Thermique Du Bâtiment

02/01/2011

Thermique du bâtiment INTRODUCTION ION • 0- INTRODUCT

Thermique du bâtiment

SOLEIL • I- LE SOLEIL MODES DE TRANSFERT DE • II- LES DIFFERENTS MODES CHALEUR • III- LE CONFORT THERMIQUE THERMIQUE D’ELEMENTS DU • IV- BILAN THERMIQUE BATIMENT BATIMENT MENT • V- BILAN THERMIQUE DU BATI

Pr DEBBARH

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0- INTRODUCTIO INTRODUCTION N

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0- INTRODUCTI INTRODUCTION ON (suite)

• Modèles physiques pour évaluer les flux de

chaleur au travers du bâtiment • Optimisation de ces flux pour réaliser le confort maximum des occupants

Évolution des températures dans des bâtiments au cours de l'année

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0- INTRODUCTI INTRODUCTION ON (suite) La TB intervient intervient lors de la conception et de la rénovation dans:  choix des matériaux de construction et d’isolation dimensionnement des ouvertures ouvertures et autres  dimensionnement éléments architecturaux  dimensionnement des installations énergétiques  prévision de la consommation annuelle d’énergie et son optimisation

I- LE SOLEI SOLEILL I-1- Le rayonnement rayonnement solaire solaire I-2- Position du soleil et angles solaires I-2-1- Mouvement Mouvement apparent du soleil soleil I-2-2- Temps légal et temps temps solaire vrai I-2-3- Angles Angles solaires solaires

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I-1- Le rayonneme rayonnement nt solaire Le soleil: soleil: source première de toutes les

I-1- Le rayonnemen rayonnementt solaire (suite) Densité de flux d’énergie à la surface









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I-1- Le rayonneme rayonnement nt solaire (suite)

I-1- Le rayonnemen rayonnementt solaire (suite) • Rayonnement direct au sol sur une surface

normale aux rayons du soleil: m (formule de Bouguer) I 0 dir  r .I 00 . Terre-Soleil donnée par: - r: correction de distance Terre-Soleil r  1  0.034 cos0.986 J  3 j  1 le 1er Janvier

- ρ: facteur atmosphérique (ρ0.75 au Maroc) - m: masse d’air optique. m = P/100sinh P/100sinh . P: pression atmosphérique en mb . h: hauteur du soleil Spectre du rayonnement solaire

I-1- Le rayonnement rayonnement solaire solaire (suite) Sur une surface inclinée I

I

cos 

I-1- Le rayonnement rayonnement solaire solaire (suite) Si on suppose que l’ensoleillement au cours d’une









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I-1- Le rayonnement rayonnement solaire solaire (suite) • La relation de Page –Amström permet de passer de

l’ensoleillement par ciel clair à celui dans les conditions moyennes: moyennes: I G cond .moy   I G ciel clair .a  b  - : fraction d’ensoleillement:

I-2- Position du soleil et angles solaires I-2-1- Mouvement Mouvement apparent du soleil soleil I-2-2- Temps légal et temps solaire solaire vrai I-2-3- Angles Angles solaires solaires

d’heures de soleil/nbre soleil/nbre max possible possible  = nbre d’heures

- a et b: coefficients qui dépendent dépendent du site choisi: choisi: pour Casablanca: a = 0.22 ; b = 0.55

I-2-1- Mouvement Mouvement apparent du soleil

I-2-1- Mouvement Mouvement apparent du soleil (suite) (suite) La Terre subit deux mouvements:









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I-2-1- Mouvement Mouvement apparent du soleil (suite) (suite)

I-2-1- Mouvement Mouvement apparent du soleil (suite) (suite)

Définitions des repères locaux

I-2-1- Mouvement Mouvement apparent du soleil (suite) (suite) La déclinaison géocentrique (δ) est l’angle

I-2-2- Temps légal et temps temps solaire vrai Coordonnées géographiques d’un point du globe









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I-2-2- Temps légal et temps temps solaire vrai • Le temps solaire vrai Hs est défini par le passage du soleil au sommet de sa course (h max) à midi vrai.

Il occupe alors exactement le sud géographique de l’observateur (dans l’hémisphère nord)

I-2-2- Temps légal et temps solaire solaire vrai Le temps légal H

est lié au temps solaire vrai

• ΔH = équation du temps [min], tenant compte de deux corrections

(l'une dépendant de l'ellipticité l'ellipticité du mouvement de la Terre autour du Soleil, l'autre de la déclinaison géocentrique)











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I-2-2- Temps légal et temps solaire solaire vrai (suite)

I-2-3- Angles Angles solaires solaires

• Exemple: A quelle heure le Soleil passe-t-il au sud à

• Angle horaire ω: angle décrit par le soleil dans

Lausanne le 14 février? La longitude de Lausanne est de 6°37' Est, dans le fuseau de l'Europe centrale (F=+60min en hiver) • Solution: A cette date H = -14 minutes

son mouvement apparent, projeté sur un plan perpendiculaire à l’axe de rotation de la terre:   15. H s  12





• Angle zénithal θz: angle que fait la direction











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II- LES DIFFERENTS DIFFERENTS MODES MODES DE TRANSFERT DE CHALEUR II-1II-1- Généralit Généralités és II-2II-2- Conductio Conduction n II-3 Rayonnement II-4II-4- Convectio Convection n

II-1- Généralité Généralitéss • La chaleur est l’énergie liée à l’agitation

aléatoire des molécules [J] • La température mesure cette agitation [K] • La chaleur sensible est mesurée par la variation de température d’un matériau: Q=m.c. T c: chaleur massique [J/kg.K]











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II-2II-2- Conduct Conduction ion

II-2-1- Loi de Fourie Fourierr

II-2-1- Loi de Fourier Fourier II-2-2- Conductivité Conductivité thermique thermique II-2-3- Paroi homogène homogène à faces parallèles parallèles 



d 2Q   .T .n.dS .dt

 : conductivi té thermique











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II-2-3- Paroi homogène homogène à faces parallèles parallèles • En régime permanent, le flux de chaleur est donné par: T  T   T  T 2    . 1 2    A. . 1 e   e − A : surface de la paroi [m 2] − λ: conductivité du matériau [W/m/K] − e : épaisseur de la paroi [m]

II-3 Rayonnement II-3-1- Loi de Stéf Stéfan an Boltzman Boltzmann n – Corps Corps noir noir II- 3-23-2- Corps Corps réel réel II-3-3- Puissance Puissance reçue II-3-4- Echange entre deux surfaces grises grises











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II-3-3- Puissance Puissance reçue reçue

II-3-3- Puissance Puissance reçue reçue (suite)  cefficient d' absorption :  

 a 

 cefficient de trasmission :    cefficient de réflexion :  

 t 

 r 

      1













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V-5-1- Gains solaires solaires passifs passifs Les surfaces surf aces de capt age, permettant de transformer le rayonnement en chaleur, utilisées dans le bâtiment, sont: a) Les surfaces transparentes des fenêtres et portes b) Le sol et les murs des serres et vérandas c) Les parties opaques (façades, toiture), surtout si elles sont recouvertes d'une isolation transparente ou d'un vitrage ( murs Trombe)

V-5-1- Gains solaires solaires passifs passifs (suite) • Pour une période de calcul donnée:

V-5-1- Gains solaires solaires passifs passifs (suite) • Les apport s solair solair es dépendent de: – l'ensoleillement normalement présent sur le site

concerné, – l'orientation des surfaces réceptrices, – l'ombrage permanent (feuillage, autres bâtiments,

relief…) – des caractéristiques de transmission et d'absorption solaires des surfaces réceptrices.

V-5-1- Gains solaires solaires passifs passifs a) Elé ment s d’enveloppe d’envel oppe t ransparent ran sparent s L'aire réceptrice équivalente équivalente As d'une paroi vitrée est:

A = A.F .F .g









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V-5-1- Gains solaires solaires passifs passifs


a) Elé Elé m ent s d’envel d’en velopp oppee tr anspa ansparen rentt s (suite)

a) Elé Elé mentt s d’envel men d’ envelop oppe pe tra t ranspar nspar ent s (suite) • g est la valeur de g pour une incidence normale des

Ré part it ion du r ayonn ement solair e incident incident sur un vit rage

rayons solaire. • Une correction est apportée à g  pour tenir compte de l’incidence (0.85 pour un SV et 0.75 pour un DV clair) • g est fourni pour différents types de vitrages: Ex : SV: g  = 0.82 DV clair: g  = 0.69 DV avec vitrage absorbant: g  = 0.19 à 0.44 DV avec vitrage réfléchissant: g  = 0.15 à 0.3



b) Serr er r es et vé r anda an das s

c) parois opaques

• Ces espaces ne font pas partie du volume du

L’apport solaire des parois opaques est négligeable devant • L’apport les apports solaires totaux…









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V-5-2- Gains internes internes c haleur "gratuits" proviennent de: • Ces gains de chaleur – la chaleur métabolique des habitants

éclairage , etc.; – et de la chaleur provenant des appareils, éclairage, qui ne sont pa s spécifiquement consacrés au chauffage.

• Leur détermination est normalisée en fonction: – du type d’habitation (logement, école, bureau…) puissance électrique consommée – de la puissance

• Une méthode approximative consiste à leur ransparente Principe d'ut ilisation de l'isolation t ransparente

V-6- Besoins Besoins de chauffage chauffage • Le besoin de chauffage pour une saison complète

attribuer une valeur de 5 Watt par m2 de plancher chauffé

V-6- Besoins Besoins de chauffage chauffage (suite) • T i = 18°C pour local d’habitation ou salle de classe T i = 15°C pour local à usage commun et circulation

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