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Cours dEquipements Techniques du Btiment
THERMIQUE DU BATIMENT
Thermique Applique aux Btiments
Chapitre 2 :
Chapitre 2. THERMIQUE DU BATIMENT
1- TRANSFERTS de CHALEUR travers les PAROIS OPAQUES
3- Quelques lments complmentaires
1.1 Transmissions surfaciques Coefficient U
2.1 Coefficient Ug des vitrages
2.3 Apports solaires
1.2 Transmissions liniques Coefficient
1.3 Transmissions ponctuelles Coefficient
1.4 Transmissions globales Coefficient Ubt
2- TRANSFERTS de CHALEUR travers les PAROIS VITREES
2.2 Coefficients Uw, Uwf, Ujn des fentres
2.1- TRANSFERT DE CHALEUR A TRAVERS LES PAROIS OPAQUES
Chapitre 2. THERMIQUE DU BATIMENT
2.1.1 Transmissions surfaciques Coefficient U
Extrieur (Air froid)
Intrieur (Air chaud)
1 2
i e
lment de paroi sparant lintrieur de lextrieur
i > 1 > 2 > e
Le flux thermique chang entre lintrieur et lextrieur, par lintermdiaire des faces de la paroi, se dcompose comme suit :
Paroi
S,
e
2
a changes entre lintrieur et la face intrieure de la paroi
changes par convection :
changes par rayonnement :
Globalement :
et hhhh
rconv
riraiconvi
int = hconv S (ai - 1 ) + hr S (ri - 1 )
= S [ (hconv ai + hr ri) (hconv + hr) 1 ]
hhhh
1rconv
riraiconv= S (hconv + hr)
avec hi = hconv + hr = coefficient dchange thermique superficiel intrieur (W.m2.K-1)
int = hi S (i - 1 )
= temprature intrieure
conv= hconv S (ai - 1 ) avec ai = temprature de lair intrieur
r= hr S (ri - 1 ) avec ri = temprature radiante due lensemble des parois du local # p = temprature moyenne pondre des parois
ii
ipii
pri S
S
3
b changes entre faces intrieure et extrieure de la paroi
changes par conduction :
)( 21Second
c changes entre la face extrieure de la paroi et lextrieur changes par convection : conv= hconv S (2 - ae) avec ae = temprature de lair extrieur = e
changes par rayonnement : r= hr S (2 - re) avec re = temprature radiante de lambiance extrieure =e
Globalement : ext = hconv S (2 - e) + hr S (2 - e)
avec he = hconv + hr = coefficient dchange superficiel extrieur (W.m2.K-1)
Dans le cas dune paroi multicouches en srie (isolant, enduit, briques, agglo )
ii
cond RS )( 21
ext = he S (2 - e)
4
d Coefficient U de transmission surfacique de la paroi
Rgime permanent : int = cond = ext =
)()(
)(
ee
ii
ii ShRS
Sh 221
1
h
SR
S
h
S
e
e
ii
i
i112211
)()()(
hR
h
S
eii
i
ei11
)(
On pose = U S (i - e)
RU
1 : rsistance thermique de la paroi (m2.K.W-1)
Mur isol :
Mur non isol :
Porte :
Simple vitrage : Double vitrage :
A retenir
Rh
RhU ei
ii
111avec
U : coefficient
U est donc le flux thermique qui traverse la paroi
par unit de surface, et par unit dcart de
temprature intrieur-extrieur.
de transmission surfacique de la paroi.
U sexprime en (W.m2.K-1)
R > 2
R < 0,5 R = 0,5
U = 5 U = 3
5
hh ei11 , : coefficients de rsistance
superficielle des parois.
Paroi : isolation flux limit
)( ei
2.1.2 Transmissions liniques Coefficient
Liaison mur-plancher
Extrieur Intrieur
: coefficient de transmission linique (W.m1.K-1)
: longueur de la liaison (m)
Ces coefficients sont fonction de - - 0.04
0.04
0.04
0.26
0.20
0.34
0.17
0.14
0.21
0.13 0.13
0.10
0.17 0.17
0.10 0.10
0.17
0.13 la nature des parois (extrieure, intrieure, verticale, horizontale)
la direction du flux de chaleur (ascendant, descendant)
Plancher : faible rsistance thermique flux linique de chaleur Pont thermique
1/hi + 1/he
Paroi en contact avec l'extrieur
Paroi en contact avec un autre local
1/hi 1/hi 1/he 1/he 1/hi + 1/he
6
a Divers ponts thermiques
Les plus courants dans le btiment sont :
mur-plancher mur refend
angle mur/plafond
b Valeurs de Elles sont calcules. Lanalogie lectrique peut tre utilise pour dterminer ces
coefficients mais on utilise plutt des mthodes numriques (type lments finis)
avec maillage de la structure en 2D ou 3D.
baie fentre seuil
iiiT SU
Alors est dduit de :
Les valeurs sont donnes dans le DTU (Rgles Th-U du chapitre Th-bt des
textes rglementaires de la nouvelle rglementation thermique (RT 2000)). Elles
dpendent du type de liaison, des paisseurs mises en jeu, et des dispositions
constructives choisies. 7
2.1.3 Transmissions ponctuelles Coefficient
Si les artes dun btiment
paralllpipdique font lobjet de ponts
thermiques liniques, les coins, eux, font
lobjet de ponts thermiques ponctuels.
Le flux de chaleur transmis sexprime
par :
)( ei
: coefficient de transmission ponctuelle (W.K-1)
Valeurs de
Dtermines de faon analogue celles de , pour les prendre en compte,
on cherchera dans les valeurs par dfaut utiliser dans les Rgles Th-U
de la RT 2000.
8
2.1.4 Transmissions globales Coefficient Ubt Un btiment, bien isol en partie courante, peut voir ses performances remises en
cause par lexistence de ponts thermiques, dont les dperditions peuvent reprsenter
jusqu 40% des dperditions totales.
ii
USDbt S
HHHU
en (W.m-2 .K-1)
On appelle Ubt le coefficient moyen de dperdition par transmission travers les parois et baies du btiment :
SSSS USDi
O Si dsigne les surfaces intrieures des parois qui sparent le volume chauff - de lextrieur (SD), - du sol (SS), - et des locaux non chauffs (SU) .
)).(.( eii
ibtbt SU
)).(( eiUSD HHH
USDbt
e
s
i
D
D
D
U
S
u
9
bi dsigne un coefficient de rduction de temprature = (i- u)/(i- e) o u est la temprature du local non chauff, sol ou sous-sol.
HS est le coefficient des dperditions travers sol, vide sanitaire, ou sous-sol non chauff
bUSH iii
iS .
SeiS ).(H
HU est le coefficient des dperditions travers des locaux non chauffs (except vide sanitaire ou sous-sol)
bUSH ij
jkk
kii
iU .
UeiU ).(H
en (W.K-1) j
jkk
kii
iD USH
HD est le coefficient des dperditions travers les parois donnant directement sur lextrieur
DeiD ).(H
10
2.2- TRANSFERTS DE CHALEUR A TRAVERS LES PAROIS VITREES
2.2.1 Coefficient Ug des vitrages
Extrieur Vitre
si se
e
Intrieur
i e
i > si > se > e
On a : verre = 1 W.m1.K-1
Considrons e = 3mm
a Simple vitrage
= 0.173 do Ug = 5.8 W.m2.K-1 pour un vitrage vertical
Exemple :
si i = 19C et e = 0C alors si = 4,7C
= 0.13 + 0.003 + 0.04
he
hUR
eigg
111
Dans les conditions de base :
paroi froide
risque de condensation
11
b Double vitrage
Exemple :
si i = 19C et e = 0C alors si = 10,2C
Deux vitres spares par une lame dair sec, dpaisseur e.
Extrieur Air sec
si se
Intrieur
i e
i > si > se> e
e
Comment diminuer encore Ug ? (Umur isol 0,5):
-
-
-
Rs = f(e)
0
0,1
0,2
0 10 20 30
paisseur e (mm)
Rs
Courbe Rs= f(e) paisseur limite de lame dair.
augmenter e jusqu 20mm (Ug 2.7)
vitrages peu missifs (Ug 2.5)
argon, krypton (Ug 2.8)
Cumul des 3 actions
(Ug 1.2)
+ Triple vitrage
Si e = 5mm, Rs= 0.11
et Rg=
0.13 + 0.11 + 0.04 = 0.28 do Ug = 3.5 W.m2.K-1
Dans la lame dair, changes de chaleur par : - rayonnement, - convection.
12
Sg, Ug
Sf, Uf
Menuiserie (f)
Vitrage (g)
2.2.2 Coefficients Uw, Uwf, Ujn des fentres
a Fentre sans fermeture extrieure
b Fentre avec fermeture extrieure
classe R (m2 .K.W-1)
1
2
3
4
5
0.08
0.25 Rf + 0.09
0.55 Rf + 0.11
0.80 Rf + 0.14
0.95 Rf + 0.17
Valeurs par dfaut:
Accordon, lames orientables, persiennes
Volet roulant PVC (e12mm), Volet battant PVC ou bois (e 22mm)
Volet roulant PVC (e>12mm), Volet battant bois (e > 22mm)
fermetures R (m2.K.W-1)
0.08
0.19
0.25
g, g SS
SUSUU
fg
ggffggw
Avec R : rsistance thermique additionnelle due fermeture + lame dair ventile, fonction de la rsistance thermique Rf et de la permabilit de la fermeture.
RU
U
w
wf
1
1
13
c Coefficient U moyen jour-nuit
jour
nuit
% degrs-heures % fermeture
20%
75%
45%
55%
Donc la part des dperditions avec fermetures fermes est de :
0.20*0.45 + 0.75*0.55 0.50
Exemples:
menuiserie
bois
Mtal*
PVC
PVC
Mtal*
bois
Ug R=0.08 R=0.25
2.9
1.2
Uw
3.6
2.5
1.9
3.0
2.8
1.7
Ujn
1.6 1.4
2.3 2.0
1.8 1.6
2.5 2.2
3.2 2.7
2.7 2.4
Mtal* : menuiserie mtallique rupture de pont thermique
Valeurs leves de Ujn
2UU
U wfwjn
Do :
Fentre = lment de paroi peu isolant
(Umur isol 0,5):
14
2.2.3 Apports solaires (Rgles Th-S)
a le facteur solaire
E Flux solaire incident
Pour une incidence de 30 et un vitrage ordinaire,
on a : = 9% ; = 1% ; = 90%
Calcul de la temprature du vitrage :
Bilan nergtique du vitrage :
Flux entrant = flux sortant
hh
Ehh
ei
eeii
E E flux solaire rflchi
Extrieur
Vitre
Intrieur
i
e
E
E
E flux solaire transmis
= hi (i - ) - E
> 0 : dperdition de chaleur
< 0 : apport de chaleur
hi (i - ) + (1- ) E = he ( - e ) + E
Densit de flux global de chaleur (intrieur extrieur)
i > > e (hiver)
hi i + he e + E = (hi + he)
E
E flux solaire absorb
15
Ehh
Ehhh
ei
eeiiii
Ehh
Ehhh
hhei
iei
ei
ei
EEhU
Ue
geig
EhU
Ue
geig
SEU eig
hU
Se
gavec Facteur solaire
S : gain dnergie solaire en % du
flux E arrivant sur le vitrage
Exemple (A Nmes, en Janvier, i =18C, e =-5C, simple vitrage 3mm) :
Nord : E = 30 W.m2 Sud : E = 500 W.m2
Pertes = Ug (i - e)
Gain solaire SE
Bilan thermique
133 W.m2 133 W.m2
450 W.m2 27 W.m2
-317 W.m2 106 W.m2
Apport de 317 W.m2 Perte de 106 W.m2
16
b Bilan nergtique saisonnier selon lorientation des vitrages
Sous nos latitudes :
Simple vitrage :
Gain dnergie Bilan quilibr Perte dnergie
S, SE ,SO E, O N, NE, NO
N Double vitrage : S, SE ,SO, E, O NE, NO
he t = 13.5 (he hiver = he = 1/0.04 = 25)
hi t = 8.0 (hi hiver = hi = 1/0.13 = 7.7)
h
US
e
pp
catgorie
claire
moyenne
sombre
noire
p 0.4 0.6 0.8 1.0
2.3- Quelques lments complmentaires
2.3.1 Conditions
dt
2.3.2 Facteur solaire
des parois opaques
or (1/U)t = (1/U)hiver (1/hi + 1/he) hiver + (1/hi + 1/he) t
donc 1/Ut = 1/U + 0.029
17
Merci de votre attention
EXERCICES