale
solî sincos
Paroi verticale
solparsolî coscoscos
JMP ET1-Thermique Bâtiment-05/06 104
A incidence ï = 0 on a :
Éclairement diffus :
A incidence ï il vient :
difdirdif EE 0,0,
difdirpardif EE 0,sin5.01
JMP ET1-Thermique Bâtiment-05/06 105
Valeurs :
Mois dir dif Mois dir dif Janvier 0.142 0.058 Juillet 0.207 0.136 Février 0.144 0.060 Août 0.201 0.122 Mars 0.156 0.071 Septembre 0.177 0.092 Avril 0.180 0.097 Octobre 0.160 0.073 Mai 0.196 0.121 Novembre 0.149 0.063 Juin 0.205 0.134 Décembre 0.142 0.057
Éclairement global :
difdire EEE
JMP ET1-Thermique Bâtiment-05/06 106
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-05/06 107
Analyse des masques lointains :
JMP ET1-Thermique Bâtiment-05/06 108
Analyse des masques proches :
façade
ombre
Style perpendiculaire à la façade
A
B
DC
AB : styleAB = lsty
AC = ombre du styleCD = xsty
DA = zsty parsolstysty tglx
parsolsol
stystytglz
cos
JMP ET1-Thermique Bâtiment-05/06 109
3. Conditions climatiques :Température extérieure :
1915cos5.0 ,max vsoleee ttsol,v < 15h :
tsol,v => 15h :
11515cos5.0 ,max vsoleee t
JMP ET1-Thermique Bâtiment-05/06 110
3. Conditions climatiques :Température extérieure :
emax : température maxi fonction du lieuemax : 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-05/06 111
3. Conditions climatiques :Température intérieure :
Cf confort : i = 25°C
i de 40% à 65% pour une activité
modérée