Quelques problèmes rencontrés en thermographie du bâtiment Dominique PAJANI - 1 -
Problèmes A - de la thermographie au retour sur investissement... B - caméra thermique C - prise de vue - 2 -
A - De l'examen thermographique au retour sur investissement... "Vous avez demandé la lune...??" Voyons quelques problèmes. Comment passer par - 1 - la détermination du U? - 2 - la surface équivalente de défaut? - 3 -
1... détermination du U?? la thermographie assure... une mesure instantanée et conjoncturelle... de température de surface de parois on aimerait en déduire avec d'autres contributions... les travaux d'amélioration ( isolation, pont thermique,... )... la nouvelle consommation annuelle ( kwh. m- 2. an -1 )... le retour sur investissement ( années ) - 4 -
1... détermination du U?? U en W. m -2. K -1 = puissance qui traverse 1 m 2, pour 1 C de T ( = Tint Text ) U = puissance * Surface -1 * T -1 Déterminer U par mesure du T et du flux sortant de Surface Interrogations? - caméra thermique = fluxmètre? - on cherche une cartographie de U? une moyenne? - on garantit le même T sur toute la paroi? - 5 -
1... détermination du U?? Mesure de T = pb de thermique, non de thermographie Tint ou Text sont des températures résultantes sèches qui font intervenir * la température ambiante (int et ext) * la température d'environnement radiatif (int et ext) * les coefficients d'échange convectif et radiatif (int et ext) mais il s'agit de thermique statique : où est l'inertie? le T n'est pas constant spatialement ou temporellement - 6 -
1... détermination du U?? Mesure de la puissance sortante = pb de thermographie? Quel rapport entre * les températures affichées... * la puissance sortante ou déperdition? déperdition radiative : la caméra thermique ne voit que ça déperdition convective - 7 -
1... détermination du U?? La déperdition radiative ( c'est du ressort du thermographe! ) pour transformer la caméra en fluxmètre radiatif On fait des hypothèses simplificatrices * corps gris ( d'où ε = α ) > la caméra voit tout le spectre * corps lambertien > la caméra voit tout l'hémisphère Tous les logiciels calculent avec Stefan Boltzmann : déperdition radiative = ε. σ. (T o4 T env4 ) en W. m -2 T o température vraie de paroi Nécessité de connaître * ε et T env : peut être délicates à définir - 8 -
1... détermination du U?? La déperdition convective ( c'est du ressort du thermicien! ) Problème de maîtrise * le thermographe ne peut qu'appliquer des formules * c'est aléatoire Nécessité de connaître * température vraie T o * température ambiante * vitesse du vent *... - 9 -
1... détermination du U?? On a le Us des surfaces saines et Ui des irrégularités > valeur moyenne pondérée de U selon l'étendue des surfaces saines et des surfaces à défaut > logiciel de calcul de consommation conventionnelle * avec Us sain partout * avec U pondéré > écart de consommation > évaluation des travaux et de leurs coûts pour ramener Ui à Us > avec coût de l'énergie > retour sur investissement - 10 -
2... la surface équivalente de défaut?? Pas besoin de calculer le U! On montre : entre deux surfaces ( 1 "saine" et 1 "défaut" ) Déperditions radiatives proportionnel * T apparentes entre les 2 surfaces * T apparente moyenne Pas besoin de ε ni de T env - 11 -
2... la surface équivalente de défaut?? - 12 -
2... la surface équivalente de défaut?? D'où une classification des déperditions (radiatives) sur la base de l'échelle des températures apparentes, uniquement des T Très intéressant en thermographie comparative (aérien,...) - 13 -
2... la surface équivalente de défaut?? Mais ce n'est pas suffisant pour quantifier des travaux On détermine ensuite une équivalence : la surface "défaut" se comporte comme...... z fois la même surface "saine" Pour cela, il nous faut la déperdition de la surface saine : déperdition radiative = ε. σ. (T o4 T env4 ) en W. m -2 T o température vraie de paroi Nécessité de connaître : ε et T env : peut être délicates à définir - 14 -
2... la surface équivalente de défaut?? Déperditions z = -------------------- déperditions (saine) - 15 -
2... la surface équivalente de défaut?? Intérêt * pas d'extrapolation en terme de U * pas de déperditions convectives à considérer * moins de problème d'inertie Inconvénient * aucun pour la Classification des déperditions * Température vraie absolue demandant ε et T env > z Dans les 2 cas (U ou z) * forte influence et forte incertitude de température d'environnement (int ou ext) * ne rendez pas de conclusion sans précautions! - 16 -
2... la surface équivalente de défaut?? On a le z > logiciel de calcul de consommation conventionnelle * avec surfaces saines partout (z = 1) * avec surfaces majorées avec z et selon proportion des surfaces > écart de consommation > évaluation des travaux et de leurs coûts pour ramener z à 1 > avec coût de l'énergie > retour sur investissement - 17 -
Exemple - Problème de consommation après rénovation - 18 -
Exemple - Problème de consommation après rénovation Tapp = 2,6 C Tmoyen = 17,9 C Dép/K = 5,6 W/m 2 Dép = 14,6 W/m 2 Dép(19,2 C) = 1,5 W/m 2 z = 14,6/1,5 = 9,7-19 -
Exemple - Problème de consommation après rénovation MAIS FAISONS LES CALCULS DE THERMIQUE avec les données de la littérature Mur extérieur pierre 40 cm + doublage (lame d'air + BA13) R = 1/3,03 + 0,17 + 0,04 = 0,54 > Unon isolé = Uni= 1,85 W.m -2.K -1 Mur + complexe isolant 75 lv + BA13 : Uisolé = Ui = 0,45 W.m -2.K -1 Surface non isolée Sni = 2,25 m * 0,45 m = 1 m 2 Ti/e = 19,5-0,5 = 19 C Déperdition par la paroi non isolée = Uni * T * Sni = 35 Watt Déperdition si cette surface est isolée = Up * T * Sni = 8,5 Watt z = (35-8,5)/8,5 = 3,1-20 -
Exemple - Problème de consommation après rénovation QUELLE EST LA TEMPERATURE VRAIE INTERIEURE DE LA PAROI? On est à l'intérieur, la résistance thermique superficielle Rtsi vaut de 0,11 à 0,16 m 2.K.W -1 selon la littérature. Prenons 0,125 (norme?). Pour la paroi non isolée : Tpi = Ti - Ti/e * Rtsi / Rt = 19,5-19 * 0,125 *1,85 = 15,1 C Tvraie Pour la paroi isolée : Tpi = 19,5-19 * 0,125 *0,45 = 18,4 C Tvraie Or, on mesure respectivement 16,6 et 19,2 C Tapp. Laissons de côté, influence faible. Dép = 3,3*5,5 = 18,1 et Dép(18,4 C) = 5,6 soit z = 18,1 /5,6 = 3,2-21 -
Exemple - Problème de consommation après rénovation On refait les calculs avec 0,5 C de moins sur les parois (dérive de caméra) Tapp = 2,6 C Tmoyen = 17,5 C Dép/K = 5,6 W/m 2 Dép = 14,6 W/m 2 Dép(18,7 C) = 4,1 W/m 2 z = 14,6/4,1 = 3,6-22 -
Finalement, pour le retour sur investissement...?? 1 - détermination du U? C'est l'idée du thermicien Elle demande de déterminer les échanges convectifs 2 ou surface équivalente de défaut? C'est l'idée du thermographe Elle correspond à la compétence de la thermographie Dans les 2 cas, incertitude importante - 23 -
B - Problèmes de caméra thermique? Elles sont utilisées "au taquet" * faibles températures et faibles écarts de température En détermination de U ou de s : besoin de température absolue * considérer l'incertitude de la caméra et sa dérive * idem en détection de condensation (diagramme de Mollier) En classification de déperditions, seulement des T Choix important de caméras sur le marché : pas de pb * la résolution spatiale ( 160x120) * la résolution thermique ( 0,1 C @ 30 C) * non-uniformité sur l'image thermique - 24 -
C - Problèmes de prise de vue? Irrégularités de température de paroi...... dues aux variations : * de coefficient de transmission thermique U * de coefficients d'échange convectif ou radiatif * dans l'environnement radiatif des parois * d'ensoleillement (récent, non actuel!) * de températures à l'intérieur des locaux * etc... - 25 -
Problèmes de prise de vue? * variation du coefficient de transmission thermique U C'est le cas qui nous intéresse, puisque l'on cherche des problèmes - d'isolation - de pont thermique Ce cas peut être masqué par des phénomènes prépondérants. - 26 -
Problèmes de prise de vue? * variation des coefficients d'échange radiatif - 27 -
Problèmes de prise de vue? * variation des coefficients d'échange convectif - 28 -
Problèmes de prise de vue? * variations dans l'environnement radiatif des parois - 29 -
Problèmes de prise de vue? * écart dans l'environnement radiatif des parois - 30 -
Problèmes de prise de vue? * variation dans l'environnement radiatif des parois - 31 -
Problèmes de prise de vue? * variation d'ensoleillement (récent, non actuel!) - 32 -
Problèmes de prise de vue? * variation d'ensoleillement (récent, non actuel!) - 33 -
Problèmes de prise de vue? * variation d'ensoleillement (récent, non actuel!) - 34 -
Problèmes de prise de vue? * variation de températures à l'intérieur des locaux - 35 -
Problèmes de prise de vue? * variation de températures à l'intérieur des locaux - 36 -
Problèmes de prise de vue? Irrégularités entre bâtiments en thermographie comparative dues aux facteurs précédents auxquels il faut rajouter, entre autres, l'inertie - 37 -
- 38 - Problèmes de prise de vue?
- 39 - Problèmes de prise de vue?
- 40 - Vous aviez demandé la lune...??
22 janvier 2008 18h30 à Châbons (Isère) Température ambiante + 3 C Lune : température apparente + 50 C en direction de Virieu sur Bourbre (Nord Est) caméra JENOPTIK HR 1280x960 Merci de votre attention - 41 -