Calcul de Charges - mthienpont.free.frmthienpont.free.fr/ens_cachan/B - calcul charges.pdf ·...

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Michaël Thienpont

Michaël Thienpont30 octobre 2005

Génie ClimatiquePréparation à l'Agrégation

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Calcul de Charges

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Plan du cours

IntroductionTraitement de l'airCalcul de Charges climatiquesÉléments de technologieSpécificités de la régulationApproche système et fonctionnelle des installations de génie climatique

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Plan de séance

Généralités concernant la météoPrise en compte de l'inertiePrincipe du bilan thermique

Régime permanent / dynamiqueLes différentes méthodes

Passage en revue des différentes chargesApplications

le piège du renouvellement d'airtracé de la droite de soufflageextrait d'agrégation : méthode simplifiée Airwell

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Introduction

Objet du calcul des ChargesDifférentes méthodes...

Aucune n'est « plus juste » que les autresDes logiciels existent

Pas de bilan « complet » prévu pour l'agreg mais un « morceau » stratégique...

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Principe du bilan thermique

Bilan en RP...facilité mathématiquedidactiquepas toujours adapté

exemple : chambre climatique d'essais pharmaceutiquesexemple : immeuble fortement vitré

Réalité : régime dynamiqueinertie forte / inertie faiblevariations de charges fortes / faibles

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Trois cas

Cas hivercalcul réglementaire

Cas étécalcul de climatisation

Cas en mi-saisoncalcul généralement oublié...

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Les méthodes

Méthodes manuelles (stylo ou tableur)Guide AICVFMéthode du CosticCalcul des charges (éditions parisiennes, P. Courtin)Airwell (reprise das le Mémotech)...

Méthodes logicielles...

Fondements physiques communs !Ratios ou données réelles ?

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Les différentes charges

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Les différentes charges

Extérieurparois opaquesvitragesinfiltrationsrenouvellement d'air ? (piège à éviter)

Intérieurmachines & processuséclairageoccupantsparois internes

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2 Calculs distincts

Calcul réglementaireRT2000Cas défavorable, calcul par bâtiment ou logement typeCalcul « simplifié » pour pouvoir être appliqué par tous......quoique.cf. cours spécifiques

Calcul pour le dimensionnementCas + proche de la réalité, calcul par localCalcul hiver & étéSe rapproche du calcul réglementaire

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Notion d'inertie

Analogie à la mécaniquePhénomène bien identifiéPas de définition mathématique

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L'inertie.

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Inertie de transmission

Il s’agit du temps que met un front de chaleur pour traverser une paroi.Pour une paroi d’épaisseur supérieure à 300 mm, on a un déphasage d’environ 12 heures. Intéressant, car alors le pic de midi (extérieur) se ressent à minuit (intérieur) logement.

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Inertie d'absorption

Le phénomène est différent : on considère cette fois l’énergie qui sera emmagasinée par les parois, le mobilier, etc. pour être restituée avec un temps de retard (dès 100 mm de paroi, on obtient une efficacité maximale).Cette inertie dépend des caractéristiques thermiques et de la géométrie des éléments intervenants.Utilisation de classes d’inertie thermique en fonction du poids des parois extérieures rapporté à la surface habitable.

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Inertie suivant le poids/m²

Paroi avec contact avec l’air intérieurrapporté à la surface habitable [kg/m²]

Classe d'inertie

<100 Très faible101-149 Faible150-400 Moyenne>400 forte

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Classe d'inertieCostic

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Inertie – différents cas de figure.°C

heures24120 3

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°C

heures24120 3

24

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Inertie – différents cas de figure.°C

heures24120 3

24

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°C

heures24120 3

24

16

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Inertie – différents cas de figure.°C

heures24120 3

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°C

heures24120 3

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0

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Inertie – différents cas de figure.°C

heures24120 3

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°C

heures24120 3

18

0

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Les charges externes

Parois opaquesParois vitrées

Infiltrations et renouvellement d'air

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Découpage géographique

Pourquoi un découpage géographiqueLes stations météoLes DJUPoids des charges extérieures

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Hiver

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Été

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Conditions extérieures

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Transferts thermiques à l'extérieur

Parois Opaques :ConvectifRayonnement IRRayonnement Solaire

Parois VitréesRayonnement Solaire traversantIdem parois opaques

Voir plus loin

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Parois Opaques : schéma0,175

0,06

INTERIEUREXTERIEUR

b isT ir ciel

T ir sol

T p ext T p int

T i éqhc/r int

T ehce

CAS DE NUIT

φ

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Mise en équation à l'extérieur

EXTERIEUR

T ir ciel

T ir sol

T p ext

T ehce

φ

=ir F p-ciel T p ext4 −T ir ciel

4 ir F p-sol T p ext4 −T ir sol

4 hce T p ext−T e

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Simplification du rayonnement

=ir F p-ciel T p ext4 −T ir ciel

4 ir F p-sol T p ext4 −T ir sol

4 hce T p ext−T e

{=irT p ext4 −T ir éq

4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . hce T p ext−T e

T ir éq4 =

T ir ciel4 F p-cielT ir sol

4 F p-sol

F p-cielF p-sol

{=hir T p ext−T ir éqhceT p ext−T e

hir=4 ir⋅T p extT ir éq

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Simplification convection/rayonnement

=hir T p ext−T ir éqhceT p ext−T e

{=hc/r ext T p ext−T e éqhc/r ext=hirhce

T e éq=his T ir éqhce T e

hishce

hc/r ext est le coefficient de « convection-rayonnement » côté extérieur de la paroi.La résistance thermique surfacique extérieure est alors :

La réglementation (RT2000) donne directement la valeur de Re (ou de Ri pour l'intérieur).

Re=1

hc/r ext

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Résolution

Problème du mur - c'est à dire :

1DPlusieurs résistances thermiques en série Les ΔT sont proportionnels au Résistances

C'est un problème classique !

0,1750,06

b is

T p ext T p int

T i éqhc/r int

T e éqhc/r ext

φ

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Cas de jour

0,1750,06

INTERIEUREXTERIEUR

b isT ir ciel

T ir sol

T p ext T p int

T i éqhc/r int

T ehce

CAS DE JOUR

φ

S

φS

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Mise en équation à l'extérieur

EXTERIEUR

T ir ciel

T ir sol

T p ext

T ehce

φ

=hceT p ext−T ehir T p ext−T ir éq−SSS

φS

T ir éq=T ir ciel F p-cielT ir sol F p-sol

F p-cielF p-sol

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Mise en évidence du ΔTsolaire

=hceT p ext−T ehir T p ext−T ir éq−SS

{=hc/r ext T p ext−hce T ehir T ir éq

hc/r ext−S S

hc/r ext =hc/r ext⋅[T p ext−T c/r ext−T sol ]

=hc/r ext⋅[T p ext−T e éq]hc/r ext=hirhce

T sol=S S

hc/r ext

T e éq=T c/r extT sol

Chaque notations a une signification !

2

1

3

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Résolution – classique...

Problème du mur - c'est à dire :

1DPlusieurs résistances thermiques en série Les ΔT sont proportionnels au Résistances

C'est un problème classique !

0,1750,06

b is

T p ext T p int

T i éqhc/r int

T e éqhc/r ext

φ

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Température virtuelle

Inertie introduite par la paroi :inertie de transmissioninertie d'absorption

Déphasage entre le max de Température équivalente et le max de charge par la paroi !Introduction de la température virtuelle

non mesurableréellement virtuelle

donné dans des tables (AICVF)=K T int−T virt

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Inertie sur les charges internes

3 types de charges :les charges hydriques ==> effet immédiatles charges convectives ==> effet immédiatles charges rayonnantes ==> effet différé

Introduction d'un coefficient d'inertie CCharges = Charges convectives + C*Charges rayonnantesavec C fonction du temps

Introduction d'un déphasage

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Parois vitrées

Transmission par conduction...suivant technologie de la fenêtre...

Rayonnement solaire : calculs complexes...fonction de l'heure heure solaire vraie = heure légale-2h(France métropolitaine, en été)non traités ici dans le détailsuivant protections

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Rayonnement solaire : paramètres

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Rayonnementsolaire (AICVF)

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Protections des vitrages

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Infiltrations

Pas mesurable facilementPas calculable facilementPas négligeable pour autant...2 cas de figure :

système de climatisation entretien une surpressionlaboratoires, rideaux d'air, ...

pas de surpression : bâtiment sous l'influence du ventutilisation du tableau ci-dessus (grossier)on néglige en général...

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Renouvellement d'air

Obligatoire (réglementation)Peut être intégré avec précaution (calcul sur un bâtiment)Doit être pris en compte différemment suivant le système choisi

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Michaël Thienpont

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Charges internes

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Répartition énergétique - détail

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Exemple : Costic

Suivant type de structure

0 1 2 3 4 5 6 7 8 90,00,10,20,30,40,50,60,70,80,91,0

Régime permanentStructure type IStructure type II ou IIIStructure type IV

Heure

Coefficient

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Machines & processus

Charges hydriques & latentesPrésence possible de ventilation spécifiqueSuivant notice constructeur

Exemple : puissance d'une pompe – étude d'un local technique.

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Eclairage

Suivant le type d'éclairageSuivant le type de ventilationStratificationAutomatisation de l'éclairage...Inertie...Ne pas oublier

les systèmes d'allumages (balast)les transformateur si placés en faux-plafond

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Eclairage - exemple

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Occupants

Suivant l'activitéSensible & latentFoisonnement ?

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Parois internes

Températures différentes dans des locaux adjacentsUtilisation (suivant le cas) d'un coefficient pour « ramener » la température du local adjacent à la température extérieure

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Application

Le piège du renouvellement d'airla droite de soufflage

principe (utilisation d'un point fictif)coefficient jfacteur Sensible / Latent

La méthode Airwell (Agrégation 99)