TD de thermique de l habitat 1

TD de thermique de l habitat 1 - Td 3-1 Etude des déperditions d un pavillon F3 On étudie le pavillon F3, situé à Blois (41) dont le plan de masse est donné ci-dessous. La ventilation de ce pavillon est réalisé par une VMC auto-réglable. On cherche à maintenir la température de ce pavillon à θ int = 19 [ o C]. La hauteur sous plafond est 258 cm. Les dimensions des parois vitrées sont regroupées dans le tableau 1. Partie 1 1. Quelle est la zone climatique de ce pavillon? 2. Quelle est la température extérieure de base à prendre en compte pour dimensionner la puissance de chauffage à installer. 3. Déterminer les débits maximum et minimun d air vicié à extraire du logement. 4. Déterminer le débit d air neuf à introduire dans le logement. 5. En supposant que la ventilation est assurée par une VMC simple flux, déterminer les déperditions par renouvellement d air spécifique, D 21 en [W.K 1 ] et les déperditions par renouvellement d air H v en [W.K 1 ]. Figure 1 TD2 - On considère que le séjour et le salon constitue 2 pièces distinctes aux vues de leurs surfaces respectives. La salle de bain est équipée de WC. On négligera les infiltrations d air dans le bâtiment et par conséquent les déperditions associées. La longueur des murs de refend est de 12.5 m (longueur d un seul côté des murs porteurs intérieurs) Partie 2 1. Polytech Marseille, Semestre S9 1

Table 1 Composition des murs. Mur porteur extérieur 1.5 cm de parement extérieur de mortier 30 cm de béton cellulaire 1 cm de platre d enduit Mur de refend enduits et peintures non détaillés 15 cm de béton plein Plancher haut Plafond sous combles perdues Bloc en béton de granulats de 20 20 50 12 cm de laine de verre VA.5 (isolé au dessus) Ψ ph mur = 0.38 [W.m 1.K 1 ] Plancher bas Plancher sur terre plein k = 0.68 [W.m 1.K 1 ] Ψ mur,plancher = 0.35 [W.m 1.K 1 ] 1. Calculer le coefficient de déperditions surfacique U mur du mur en partie opaque. 2. Calculer les coefficients de déperditions surfaciques U w des parties vitrées : portes et fenêtres battantes, menuiseries en PVC de coefficient U f = 2, 5 [W m 2.K 1 ] double vitrage 4/10/4, en verre ordinaire et remplissage à 85% de krypton, la résistance thermique de la porte est R porte = 0.3 [m 2.K.W 1 ]. On pourra commencer par calculer le coefficient de transmission de la vitre, puis le coefficient global de déperditions au travers les ouvrants en utilisant le cours Déperditions par les huisseries. 3. Faire l inventaire de tous les ponts thermiques éventuels. 4. Calculer le coefficient de déperditions H s du plafond sous combles perdues en [W.K 1 ]. 5. Calculer le coefficient de déperditions H d des parois en contact avec l extérieur en [W.K 1 ]. 6. Calculer le coefficient de déperditions H u du plancher en contact avec le sol en [W.K 1 ]. 7. Calculer les coefficients de déperditions H T [W.K 1 ] U bat [W.m 2.K 1 ] à travers l enveloppe du bâtiment. Partie 3 1. Déterminer les apports solaires A s. 2. Déterminer les apports internes A i. 3. Déterminer le coefficient F caractérisant les apports gratuits récupérables. 4. Déterminer les besoins annuels en chauffage, ainsi que la consommation annuelle en chauffage en faisant quelques hypothèses justifiées. 5. Déterminer la puissance de chauffage à installer. 2

Correction de l exercice 1 Partie 1 1. Ce pavillon est dans la zone climatique H2. 2. La température extérieure de base est T ext = -7 [ o C]. 3. Les débits maximum à extraire sont fournis dans le tableau suivant : Figure 2 Cours Déperditions par renouvellement d air et ventilation Le pavillon compte 4 pièces principales (aux vues de leurs dimensions respectives, le séjour et le salon peuvent être vus comme 2 pièces distinctes), le débit d air maximal à extraire est donc :Q extrait,max = 165 [m.h 1 ], avec en cuisine 120 [m.h 1 ], en salle de bain 30 [m 3.h 1 ] et dans les WC 15 [m 3.h 1 ]. 4. Le débit minimal à extraire est de Q extrait,min = 90 [m 3.h 3 ]. 5. Le débit d air neuf minimal à faire entrer dans le pavillon est fonction du nombre de pièces : 7 dans ce logement. Le débit d air neuf minimal entrant est donc : Q entrant = 120 [m 3.h 1 ]. Figure 3 Cours Déperditions par renouvellement d air et ventilation 6. Les déperditions par renouvellement d air sont alors : Les déperditions par renouvellement d air sont calculés réglementairement en prenant : Q extrait = Q extrait,max + 5Q extrait,min 6 = 165 + 5 90 6 (1) 3

Les déperditions par renouvellement spécifiques sont alors : D 21 = 0.34 Q extrait = 34.85[W.K 1 ] (2) Comme on néglige les déperditions par infiltration, les déperditions par renouvellement d air sont alors : H v = D 21 + D 22 = 34.85 + 0 = 34.85[W.K 1 ] (3) Partie 2 Déperditions par les parois opaques verticales Le coefficient de transmission par le mur est U mur défini par : U mur = 1 1/h si + e mort /λ mort + e b /λ b + e enduit /λenduit + 1/h se (4) U mur = La surface du mur est : 1 0.13 + 0.015/1.15 + 0.3/0.18 + 0.01/0.35 + 0.04 U mur = 0.53[W.m 2.K 1 ] A mur = (7 + 4 + 3 + 2 + 3) 2 2.58 (2 2.18 2.15 + 3 1.48 1.45 + 1.48 0.75 + 2.18 0.92) A mur = 79.11[m 2 ] Déperditions par les ouvrants Les fenêtres comportent des vitres en verre ordinaire, le coefficient de transmission par les vitres est pris dans le tableau du cours Déperditions par les parois vitrées et les huisserie : U verre = 2.6 [W.m 2.K 1 ]. Figure 4 Cours Déperditions par les baies vitrées et les huisseries Connaissant le coefficient de déperditions des huisseries, on trouve le coefficient de déperditions par les huisseries dans le tableau ci-dessous : Par interpolation linéaire, le coefficient de dérperdition par les ouvrants (portes fenêtres ou fenêtre) est U w = 2.77 [W.m 2.K 1 ]. La surface des ouvrants est : A ouvrant = 16.92 [m 2 ]. La résistance thermique de la porte est :R porte = 0.3 [K.m 2.W 1 ]. La surface de la porte est A porte = 2 [m 2 ] 4

Figure 5 Cours Déperditions par les baies vitrées et les huisseries Les ponts thermiques Il existe différents ponts thermiques à prendre en compte : les liaisons d angle mur-mur : Ψ mur,mur = 0.07 [W.m 1.K 1 ] (p37 du cours sur les déperditions par les parois) les liaisons mur-refend : Ψ mur,ref = 0.075 [W.m 1.K 1 ] (p41 du cours sur les déperditions par les parois) les liaisons mur-plafond : Ψ mur,ph = 0.38 [W.m 1.K 1 ] les liaisons mur-plancher : Ψ mur,pb = 0.35 [W.m 1.K 1 ] les liaisons refend-plancher haut : Ψ refend,plafond = 0.05 [W.m 1.K 1 ] Pour cela, il faut consulter la page 43 du cours sur les déperditions par les parois, sachant que le mur de refend est fait de 15cm de béton, de 12cm de laine de verre VA5, la résistance de l isolant est alors R i = 0.12/0.034 = 3.52 [m 2.K.W 1 ]. Coefficient H s : déperditions vers les locaux non chauffés (combles) La définition de H s est la suivante : H s = τ (A plafond U plafond + Ψ refend,plafond l refend,plafond ) (5) Il faut d abord calculer U plafond, dont la valeur approchée est de 0.2487 [W.K 1.m 2 ]. La résistance thermique des blocs en béton de granulats se trouve dans le TD1 et vaut 0.29 [K.m 2.W 1 ]. l refend,plafond = 2 12.5 = 25m, A plafond = 7 12 = 84m 2, H s = 0.9 (84 0.2487 + 0.05 25)) = 19.93W.K 1 Coefficient H d : déperditions par les parois en contact avec l extérieur La définition de H d est la suivante : ( H d = A mur U mur + A ouvrant U w + A porte U porte + ) (Ψ l) (6) (Ψ l) = Ψmur,mur l mur,mur + Ψ mur,ref l mur,ref + Ψ mur,pb l mur,pb + Ψ mur,ph l mur,ph l mur,mur = 4 2.58 = 10.32m, l mur,ref = 2 5 2.58 = 25.8m, l mur,ph = (7 + 4 + 3 + 2 + 3) 2 = 38m 2, l mur,pb = (7 + 4 + 3 + 2 + 3) 2 = 38m 2, H d = 121.2W.K 1 5

Déperditions par le plancher Le coefficient de transmission par le plafond est H u défini par : H u = k l plancher (7) H u = 0.68 38 = 25.84W.K 1 Coefficient H T [W.K 1 ] H T = H d + H s + H u = 167[WK 1 ] (8) coefficient U bat Le coefficient de déperditions U bat est alors : H T U bat = A d + A pb + A ph 153.71 U bat = 98.04 + 84 2 U bat = 0.63 [W.m 2 K 1 ] (9) Partie 3 Apports solaires Les apports solaires sont de la forme : A s = S se E zone H2, S se = 0.028 84 = 2.35m 2, E zone H2 = 440kWh.m 2, A s = 1 034 880 Wh Apports internes Les apports internes sont de la forme : A i (kw h) = 21.7 S H, A i = 21.7 84 = 1 822 800 Wh Détermination du facteur F Il faut tout d abord déterminer le taux de récupération des apports gratuits, X : X = A s + A i DSA, DSA = (H T + H v 2GV ) DHU DSA = (167 + 34.85 0) 52.10 3 = 10 497 kwh 1 034 880 + 1 822 800 X = = 0.27 10 497 000 6

L inertie du bâtiment est forte, car les murs extérieurs sont des murs à isolation répartie et le plancher est lourd. En effet, il est caractérisé par un coefficient k = 0.68 [W.m 1.K 1 ], on peut ainsi en déduire un coefficient surfacique U e = 0.31 [W.m 2.K 1 ] caractéristique d un plancher très isolé. La diapositive 33 du cours sur les calculs de besoins de chauffage permet alors de déterminer F, le facteur d apport gratuit : F 0.27. Expression des besoins de chauffage B ch = (H T + H v 2GV )(1 F )DHU, B ch = (167 + 34.85 0) (1 0.27) 52 = 7 662 kwh Consommation de chauffage C ch = 7662 0.9 0.8 C ch = B ch I, η = 8 620 kwh I est un facteur d intermittence qui permet de prendre en compte les phases d arrêt ou de ralenti du chauffage. Une valeur communément employée est I = 0.9. η est le rendement de l installation de chauffage, traduisant les pertes de l élément de chauffage (par exemple de la chaudière), les pertes par les conduites distribuant l eau de chauffage, les pertes des émetteurs de chaleur (les radiateurs). Un rendement d installation de 80 % semble une bonne valeur. Puissance de chauffage à installer Les apports gratuits ne doivent être pris en compte dans le calcul de la puissance de chauffage à installer. En effet, cette dernière correspond à la puissance que l installation de chauffage doit pouvoir apporter au bâtiment dans le cas de conditions climatiques les plus défavorables. C est aussi pour ceci que l on utilise θ eb qui est la température la plus basse rencontrée moins de 5 fois pendant la saison de chauffe. Néanmoins, cette puissance P ch doit encore être majorée pour prendre en compte le rendement de l installation, η. Par ailleurs, on utilise fréquemment un surfacteur de 10 à 20 % pour que l installation soit plus réactive dans les phases de démarrage ou de relance. P ch = (H T + H v 2GV )(θ int θ eb ), P ch = (167 + 34.85 0) (19 + 7) = 5.3 kw 7