Rev. Energ. Ren. : Journes de Thermique (2001) 133-138

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Etude de Sensibilit de Paramtres des Btiments Climatises en Algrie

M.H.A.B. Larbi Youcef 1, F. Boukadoum 1, S. Larbi youcef 1, E. Fleury 2 et A. Bolher 2

1 Centre de Dveloppement des Energies Renouvelables, B.P. 62, Bouzarah, Alger, Algrie

2 Centre Scientifique et Technique du Btiment, 84, Avenue Jean Jaurs, B.P. 2F, 77421 Marne la Valle Cedex 02, France

Rsum - Dans ce travail, on prsente les rsultats dune tude de sensibilit de paramtres des btiments climatiss usage dhabitation et ce en vue de proposer des solutions techniques dans le cadre dune rglementation thermique en Algrie. A partir dun cas de base reprsent par un logement type dtermin suite une analyse de la situation du btiment, une srie de simulations ont t menes par combinaison de paramtres significatifs. Il est possible dagir soit sur lenveloppe du btiment, soit sur les quipements de chauffage et de climatisation. En Algrie, il nexiste pas denvironnement normatif pour la dtermination des rendements et des puissances des appareils de chauffage ou de climatisation. Ce qui enlve tout intrt de procder une variation de ces paramtres relatifs aux quipements. Par contre, il est possible de se fixer avec une approche trs raliste le fait que lappareil de chauffage le plus utilis est le radiateur gaz naturel avec un rendement de 0.80 et lappareil de rafrachissement est le climatiseur de fentre avec un rendement de 2. Ces valeurs apposes par le constructeur sont inspires de normes trangres (NF, BS, CE) vu que les appareils en question sont dans la majorit des cas imports. Le logement type retenu dans ltude est donc pourvu de ces deux quipements dits conventionnels dans le contexte algrien. Les paramtres les plus significatifs pour une tude de sensibilit en Algrie sont ceux relatifs lenveloppe du btiment o lon constate une certaine diversit. Nous avons retenu pour ce travail ceux qui sont les plus utiliss : coefficients K de quatre types de murs, coefficients K de deux types de toitures, trois coefficients dabsorption des murs, trois types de gestion des protections solaires, et enfin coefficients K de deux fentres. La mthode utilise est la simulation numrique par le code de calcul COMET qui est dvelopp au CSTB et valid pour le contexte algrien par le CDER. Ce code est bas sur la gnration dun rseau R-C des principales variables du btiment. Il a t valid par le code TRNSYS et adapt ensuite lAlgrie notamment en ce qui concerne la mtorologie, les apports internes, les scnarios doccupation, les protections solaires, lutilisation de lnergie. Enfin, pour passer aux solutions techniques, il a fallu proposer une exigence rglementaire raliste et susceptible dtre applique. Dans un premier temps, on se base sur la situation actuelle et tenter de donner les meilleures combinaisons possibles pour atteindre deux cibles : conomies dnergie et confort thermique pour les btiments usage dhabitation dans les six zones climatiques du territoire algrien. En effet, il sagit dans un premier temps de ne pas provoquer un bouleversement des habitudes actuelles mais plutt dadopter une dmarche dincitation et de sensibilisation des acteurs du secteur de la construction pour une application graduelle de la rglementation thermique. Les rsultats prsents peuvent faire lobjet dun document technique rglementaire type solutions techniques tels que prvu par la loi sur la matrise de lnergie vote tout rcemment. Lavantage dun tel document, cest la simplicit dutilisation et surtout la mise en oeuvre assez rapide de cette dmarche. Mots cls: Rglementation thermique - Btiments climatiss - Sensibilit - Paramtres.

1. INTRODUCTION

La rcente loi sur la matrise de lnergie vote en 1999 en Algrie apporte de nouvelles perspectives dapplication dune rglementation thermique qui est en cours de mise en place. Auparavant, seules quelques tudes thermiques menes par des quipes de recherche tant sur le plan numrique que sur le plan exprimental pour validation de mthodes de calcul existaient. La situation actuelle provoque par cette loi met les pouvoirs publics en position de demandeur pour toutes les dmarches susceptibles daboutir une rapide publication de documents dapplication dune rglementation thermique.

Seulement, la nature de cette application nest pas encore bien dfinie puisque on ne sait pas encore, s'il sagira dappliquer des rgles de calcul ou des solutions techniques simples. Toutefois, les deux possibilits existent au niveau des textes et cest le ministre de lhabitat qui est charg de procder aux demandes. Actuellement deux documents techniques ont t raliss sur commande du ministre de lhabitat lun concernant le calcul des dperditions thermiques pour lhiver ; lautre sur une mthode de dimensionnement en climatisation artificielle. Le premier texte est largement inspir des rgles franaises dites rgles Th. Le second est tout simplement une application de la mthode de Carrier pour lAlgrie.

Pour le second volet qui a trait aux solutions techniques, il ny a pas lheure actuelle de travaux susceptibles dapporter une rponse lattente des pouvoirs publics mis part ltude mene dans le cadre du projet de coopration entre le CDER dAlger et le CSTB de Paris sur la rglementation thermique des btiments en

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Algrie [1]. Ce projet a permis dadapter au contexte algrien des mthodes et rgles de calcul utiliss en France et en Europe. Les parties chauffage, climatisation naturelle et artificielle constituent les thmes principaux du projet.

Dans cette tude, on se propose de donner des voies en vue du passage la rglementation thermique des btiments climatiss usage dhabitation. Le code COMETclim dvelopp au CSTB et approuv au niveau europen (comit europen de normalisation) constitue notre outil de travail. Il a t adapt et valid pour le contexte algrien par le CDER notamment pour les apports internes, les scnarios doccupation, les systmes dnergie et leur tarification, et bien entendu la mtorologie [2]. Par la suite, le travail de proposition de solutions techniques peut tre men en prenant en compte les tudes sur la partie hiver.

2. LE CODE COMETCLIM Le code COMETclim est bas sur la gnration dun rseau R-C des principales variables et des donnes du

btiment. Le schma de ce rseau est indiqu en figure 1 avec : - Ti temprature dair intrieur, - Tr temprature oprative, - Tm temprature de masse quivalente, - Tei temprature dair extrieur, - Ter, Tem tempratures quivalentes air soleil pour les parois extrieures, - Rer, Rem rsistances thermiques correspondant aux changes entre lextrieur et lintrieur par les parois, - Rir, Rmr rsistances thermiques correspondant aux changes internes entre lair et les parois, - Cm capacit thermique quotidienne quivalente, - Fi flux dus aux apports internes et aux apports solaires directs (part convective), - Fm, Fr flux dus aux apports solaires directs et aux apports internes (part radiative). Les algorithmes de base sont les suivants :

( ) ( )td

TmdCmRem

1TmTemRmr

1TmTrFm =++

( ) ( ) ( ) 0Rmr

TrTmRer1TrTer

Rir1TrTiFr =++++

( ) ( ) 0Rei1TiTei

Rir1TiTrFi =++

Fig. 1: Rseau R-C du code COMET

La rsolution numrique de ces quations est dcrite dans le rapport [3]. La validation de ce code a t effectue laide de TRNSYS sur un logement type dit cas de base[ 2].

3. DESCRIPTION DU CAS DE BASE Le btiment tudi a t dfini dans une prcdente tude sur ltat de la situation actuelle dans le domaine de

la construction en Algrie [1]. Cest un logement collectif du secteur rsidentiel de type F3 de surface habitable gale 70 m2 et dont le volume est de 200 m3. Le schma est report en figure 2. La constitution des parois du

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btiment dpend de la rgion climatique dans laquelle il est implant. On distingue quatre zones climatiques A, B, C, D et deux sous zones B et D [1]. Pour les rgions du Nord (zone A, B, B et C), et les rgions sahariennes (D et D) les configurations sont les suivantes.

La toiture est constitue de 1 cm denduit pltre, 12 cm de dalle en bton, 4 cm de polystyrne, 5 cm de forme de pente en bton, 1 cm de feutres bitums, son coefficient K = 0.76 W/m2C. La paroi verticale extrieure du logement rgions Nord contient 1 cm enduit, 20 cm bton et 1 cm enduit pltre, son coefficient K est de K = 3.11 W/m2C. Les cloisons intrieures contiennent 1 cm de pltre, 10 cm de brique de rsistance Ru = 0.20 m2C/W et 1 cm de pltre. La cloison cage et les autres cloisons intrieures contiennent 1 cm enduit pltre, 12 cm bton et 1 cm enduit pltre. Le plancher contient 2 cm carreaux de granito, 3 cm sable + mortier de pose, 10 cm bton et 1 cm enduit pltre. La fentre a un coefficient K = 5 W/m2C. Pour les rgions du sud (zones D et D), la toiture et le plancher restent les mmes; par contre les murs extrieures et les cloisons sont constitus de 29 cm de bton de terre stabilise dont le coefficient K est de 2.20 W/mC.

Fig. 2: Schma du logement type. Cas de base

4. RESULTATS DES SIMULATIONS SUR LE CAS DE BASE Le code COMET a t utilis sur ce logement type avec deux configurations ; lune pour le nord et lautre

pour les rgions sahariennes qui se diffrencient par les parois verticales extrieures. Un scnario doccupation et des apports internes dits conventionnels qui sont les plus proches des habitudes actuelles sont introduits en entre. Les villes les plus reprsentatives de chaque zone climatique constituent les donnes climatiques dans lesquelles les rayonnement solaires ont t dtermines par TRNSYS. On prsente les rsultats dans le tableau 1 des tempratures maximum (t) et minimum (hiver) lextrieur et lintrieur du logement et les consommations de chauffage et de rafrachissements annuels [4].

Tableau 1: Rsultats synthtiques du cas de base par zone climatique

TR max TR min Tex min Tex max Chauffage kWh Climatisation kWh

Alger 27.2 17.5 33.4 -2.6 4311 2424 Constantine 27.3 17 35 -6.1 8822 2490 Chlef 27.6 17.4 37.5 -3.1 4498 5130 Djelfa 27.5 16.7 37 -8.2 10326 3314 Ghardaia 27.7 17.7 43 -4.1 1948 9581 Adrar 28 17.7 47.1 -3.1 1149 14903

Le btiment est quip dun systme de chauffage de puissance 8 kW et de rendement 0.80 avec une

consigne de 19 C ; le climatiseur a une puissance de 8 hW, un rendement de 2 et une consigne de 26 C.

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Quelques remarques simposent dj la lecture de ces valeurs : les zones B (Constantine) et C (Djelfa) qui sont situes respectivement dans les rgions de lAtlas Tellien et des Hauts Plateaux ncessitent des mesures rglementaires pour lhiver. Les zones D (Ghardaia) et D (Adrar) situes dans le Sahara, imposent par contre une rglementation pour la saison dt.

Pour les autres zones climatiques, un compromis peut tre recherch pour que le btiment rponde aux exigences dhiver et dt. En tout tat de cause, ces rsultats constituent notre sens ltat de la situation actuelle en Algrie du point de vu thermique des btiments climatiss usage dhabitation. Toute construction nouvelle devrait au moins respecter ces valeurs qui constitueraient lexigence rglementaire actuelle. Dans cette tude, on va analyser les comportements de ce btiment en variant les paramtres concernant lenveloppe.

4. DEFINITION DES PARAMETRES DE LETUDE DE SENSIBILITE En Algrie, les appareils de chauffage et de climatisation ne peuvent faire lobjet dune analyse dtaille par

une tude de sensibilit parce que lenvironnement normatif actuel ne le prend pas en compte. On se limitera donc dans ce cas, la dfinition des paramtres de lenveloppe. Les plus significatifs dentre eux sont :

- le coefficient Km de transmission thermique des murs en W/mK, - le coefficient KT de transmission thermique des toitures en W/mK, - le coefficient KB de transmission thermique des baies en W/mK, - lindice IGPS de gestion des protections solaires, - la couleur des murs,

Les valeurs sont calcules ou dtermines selon les pratiques actuelles en matire de construction de

btiments en Algrie. On remarquera quil nexiste pas une grande varit pour chaque paramtre. La raison principale est que gnralement on utilise les constructions parois lourdes cause de la sismicit du Nord de lAlgrie et de la recherche de linertie thermique pour les constructions en rgions arides et sches du Sahara. Il faut noter galement que seules les toitures sont isoles et ce seulement dans certains programmes publics. Les valeurs recueillies selon nos recherches sont reportes ci-dessous.

4.1 Coefficient K de transmission thermique des murs extrieurs

Nous avons recens quatre types de murs : - le mur du cas de base en bton arm de 20 cm avec un enduit extrieur en ciment de 1cm et un enduit

intrieur de 1 cm de pltre ; la valeur du coefficient K est de 3.11 W/mK, - mur double cloison en briques creuses deux ranges dalvoles avec enduit extrieur en ciment et enduit intrieur en pltre, le coefficient K est gal 1.30 W/mK.

- murs en bton de terre stabilis (BTS) ou de pierre ferme ou pierre tendre de 29 cm dpaisseur avec un enduit de 1cm de pltre lintrieur et 1cm de ciment lextrieur. Ce mur a t utilis dans le cas de base pour les rgions sud de lAlgrie et la valeur du coefficient K est donne par K = 2.20 W/mK.

- mur en pierre calcaire ferme de 35 cm avec enduit pltre et enduit ciment ; la valeur du coefficient K est de 2.83 W/mC.

4.2 Calcul des coefficients K des toitures

On a recens deux types de toitures : les toitures terrasse et les toitures avec ferme et couvertures en tuiles. La valeur du coefficient K de la toiture terrasse a t dtermine dans le cas de base et elle est gale 0.76 W/mK. La valeur du coefficient K dune toiture avec panne et ferme et dont le plancher est isol par 4 cm de feutre de laine minrale est gale 0.66 W/mK. Cette valeur est obtenue conformment aux rgles Th K.

4.3 Valeur des coefficients K des baies vitres

Nous avons considr deux cas de baies de qualit moyenne avec un K de 3.5 W/mK et mdiocres (cas trs courant actuellement) dont le coefficient K est de 5 W/mK.

4.4 Valeurs de lindice de gestion de protection solaire IGPS

Trois cas sont considrs : protection solaire absente IGPS = 0, protection solaire installe moiti IGPS = 1, protection solaire entirement installe IGPS = 2.

4.5 Couleurs des parois extrieures

Trois cas sont considrs pour ce paramtre reprsent par le coefficient dabsorption solaire : couleur claire = 0.4, couleur moyenne = 0.6, couleur sombre = 0.8.

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5. RESULTATS DE LETUDE DE SENSIBILITE Lensemble des paramtres reprsente 144 cas par zone soit un total de 864 pour tout le territoire. Il est

vident quil serait fastidieux de vouloir prsenter toutes les configurations dans un travail synthtis. Par consquent, il tait ncessaire daffiner ltude pour rduire le nombre de cas. Lexamen des rsultats a montr que dans tous les cas labsence de protection solaire namliore pas les rsultats du cas de base. Il est donc inutile dafficher ce cas et de recommander que les logements soient munis de protections solaires. Dautre part, les murs en bton et en brique creuse ne peuvent tre utiliss dans les rgions sahariennes et les murs forte inertie en BTS et en pierre calcaire ne peuvent ltre dans les rgions nord et ce en raison du code de la construction en Algrie. Il faut tout de mme noter que dans certaines constructions traditionnels qui sont gnralement non contrles, ce code nest pas respect. Enfin, les toitures inclines en tuiles ne sont pas utilises dans les rgions sahariennes. Toutes ces considrations nous permettent de rduire le nombre de cas 48 pour les zones nord et 24 pour les zones sud.

Lhypothse retenue dans cette tude est que les consommations de chauffage et de climatisation doivent tre

simultanment infrieures ou gales celles du cas de base.

Fig. 3: Ecarts annuels Alger par rapport au cas de base des logements avec mur en bton C : couleur claire, M : couleur moyenne, S : sombre. B1 : baie avec K = 3.5 , B2 : baie avec K = 5. P1 : protection solaire 1, P2 protection solaire 2.

Lanalyse des rsultats de la courbe 3 montre que les seuls logements qui respectent le niveau dexigences

rglementaires sont ceux dont les parois verticales sont claires. Pour la baie 2 (K = 5 W/mC), il faut que la protection solaire moiti dispose (dsigne par P2). Lorsque la protection solaire est entirement installe, elle est dsigne par P1. Par contre, pour les logements avec mur en brique les gains simultans en consommations dnergie de chauffage et de climatisation sont importants par rapport lexigence propose. En zone climatique B (valle du Chellif), toutes les variantes tudies respectent lexigence et naturellement ceci incite recommander des constructions parois verticales avec ce type de mur (Fig. 4).

Pour les autres zones du nord ( zones A, B, et C), il n y a que les logements avec mur en brique de couleur

sombre qui ne respectent pas les limites imposes.

Pour les zones D et D, le constat est simple ; le cas de base avec mur en BTS de couleur claire constitue le meilleur compromis pour rpondre aux exigences rglementaires proposes (Fig. 5). Lapplication de la rglementation thermique pour les zones sahariennes sen trouve ainsi facilite surtout si on ajoute cela le nombre de constructions qui est moins important relativement aux rgions du nord du fait de la faible densit de population.

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Fig. 4: Ecart par rapport au cas de base Chleff pour les logements avec mur en brique

Fig. 5: Ecarts par rapport au cas de base Ghardaia pour les logements avec Murs en BTS et Pierre calcaire

6. CONCLUSION Lexamen des rsultats exposs dans cette tude permet de dgager plusieurs enseignements sur les

logements quips de climatisation artificielle en Algrie. La mise en place dune protection solaire pour chaque baie est indispensable dans toutes les rgions du territoire. Il faut savoir que certains logements construits sur des programmes publics sont livrs sans protections solaires (persiennes, stores droulant) faute de moyens financiers. Dautre part, mis part la zone B (valle du Chellif), la couleur des murs extrieurs ne doit pas tre sombre. Dans certaines rgions sahariennes, notamment en zone D (Tanezrouft) le code impose des couleurs sombres cause de lintensit du rayonnement lumineux rflchis. Cest un impratif de sant des personnes vis vis de leur organe sensoriel. A ce moment, il serait intressant de poursuivre cette tude en recherchant une compensation aux apports solaires induits par ces parois verticales sombres notamment par une meilleure isolation ou protection des toitures en rgions sahariennes.

Ce qui a t prsent dans cette tude nest quune proposition raliste pour une premire application dune future rglementation thermique des btiments climatiss en Algrie. Les btiments non climatiss feront lobjet dune recherche ultrieurement. Enfin si les pouvoirs publics algriens russissent dans cette premire tape, il est possible lavenir de passer une exigence rglementaire plus svre notamment par une recherche sur lisolation des parois verticales et linstallation de fentres plus performantes en PVC par exemple.

REFERENCES [1] MHAB Larbi Youcef et al., 'Les mthodes de mise en place dune rglementation thermique des btiments', JITH, Marseille, 1997. [2] MHAB Larbi Youcef, 'Utilisation de TRNSYS et Validation du Code de Calcul, COMET des Btiments Climatiss en Algrie', Rapport

Interne, CDER, Alger, 1998. [3] J.R. Millet, A. Bolher et P. OKelly, 'Etude Mthodologique pour le Calcul des Consommations dEnergie des Locaux Climatiss',

Rapport CSTB, Paris, 1994. [4] MHAB Larbi Youcef, 'Dtermination de la Situation Actuelle en Consommations Energtiques des Btiments Climatiss', Rapport

Interne, CDER, Alger, 1997.