THERMIQUE DU BATIMENT
GENERALITES
La thermique du bรขtiment est une discipline de la thermique. Elle a pour but dโestimer les besoins (ou les consommations) รฉnergรฉtiques des bรขtiments (chauffage, climatisation, production dโeau chaude sanitaire, โฆ). Elle est principalement concernรฉe par les principe d’isolation thermique et de ventilation .
La thermique du bรขtiment consiste ร dรฉfinir les dรฉperditions thermiques entre le bรขtiment et le milieu extรฉrieur. Cette analyse va reposer sur toute une sรฉrie de facteurs qui sont [1] :
๏ท Les facteurs environnementaux : lโemplacement gรฉographique dโun bรขtiment (longitude, latitude, altitude) et les donnรฉes climatiques affรฉrentes, lโimplantation gรฉnรฉrale du bรขtiment ainsi que la nature du sol.
๏ท Les facteurs fonctionnels : deux bรขtiments ne sont pas identiques par leur fonction, la chaleur ร dรฉlivrer, lโeau ร chauffer, lโhumiditรฉ ร รฉvacuer varient dโune affectation ร lโautre. Dans le cas de lโรฉclairage, lโusage de machines et ordinateurs, les รฉquipements รฉlectromรฉnagers produisent plus ou moins de chaleur, quโil faut ajouter au bilan thermique.
๏ท Les facteurs liรฉs ร la nature des matรฉriaux et composants employรฉs dans la construction du bรขtiment : les parois extรฉrieures, murs, planchers et toitures sont considรฉrรฉs comme des surfaces dโรฉchange thermique que lโon doit considรฉrer relativement ร leur orientation, leurs dimensions physiques, les matรฉriaux de construction employรฉs considรฉrรฉs dans leur รฉpaisseur et leurs propriรฉtรฉs thermiques. Lorsquโil sโagit de surfaces vitrรฉes, on doit tenir compte de la transmittance des vitres et dโenvisager lโexposition au soleil. En effet, les parois sont considรฉrรฉes plus ou moins รฉtanches ou permรฉables ร lโair, sources de dรฉperditions thermiques. Dans le cas des parois intรฉrieures, elles sont considรฉrรฉes dans leur masse et elles contribuent ร ce quโon appelle lโinertie thermique et le dรฉphasage thermique, cโest-ร -dire la capacitรฉ ร accumuler et dโautre-part ร restituer ร court ou moyen terme la chaleur accumulรฉe.
LE CONFORT DANS LA CONSTRUCTION
Historique
Le confort de lโAntiquitรฉ et du Moyen Age รฉtait celui de lโespace. Le confort dโavant la Rรฉvolution industrielle celui de lโornement. Dans les pays industrialisรฉs, au milieu du XXรฉ siรจcle, le confort a รฉtรฉ associรฉ presque uniquement ร lโรฉquipement sanitaire.
Dรฉfinition
Le confort dรฉsigne lโรฉtat de satisfaction du corps humain en fonction de son environnement, et puisque on passe plus de 80% du temps ร lโintรฉrieur (ร la maison, au bureau, au magasin, โฆ) alors lโenvironnement reprรฉsente dans ce cas les bรขtiments (rรฉsidentielle ou tertiaire). Le confort dans le bรขtiment รงa pourrait รชtre thermique, visuelle, acoustique, ou bien respiratoire.
Confort thermique
La dรฉfinition du confort thermique est ainsi dโune grande importance pour le bรขtiment afin de lui permettre dโatteindre ses objectifs de fonctionnalitรฉ tout en justifiant, ร tort ou ร raison, lโinstallation des รฉquipements dโambiance (chauffage, ventilation et climatisation). Exposรฉ ร un environnement thermique, le corps humain rรฉagit par une interaction dynamique mobilisant un ensemble de rรฉactions rรฉtroactives, volontaires et involontaires, qui permettent de contrรดler les รฉchanges thermiques avec cet environnement afin de satisfaire les exigences de lโhomรฉothermie. Selon lโintensitรฉ des รฉchanges thermiques et des rรฉactions mis en jeu dans un environnement donnรฉ, le corps peut รฉprouver une sensation de neutralitรฉ thermique, de tiรฉdeur ou de fraรฎcheur. Il peut avoir chaud ou froid dans des conditions extrรชmes qui peuvent le plonger dans une hyperthermie ou hypothermie lors dโune exposition prolongรฉe mettant en pรฉril sa vie [2].
Le confort thermique concerne principalement la tempรฉrature intรฉrieure des piรจces, sa rรฉpartition harmonieuse dans lโespace et la qualitรฉ de lโair ambiant (taux dโhumiditรฉ, propretรฉ, salubritรฉ).
Pendant les pรฉriodes froides, il est raisonnable de vivre dans les piรจces principales ร une tempรฉrature de 19 ร 20 ยฐC, avec un taux dโhumiditรฉ relatif ร 50 %.
Pour accรฉder ร ce confort tout en maรฎtrisant les consommations dโรฉnergie, il convient de chauffer raisonnablement, dโavoir des portes et fenรชtres bien รฉtanches, de renforcer lโisolation thermique de chacune des parois du bรขtiment et de maintenir un bon renouvellement dโair.
Le confort thermique varie dโune personne a une autre suivant plusieurs paramรจtres tel que lโรขge, le sexe, lโemplacement gรฉographique โฆ. Il dรฉpend de 6 paramรจtres [3] :
๏ท Le mรฉtabolisme : cโest la production de chaleur interne permettant de maintenir la tempรฉrature du corps autour de 37ยฐC.
๏ท Lโhabillement : il reprรฉsente une rรฉsistance thermique aux รฉchanges de chaleur entre la surface de la peau et lโenvironnement.
๏ท La tempรฉrature de lโair ambiant : les deux objectifs principaux sont de maintenir la tempรฉrature de lโair intรฉrieur stable face aux รฉcarts de tempรฉrature extรฉrieure, et de crรฉer une certaine homogรฉnรฉitรฉ de tempรฉrature dans lโespace.
๏ท La tempรฉrature des parois : Les parois froides entrainent des dรฉperditions thermiques du corps humain par rayonnement avec ces parois ce qui crรฉe une sensation dโinconfort thermique et oblige ร รฉlever la tempรฉrature de lโair pour compenser cet inconfort.
๏ท Les mouvements de lโair : En hiver, la tempรฉrature de lโair intรฉrieur รฉtant infรฉrieur ร celle de la peau (33ยฐC), lโair en mouvement permet dโaugmenter les dรฉperditions thermiques par convection au niveau de la peau, dโoรน lโintรฉrรชt de diminuer les courants dโair ; au contraire en รฉtรฉ on a intรฉrรชt ร crรฉer des courants dโair pour rafraichir la maison.
๏ท Lโhumiditรฉ relative de lโair : lโhumiditรฉ est due principalement ร lโoccupation humaine, lโactivitรฉ des habitants et lโhumiditรฉ extรฉrieure. Une ventilation adaptรฉe permet de rรฉsoudre ce problรจme. Lโinconfort nโapparait que pour une humiditรฉ relative infรฉrieure ร 30% ou supรฉrieure ร 70%.
1 : Zone ร รฉviter vis-ร -vis des problรจmes de sรฉcheresse.
2 et 3 : Zones ร รฉviter vis-ร -vis des dรฉveloppements de bactรฉries et de microchampignons.
3 : Zone ร รฉviter vis-ร -vis des dรฉveloppements d’acariens.
4 : Polygone de confort hygrothermique.
Alors pour un confort optimal et pour une tempรฉrature de lโair aux environs de 22 ยฐC, on peut dรจs lors recommander que lโhumiditรฉ relative soit gardรฉe entre 40 et 65 %.
PRINCIPES DE BASE DE LA THERMIQUE DU BATIMENT
Energie thermique ยซ La chaleur ยป
L’รฉnergie thermique se manifeste sous forme de chaleur. Les atomes qui forment leurs molรฉcules sont en mouvement constant puisquโils continuent ร se dรฉplacer ou ร vibrer. Ce mouvement implique une certaine รฉnergie cinรฉtique des atomes que nous appelons chaleur ou รฉnergie thermique.
Plus la tempรฉrature dโun รฉlรฉment augmente et plus lโรฉnergie thermique de celuici fait de mรชme. Pourtant, si lโรฉnergie thermique dโun corps augmente, sa tempรฉrature nโaugmente pas de faรงon systรฉmatique car lโโรฉnergie thermique peut passer dโun corps ร un autre par radiation, conduction ou par convection.
L’รฉnergie se mesure en joules ยซ J ยป dans le Systรจme International bien que lorsquโil sโagรฎt dโรฉnergie thermique, il est habituel de parler de calories ยซ cal ยป qui correspondent ร la quantitรฉ dโรฉnergie nรฉcessaire pour รฉlever la tempรฉrature de chaque gramme dโeau dโun degrรฉ Celsius. Une calorie รฉquivalente ร 4,184 joules
Catรฉgories de chaleur
Chaleur sensible
Cโest la chaleur fournie pour varier la tempรฉrature du corps de T1 ร T2 = . . (1 โ 2)
Elle correspond ร un รฉcart de Tempรฉrature d’un corps dans le mรชme รฉtat.
Q : La quantitรฉ de chaleur sensible en J
c : La chaleur massique, en J /kg(ยบC) (appelรฉe aussi capacitรฉ thermique massique ).
c peut dรฉpendre de la Tempรฉrature (on considรฉrera alors sa valeur moyenne entre T1 et T2 ). mc = C : capacitรฉ calorifique du corps (en J (ยบC)-1), est la quantitรฉ de chaleur nรฉcessaire pour รฉlever la Tempรฉrature dโun corps de 1ยบC.
Chaleur latente
Tous les corps purs sont capables de modifier leur รฉtat. Les solides peuvent devenir des liquides (glace en eau) et les liquides peuvent devenir des gaz (eau en vapeur), mais ces transformations nรฉcessitent lโajout ou le retrait de chaleur.
La chaleur qui provoque ces transformations est appelรฉe chaleur latente.
La chaleur qui provoque un changement dโรฉtat sans modifier la tempรฉrature est appelรฉe chaleur latente [1]. Pour un corps de masse m : = . avec L en cal/g
Il existe plusieurs types de chaleur latentes : ๏ท Chaleur latente de liquรฉfaction. ๏ท Chaleur latente de vaporisation. ๏ท Chaleur latente de condensation. ๏ท Chaleur latente de solidification
|
Table des matiรจres
Dรฉdicace
Remerciement
Rรฉsumรฉ
Abstract
Liste des figures
Liste des tableaux
Tableau de nomenclatures
Symboles grecques
Sommaire
Introduction gรฉnรฉrale
CHAPITRE I : THERMIQUE DU BATIMENT
I.1. generalitรฉs
I.2. Le confort dans la construction
I.2.1. Historique
I.2.2. Dรฉfinition
I.2.3. Confort thermique
I.3. Principes de base de la thermique du bรขtiment
I.3.1. Energie thermique ยซ La chaleur ยป
I.3.2. Catรฉgories de chaleur
I.3.2.1. Chaleur sensible
I.3.2.2. Chaleur latente
I.3.2.3. Tempรฉrature ressentie
I.3.3. Apports d’รฉnergie dans les bรขtiments
I.3.3.1. Apports intรฉrieurs
I.3.3.2. Apports extรฉrieurs
I.3.4. Flux de chaleur
I.3.5. Densitรฉ de flux ฯ
I.3.6. Modes de transfert thermique
I.3.6.1. Rayonnement
I.3.6.2. Convection
I.3.6.3. Conduction
I.4. inertie thermique
I.4.1. Dรฉfinition
I.4.2. Diffusivitรฉ thermique
I.4.3. Diffusivitรฉ thermique
I.4.4. Amรฉlioration de lโinertie thermique
CHAPITRE II : DEPERDITIONS THERMIQUES
II.1. dรฉperditions thermiques
II.1.1. Ponts thermiques
II.1.1.1. Types des ponts thermiques
II.1.1.2. Traitement des ponts thermiques
I.1.2. Dรฉperditions thermiques dans une paroi opaque DPparoi
II.1.3. Dรฉperditions thermiques ร travers les ouvertures
II.1.4. Dรฉperditions par renouvellement dโair
II.1.5. Puissance de chauffage
II.2. Climat Algรฉrienne
II.2.1. Zones climatiques de lโAlgรฉrie
II.2.2. Conditions de climat
II.2.2.1. Conditions intรฉrieures de base
II.2.2.2. Conditions extรฉrieures de bases
CHAPITRE III : ISOLATION THERMIQUE
III.1. isolation thermiques
III.2.1. Historique
III.2.2. Dรฉfinitions
III.2.3. Isolation extรฉrieure ยซ ITE ยป
III.2.3.1. Avantages de lโisolation extรฉrieur
III.2.3.2. Inconvenants de lโisolation extรฉrieur
III.2.4. Isolation intรฉrieur ยซ ITI ยป
III.2.4.1. Avantages de lโisolation intรฉrieur
III.2.4.2. Inconvenants de lโisolation intรฉrieur
III.2.5. Isolation rรฉpartie ยซ ITR ยป
III.2.5. Caractรฉristiques des isolants
III.2.6. Classification des isolants
III.2.6.1. Les isolants minรฉraux
I.7.6.2. Les isolants synthรฉtiques
I.7.6.3. Les isolants vรฉgรฉtaux
I.7.6.4. Les isolants animale
CHAPITRE IV : METHODE DE DIAGNOSTIC DE PERFORMENCE ENERGETIQUE 3CL
IV.1. Definition
IV.2. Plage dโapplication de la mรฉthode 3CL
IV.3. donnรฉes dโentrรฉe de la mรฉthode 3CL
IV.5. Modรจles
IV.5.1. Expression du besoin de chauffage
IV.5.2. Calcul des dรฉperditions de lโenveloppe GV
IV.5.2 Coefficient de rรฉduction des dรฉperditions b
IV.5.3. Coefficients U
IV.5.4. Dรฉperditions par les ponts thermiques
IV.5.5. Dรฉperditions par renouvellement dโair
IV.5.6. Sollicitations environnementales
IV.5.7. Surface Sud รฉquivalente
IV.5.8. Facteur dโintermittence INT
IV.5.11. Consommations de refroidissement (climatisation)
IV.5.12. Besoin dโeau chaude sanitaire
IV.5.13. Consommation dโeau chaude sanitaire
CHAPITRE IV : SIMULATION AVEC OAPEC
V.1. ร propos du logiciel
V.2. Prรฉsentation du projet
V.3. Donnรฉes dโentrer
V.4. simulation
V.4.1. Interface de logiciel
V.4.2. La description du bรขti
V.4.3. Description des murs
V.4.4. Description du plancher haut
V.4.5. Description du plancher bas
V.4.6. Description des ouvertures
V.4.6.1. Faรงade Nord
V.4.6.2. Faรงade Sud
V.4.6.3. Description des portes
V.4.7. Description des ponts thermiques
V.4.8. Description des รฉquipements
V.4.8.1. Chauffage
V.4.8.2. Eau chaude sanitaire
V.4.8.3. Ventilation
V.4.8.4. Climatisation
V.4.9. Rรฉsultats
V.4.9.1. Consommation dโรฉnergie finale
V.4.9.2. รtiquettes รฉnergรฉtique et climatique
V.4.9.3. Dรฉperditions
Conclusion et perspectives
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
Rรจglements et Arrete Ministรฉriel
Organismes
Tรฉlรฉcharger le rapport complet