Agrégation «blanche» Génie Civil - mars 2005 Université Paul Sabatier Epreuve de «confort thermique» (1 heure)

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1 Agrégation «blanche» Génie Civil - mars 2005 Université Paul Sabatier Epreuve de «confort thermique» (1 heure) Le recours à toute documentation personnelle est interdit Les calculs seront faits à partir de formules littérales écrites et commentées, en remplaçant les valeurs par les nombres permettant de retrouver le résultat exprimé. Comme dans toute résolution de problème, un certain nombre d hypothèses et de valeurs ne sont pas données, elles sont donc laissées à votre initiative. Il sera nécessaire d indiquer de manière claire sur votre copie les hypothèses et les valeurs que vous prendrez. Toutes les notions spécifiques au domaine du confort devront être explicitées et définies clairement. Des schémas explicatifs seront appréciés. Si du travail est effectué sur les annexes ils pourront être rendus avec la copie. Question de cours 1. Quels sont les modes de transfert de chaleur entre le corps humain et son environnement thermique? 2. Quels sont les paramètres physiques importants et qui doivent être mesurés sur le terrain? 3. Qu'est ce que la thermo neutralité physiologique? Problème Une salle de TP de 10 m x 6 m au sol et de 5 m de hauteur sous plafond, possède une paroi vitrée qui fait tout un grand coté. En hiver ce local est non chauffé depuis la veille, l'air et toutes les parois sont à 17 C sauf les vitres, mal isolées, qui sont à 10 C, la pression de vapeur est de 900 Pa. Il n'y a de ventilation. A 8 h. du matin, au début du TP, on met en route le système de chauffage par panneaux rayonnants basse température qui sont régulièrement répartis et couvrent 1/3 de la surface du plafond. Ces panneaux ont une faible inertie et se mettent immédiatement à température de 70 C. Les 20 élèves sont vêtus d'une tenue standard d'hiver. 1. Dans un premier temps, on suppose que l'inertie thermique du local est assez importante, pour que les paramètres physiques restent invariants (sauf les panneaux) après la mise en route du chauffage radiatif. Calculer et/ou déterminer l'ensemble des paramètres physiques nécessaires pour décrire l ambiance thermique au centre du local. 2. Calculer la puissance nette émise par les panneaux rayonnants. 3. A l'aide des équations simplifiées du PMV (donné en annexe). calculer - les échanges radiatifs et le coefficient d'échange équivalent. - les échanges par respiration, convection et évaporation - le PMV et PPD. Comparez aux valeurs données dans l annexe, conclusions 4. Qu elle température faudrait-il imposer aux panneaux pour que le PPD soit minimal. Commenter. 5. Evaluer l'asymétrie horizontale de rayonnement dans ce cas. Commenter. 6. Conclusions générales : - remettre en cause les hypothèses de calcul, - donner des propositions pour affiner l'étude de ce local - que ce passe-t-il dans la réalité au niveau du local et des occupants? Sujet Agrégation «blanche» Génie Civil Toulouse / 9

2 ANNNEXE Extrait de la norme «NF EN ISO 7730» Décembre 1995 X Ambiances thermiques modérées : détermination des indices PMV et PPD et spécifications des conditions de confort thermique Toutes les notations correspondent aux notations internationales du domaine. Les unités sont dans le système international. PMV = A.S A= exp ( M) PPD = exp( PMV PMV 2 ) Echelle du PMV 3 très chaud 2 chaud 1 légèrement chaud 0 neutre -3 froid -2 frais -1 légèrement frais S Astreinte thermique : S= (M-W) - (Resp + Evap + Ray + Conv ) Evap = (P sk -P a ) (M-W-58.15) Resp = M (34-Ta) M (5867 Pa) (avec Ta en C) Ray = f cl.f eff. σ.ε. (T cl 4 -T mrt 4 ) assis f eff = ; debout f eff = Conv = f cl. h c. (T cl Ta) h c = Max [2.38.(T cl -Ta) 0.25 ; 12.1 Va 0.5 ] σ = SI T sk = (M-W) P sk = 256.T sk (Tsk en C) T cl = T sk I cl (Ray + Conv) ( I cl en clo) si I cl < 0.5 clo ; f cl = I cl si I cl > 0.5 clo ; f cl = I cl Température opératoire (ou opérative) optimale (correspondant à PMV = 0) en fonction de l'activité et du vêtement Sujet Agrégation «blanche» Génie Civil Toulouse / 9

3 Pourcentage prévisible d'insatisfaits (PPD) en fonction du vote moyen prévisible (PMV) Type d'activité Mtot --> met W/m 2 µ Repos Couché 0,8 47 Repos Assis 1,0 58 Repos Debout 1,2 70 Activité sédentaire bureau, domicile, laboratoire 1,2 70 Activité légère Debout achats, industrie légère 1,6 93 Activité moyenne Debout vendeur, travail léger 2, ,05 Activité soutenue travail lourd sur machine 3, ,15 Marche à une vitesse de 3,2 Km/h 2, ,8 2,6 151 Marche sur un pente, 5 % à une vitesse de 3 Km/h 4, ,11 Marche avec une charge de 20 kg 4 Km/h 3, ,10 Course à pied 10 Km/h 14,8 830 Production d'énergie métabolique Sujet Agrégation «blanche» Génie Civil Toulouse / 9

4 Isolement thermique pour des ensembles vestimentaires typiques Annexe C (normative) tables pour la détermination du vote moyen prévisible (PMV) à une humidité relative de 50 % Sujet Agrégation «blanche» Génie Civil Toulouse / 9

5 C.1 niveau d'activité = 46,4 W/m 2 (0,8 met) Sujet Agrégation «blanche» Génie Civil Toulouse / 9

6 C.2 niveau d'activité = 58 W/m 2 (1 met) Sujet Agrégation «blanche» Génie Civil Toulouse / 9

7 C.3 niveau d'activité = 69,6 W/m 2 (1,2 met) Sujet Agrégation «blanche» Génie Civil Toulouse / 9

8 C.4 niveau d'activité = 81,2 W/m 2 (1,4 met) Sujet Agrégation «blanche» Génie Civil Toulouse / 9

9 C.5 niveau d'activité = 92,8 W/m 2 (1,6 met) Sujet Agrégation «blanche» Génie Civil Toulouse / 9