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THERMIQUE DU BATIMENT
GENERALITES
La thermique du bâtiment est une discipline de la thermique. Elle a pour but d’estimer les besoins (ou les consommations) énergétiques des bâtiments (chauffage, climatisation, production d’eau chaude sanitaire, …). Elle est principalement concernée par les principe d’isolation thermique et de ventilation .
La thermique du bâtiment consiste à définir les déperditions thermiques entre le bâtiment et le milieu extérieur. Cette analyse va reposer sur toute une série de facteurs qui sont [1] :
Les facteurs environnementaux : l’emplacement géographique d’un bâtiment (longitude, latitude, altitude) et les données climatiques afférentes, l’implantation générale du bâtiment ainsi que la nature du sol.
Les facteurs fonctionnels : deux bâtiments ne sont pas identiques par leur fonction, la chaleur à délivrer, l’eau à chauffer, l’humidité à évacuer varient d’une affectation à l’autre. Dans le cas de l’éclairage, l’usage de machines et ordinateurs, les équipements électroménagers produisent plus ou moins de chaleur, qu’il faut ajouter au bilan thermique.
Les facteurs liés à la nature des matériaux et composants employés dans la construction du bâtiment : les parois extérieures, murs, planchers et toitures sont considérés comme des surfaces d’échange thermique que l’on doit considérer relativement à leur orientation, leurs dimensions physiques, les matériaux de construction employés considérés dans leur épaisseur et leurs propriétés thermiques. Lorsqu’il s’agit de surfaces vitrées, on doit tenir compte de la transmittance des vitres et d’envisager l’exposition au soleil. En effet, les parois sont considérées plus ou moins étanches ou perméables à l’air, sources de déperditions thermiques. Dans le cas des parois intérieures, elles sont considérées dans leur masse et elles contribuent à ce qu’on appelle l’inertie thermique et le déphasage thermique, c’est-à-dire la capacité à accumuler et d’autre-part à restituer à court ou moyen terme la chaleur accumulée.
LE CONFORT DANS LA CONSTRUCTION
Historique
Le confort de l’Antiquité et du Moyen Age était celui de l’espace. Le confort d’avant la Révolution industrielle celui de l’ornement. Dans les pays industrialisés, au milieu du XXé siècle, le confort a été associé presque uniquement à l’équipement sanitaire.
Définition
Le confort désigne l’état de satisfaction du corps humain en fonction de son environnement, et puisque on passe plus de 80% du temps à l’intérieur (à la maison, au bureau, au magasin, …) alors l’environnement représente dans ce cas les bâtiments (résidentielle ou tertiaire). Le confort dans le bâtiment ça pourrait être thermique, visuelle, acoustique, ou bien respiratoire.
Confort thermique
La définition du confort thermique est ainsi d’une grande importance pour le bâtiment afin de lui permettre d’atteindre ses objectifs de fonctionnalité tout en justifiant, à tort ou à raison, l’installation des équipements d’ambiance (chauffage, ventilation et climatisation). Exposé à un environnement thermique, le corps humain réagit par une interaction dynamique mobilisant un ensemble de réactions rétroactives, volontaires et involontaires, qui permettent de contrôler les échanges thermiques avec cet environnement afin de satisfaire les exigences de l’homéothermie. Selon l’intensité des échanges thermiques et des réactions mis en jeu dans un environnement donné, le corps peut éprouver une sensation de neutralité thermique, de tiédeur ou de fraîcheur. Il peut avoir chaud ou froid dans des conditions extrêmes qui peuvent le plonger dans une hyperthermie ou hypothermie lors d’une exposition prolongée mettant en péril sa vie [2].
Le confort thermique concerne principalement la température intérieure des pièces, sa répartition harmonieuse dans l’espace et la qualité de l’air ambiant (taux d’humidité, propreté, salubrité).
Pendant les périodes froides, il est raisonnable de vivre dans les pièces principales à une température de 19 à 20 °C, avec un taux d’humidité relatif à 50 %.
Pour accéder à ce confort tout en maîtrisant les consommations d’énergie, il convient de chauffer raisonnablement, d’avoir des portes et fenêtres bien étanches, de renforcer l’isolation thermique de chacune des parois du bâtiment et de maintenir un bon renouvellement d’air.
Le confort thermique varie d’une personne a une autre suivant plusieurs paramètres tel que l’âge, le sexe, l’emplacement géographique …. Il dépend de 6 paramètres [3] :
Le métabolisme : c’est la production de chaleur interne permettant de maintenir la température du corps autour de 37°C.
L’habillement : il représente une résistance thermique aux échanges de chaleur entre la surface de la peau et l’environnement.
La température de l’air ambiant : les deux objectifs principaux sont de maintenir la température de l’air intérieur stable face aux écarts de température extérieure, et de créer une certaine homogénéité de température dans l’espace.
La température des parois : Les parois froides entrainent des déperditions thermiques du corps humain par rayonnement avec ces parois ce qui crée une sensation d’inconfort thermique et oblige à élever la température de l’air pour compenser cet inconfort.
Les mouvements de l’air : En hiver, la température de l’air intérieur étant inférieur à celle de la peau (33°C), l’air en mouvement permet d’augmenter les déperditions thermiques par convection au niveau de la peau, d’où l’intérêt de diminuer les courants d’air ; au contraire en été on a intérêt à créer des courants d’air pour rafraichir la maison.
L’humidité relative de l’air : l’humidité est due principalement à l’occupation humaine, l’activité des habitants et l’humidité extérieure. Une ventilation adaptée permet de résoudre ce problème. L’inconfort n’apparait que pour une humidité relative inférieure à 30% ou supérieure à 70%.
1 : Zone à éviter vis-à-vis des problèmes de sécheresse.
2 et 3 : Zones à éviter vis-à-vis des développements de bactéries et de microchampignons.
3 : Zone à éviter vis-à-vis des développements d’acariens.
4 : Polygone de confort hygrothermique.
Alors pour un confort optimal et pour une température de l’air aux environs de 22 °C, on peut dès lors recommander que l’humidité relative soit gardée entre 40 et 65 %.
PRINCIPES DE BASE DE LA THERMIQUE DU BATIMENT
Energie thermique « La chaleur »
L’énergie thermique se manifeste sous forme de chaleur. Les atomes qui forment leurs molécules sont en mouvement constant puisqu’ils continuent à se déplacer ou à vibrer. Ce mouvement implique une certaine énergie cinétique des atomes que nous appelons chaleur ou énergie thermique.
Plus la température d’un élément augmente et plus l’énergie thermique de celuici fait de même. Pourtant, si l’énergie thermique d’un corps augmente, sa température n’augmente pas de façon systématique car l’’énergie thermique peut passer d’un corps à un autre par radiation, conduction ou par convection.
L’énergie se mesure en joules « J » dans le Système International bien que lorsqu’il s’agît d’énergie thermique, il est habituel de parler de calories « cal » qui correspondent à la quantité d’énergie nécessaire pour élever la température de chaque gramme d’eau d’un degré Celsius. Une calorie équivalente à 4,184 joules
Catégories de chaleur
Chaleur sensible
C’est la chaleur fournie pour varier la température du corps de T1 à T2 = . . (1 − 2)
Elle correspond à un écart de Température d’un corps dans le même état.
Q : La quantité de chaleur sensible en J
c : La chaleur massique, en J /kg(ºC) (appelée aussi capacité thermique massique ).
c peut dépendre de la Température (on considérera alors sa valeur moyenne entre T1 et T2 ). mc = C : capacité calorifique du corps (en J (ºC)-1), est la quantité de chaleur nécessaire pour élever la Température d’un corps de 1ºC.
Chaleur latente
Tous les corps purs sont capables de modifier leur état. Les solides peuvent devenir des liquides (glace en eau) et les liquides peuvent devenir des gaz (eau en vapeur), mais ces transformations nécessitent l’ajout ou le retrait de chaleur.
La chaleur qui provoque ces transformations est appelée chaleur latente.
La chaleur qui provoque un changement d’état sans modifier la température est appelée chaleur latente [1]. Pour un corps de masse m : = . avec L en cal/g
Il existe plusieurs types de chaleur latentes : Chaleur latente de liquéfaction. Chaleur latente de vaporisation. Chaleur latente de condensation. Chaleur latente de solidification
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Table des matières
Dédicace
Remerciement
Résumé
Abstract
Liste des figures
Liste des tableaux
Tableau de nomenclatures
Symboles grecques
Sommaire
Introduction générale
CHAPITRE I : THERMIQUE DU BATIMENT
I.1. generalités
I.2. Le confort dans la construction
I.2.1. Historique
I.2.2. Définition
I.2.3. Confort thermique
I.3. Principes de base de la thermique du bâtiment
I.3.1. Energie thermique « La chaleur »
I.3.2. Catégories de chaleur
I.3.2.1. Chaleur sensible
I.3.2.2. Chaleur latente
I.3.2.3. Température ressentie
I.3.3. Apports d’énergie dans les bâtiments
I.3.3.1. Apports intérieurs
I.3.3.2. Apports extérieurs
I.3.4. Flux de chaleur
I.3.5. Densité de flux φ
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. Définition
I.4.2. Diffusivité thermique
I.4.3. Diffusivité thermique
I.4.4. Amélioration de l’inertie thermique
CHAPITRE II : DEPERDITIONS THERMIQUES
II.1. déperditions 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. Déperditions thermiques dans une paroi opaque DPparoi
II.1.3. Déperditions thermiques à travers les ouvertures
II.1.4. Déperditions par renouvellement d’air
II.1.5. Puissance de chauffage
II.2. Climat Algérienne
II.2.1. Zones climatiques de l’Algérie
II.2.2. Conditions de climat
II.2.2.1. Conditions intérieures de base
II.2.2.2. Conditions extérieures de bases
CHAPITRE III : ISOLATION THERMIQUE
III.1. isolation thermiques
III.2.1. Historique
III.2.2. Définitions
III.2.3. Isolation extérieure « ITE »
III.2.3.1. Avantages de l’isolation extérieur
III.2.3.2. Inconvenants de l’isolation extérieur
III.2.4. Isolation intérieur « ITI »
III.2.4.1. Avantages de l’isolation intérieur
III.2.4.2. Inconvenants de l’isolation intérieur
III.2.5. Isolation répartie « ITR »
III.2.5. Caractéristiques des isolants
III.2.6. Classification des isolants
III.2.6.1. Les isolants minéraux
I.7.6.2. Les isolants synthétiques
I.7.6.3. Les isolants végétaux
I.7.6.4. Les isolants animale
CHAPITRE IV : METHODE DE DIAGNOSTIC DE PERFORMENCE ENERGETIQUE 3CL
IV.1. Definition
IV.2. Plage d’application de la méthode 3CL
IV.3. données d’entrée de la méthode 3CL
IV.5. Modèles
IV.5.1. Expression du besoin de chauffage
IV.5.2. Calcul des déperditions de l’enveloppe GV
IV.5.2 Coefficient de réduction des déperditions b
IV.5.3. Coefficients U
IV.5.4. Déperditions par les ponts thermiques
IV.5.5. Déperditions par renouvellement d’air
IV.5.6. Sollicitations environnementales
IV.5.7. Surface Sud équivalente
IV.5.8. Facteur d’intermittence INT
IV.5.11. Consommations de refroidissement (climatisation)
IV.5.12. Besoin d’eau chaude sanitaire
IV.5.13. Consommation d’eau chaude sanitaire
CHAPITRE IV : SIMULATION AVEC OAPEC
V.1. À propos du logiciel
V.2. Présentation du projet
V.3. Données d’entrer
V.4. simulation
V.4.1. Interface de logiciel
V.4.2. La description du bâti
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. Façade Nord
V.4.6.2. Façade Sud
V.4.6.3. Description des portes
V.4.7. Description des ponts thermiques
V.4.8. Description des équipements
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. Résultats
V.4.9.1. Consommation d’énergie finale
V.4.9.2. Étiquettes énergétique et climatique
V.4.9.3. Déperditions
Conclusion et perspectives
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
Règlements et Arrete Ministériel
Organismes
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