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présentation de :
Michaël Thienpont
Michaël Thienpont30 octobre 2005
Génie ClimatiquePréparation à l'Agrégation
1
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
24
16
°C
heures24120 3
24
16
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Inertie – différents cas de figure.°C
heures24120 3
24
16
°C
heures24120 3
24
16
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Inertie – différents cas de figure.°C
heures24120 3
18
0
°C
heures24120 3
18
0
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Inertie – différents cas de figure.°C
heures24120 3
18
0
°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
23
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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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présentation de :
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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)