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i Couverture ii ISBN iii Préface iv TABLE DES MATIERES Tome I : Conception des

i Couverture ii ISBN iii Préface iv TABLE DES MATIERES Tome I : Conception des nouveaux bâtiments 1. Une méthode de calcul simplifiée du bilan thermique climatisation en climat tropical 1 2. L'évaluation des coûts globaux d'exploitation 37 3. Le choix des systèmes de climatisation : critères généraux 53 4. Le choix d'un climatiseur de local 65 5. Le choix d'une climatisation centralisée 93 6. La conception thermique des bâtiments climatisés : critères de performance 141 Tome II : exploitation des installations existantes 1. Le diagnostic global d'une installation de climatisation 1 2. L'amélioration d'un climatiseur 23 3. L'amélioration d'une installation de climatisation centralisée 57 4. L'amélioration de la machine frigorifique associée 77 5. Un contrat de maintenance avec clause "énergie" 105 6. Vers une réglementation thermique minimale de l'exploitation des bâtiments et des systèmes 117 v EFFICACITE ENERGETIQUE DE LA CLIMATISATION DES BATIMENTS EN PAYS TROPICAL TOME 1 : CONCEPTION DES NOUVEAUX BATIMENTS Ont participé à la rédaction de cet ouvrage : Jacques CLAESSENS Chercheur à l'Université Catholique de Louvain, Région Wallonne Yézouma COULIBALY Professeur d'énergétique à l'EIER, Chef du département IEGS (Infrastructure, Energie et Génie Sanitaire) Thomas DJIAKO Moïse GNAMKE Abraham KANMOGNE Alexis KEMAJOU Ingénieur Conseil SOFRICAM International, Cameroun Mamadou J. KONE Energéticien, Coordonnateur de projet environnement-énergie- construction, UNDP/UNOPS Arame NDIAYE Mohamed SAKO KOITA Energéticien, Enseignant-Chercheur à l'Institut National Polytechnique, Côte d'Ivoire Dimitris STAMATOUKOS Responsable technico-commercial dans une entreprise de réfrigération industrielle en Région Wallonne. Ministère de la Région Wallonne vi -------------------- LE CALCUL SIMPLIFIE DU BILAN THERMIQUE 1 CHAPITRE 1 UNE METHODE DE CALCUL SIMPLIFIEE DU BILAN THERMIQUE DE CLIMATISATION EN CLIMAT TROPICAL INTRODUCTION ...................................................................................................................................2 1.1 CAHIER DES CHARGES POUR LE CALCUL D’UN BILAN THERMIQUE DE CLIMATISATION........................................................................................................................3 1.2 BASE DE DONNEES CLIMATIQUES......................................................................................4 1.2.1 Mois de base ..........................................................................................................................................4 1.2.2 Conditions extérieures de base..............................................................................................................4 1.2.3 Conditions intérieures de base ..............................................................................................................5 1.3 PROPRIETES THERMOPHYSIQUES DES MATERIAUX LOCAUX DE CONSTRUCTION ........................................................................................................................6 1.4 EVALUATION DU BILAN THERMIQUE DE CLIMATISATION.......................................8 1.4.1 Méthodes pour déterminer les bilans .....................................................................................................8 1.4.2 Méthode simplifiée de calcul.................................................................................................................9 1.4.3 Coefficient de sécurité .........................................................................................................................23 1.5 EVALUATION DE LA PUISSANCE A SOUSCRIRE ...........................................................23 1.6 FEUILLE DE CALCUL DU BILAN THERMIQUE DE CLIMATISATION......................25 1.7 EXEMPLE D’APPLICATION ..................................................................................................26 CONCLUSION ......................................................................................................................................32 ANNEXE ................................................................................................................................................33 BIBLIOGRAPHIE.................................................................................................................................35 LE CALCUL SIMPLIFIE DU BILAN THERMIQUE -------------------- 2 INTRODUCTION Les installations de climatisation utilisées dans les pays tropicaux sont dimensionnées à partir des méthodes de calcul de bilans thermiques mises au point pour des climats continentaux (Airwell ou Carrier) [1] [2] c’est à dire, présentant des fortes variations de température en cours d’année (hiver–été) et des taux d’humidité relativement faibles (50 à 60%). En région tropicale humide, les taux d’humidité sont élevés (supérieur à 80%) et la température varie peu dans l’année [3]. On s’aperçoit qu’il est difficile de transposer une méthode de calcul mise au point à partir des conditions climatiques spécifiques d’une région à l’autre, car cela peut entraîner un certain nombre de problèmes sur les plans thermiques des enveloppes architecturales, énergétiques et hygrothermiques dans le bâtiment. Tous ces aspects font que les installations de climatisation conçues pour les climats tropicaux sont surdimensionnées, entraînant ainsi une surconsommation électrique dans le domaine du conditionnement d’air des bâtiments [3]. Ceci justifie ce chapitre dont l’objectif est de mettre à la disposition des bureaux d’étude, des étudiants et des techniciens exerçant dans le métier de frigoriste, des informations relatives au calcul simplifié de bilan thermique de climatisation adaptée aux climats tropicaux humides, de transition et sahélien. Ces informations relèvent des valeurs recueillies sur les différents sites météorologiques qui feront l’objet de ce travail. Cependant, pour les villes dont nous n’avions pas ces données nous avons procédé par calcul en tenant compte des paramètres météorologiques locaux. Aussi, en fonction de ces zones climatiques les villes indiquées dans le tableau 1.1 ont été retenues comme échantillon de cette étude. Zones climatiques Pays Villes échantillons Cameroun Douala Côte d’Ivoire Abidjan Bénin Cotonou Climat tropical humide Togo Lomé Climat tropical de transition (climat littoral) Sénégal Dakar Cameroun Garoua Climat tropical sec Côte d’ivoire Korhogo Mali Bamako Niger Niamey Tchad Djamena Climat tropical sahélien Burkina Faso Ouagadougou Tableau 1.1 Villes retenues pour l'étude -------------------- LE CALCUL SIMPLIFIE DU BILAN THERMIQUE 3 1.1 CAHIER DES CHARGES POUR LE CALCUL D’UN BILAN THERMIQUE DE CLIMATISATION Avant de commencer le calcul du bilan thermique, le technicien devra connaître tous les facteurs qui pourront affecter son évaluation. Des relevés précis, détaillés, complets sont à la base même du bilan. C’est à partir de la connaissance de ces éléments et si le bilan a été étudié avec soin, que l’on pourra déterminer l’installation la plus économique et la plus assurante, compte tenu des résultats à obtenir. La prise en compte de ces différents paramètres permet d’éviter d’utiliser les coefficients de sécurité lors de l’évaluation des bilans qui sont à l’origine du surdimensionnement des équipements de climatisation. Nous citons ci-dessous les principaux éléments à prendre en considération. ◊ Orientation du local : situation des locaux à conditionner par rapport aux : - Points cardinaux, géographique (latitude, longitude), climatiques, - Immeubles voisins produisant de l’ombre, - Surface réfléchissante : eau, sable, parking, etc. ◊ Plans d’architecture, les détails montrant la structure interne de l’immeuble, les croquis à main levée font partie d’un bon relevé, ◊ Dimensions du local : longueur, largeur, hauteur sous plafond, ◊ Matériaux de construction : nature des matériaux, épaisseur des murs, toits, plafonds, plancher et cloisons, et leur emplacement, ◊ Couleurs des matériaux : couleurs des murs et du toit, ◊ Conditions extérieures au local : locaux adjacents conditionnés ou non, température des locaux non conditionnés, plancher sur sol ou sur vide sanitaire, ensoleillement maximum du local, condition extérieure de base, ◊ Conditions à maintenir à l’intérieur du local (température et humidité relative), ◊ Destination des locaux : bureau, hôpital, boutique, magasin, atelier…, ◊ Fenêtres : dimensions et emplacements, encadrement bois ou métal, type de vitrage, type de store, dimension des auvents et saillies, ◊ Portes : emplacement, type, dimension, fréquence des ouvertures, ◊ Occupants : activités et nombres, durée d’occupation du local, ◊ Eclairage : type, puissance et durée d’allumage, ◊ Appareils ménagers, moteurs : emplacement, puissance nominale ; durée de fonctionnement et coefficient de simultanéité, ◊ Emplacement de l’équipement et réseau de distribution (tracé des canalisations d’eau et des gaines d’air). LE CALCUL SIMPLIFIE DU BILAN THERMIQUE -------------------- 4 1.2 BASE DE DONNEES CLIMATIQUES En général, dans les pays chauds on distingue à quelques nuances près deux types de climat : le climat tropical sec et tropical humide. Ces deux types de climat conduisent, en gros, à deux problèmes de climatisation différents, le premier demandant surtout un refroidissement de l’air, le deuxième une déshumidification avec rafraîchissement. 1.2.1 Mois de base [1] [2] L’évaluation du bilan thermique est basée sur l’estimation des gains externes et internes pendant le mois le plus chaud appelé mois de base. Le tableau 1.2 nous donne les différents mois de base pour quelques villes échantillons. On constatera la faiblesse des données existantes en Afrique tropicale. Zones climatiques Pays Villes de références Mois de base Cameroun Douala Février Côte d’Ivoire Abidjan Février Bénin Cotonou Climat tropical humide Togo Lomé Climat tropical de transition ou littoral Sénégal Dakar Cameroun Garoua Mars Climat tropical sec Côte d’ivoire Korhogo Mali Bamako Niger Niamey Tchad Djamena Climat tropical désertique Burkina Faso Ouagadougou Avril Tableau 1.2 Mois de base (mois le plus chaud) 1.2.2 Conditions extérieures de base [1] Le bilan thermique de conditionnement d’air doit être défini dans les conditions dites extérieures de base. Elles correspondent à des températures sèches et humides simultanées qui pourront être dépassées pendant quelques heures par an pour le mois le plus chaud. Le tableau 1.3 nous donne ces conditions de base pour certaines villes. -------------------- LE CALCUL SIMPLIFIE DU BILAN THERMIQUE 5 Zones climatiques Pays Villes de références Température sèche [°C] Température humide [°C] Direction du vent Vitesse du vent [km/h] Cameroun Douala 32 29 SW 7,3 Côte d’Ivoire Abidjan 32,5 27,5 Bénin Cotonou Climat tropical humide Togo Lomé Climat littoral Sénégal Dakar Cameroun Garoua 39,8 23,7 W 10,36 Climat tropical sec Côte d’ivoire Korhogo 36 22,5 Mali Bamako Niger Niamey Tchad Djamena Climat tropical désertique Burkina Faso Ouagadougou 39 29,5 SO 8,3 Tableau 1.3 Conditions de base extérieures 1.2.3 Conditions intérieures de base Ce sont les conditions normales recommandées pour les applications courantes en vue du confort thermique dans les bâtiments climatisés [4] [5]. Des études expérimentales entreprises en climat tropical humide et sec portant sur des individus légèrement vêtus exerçant une activité sédentaire dans les conditions ambiantes de leurs bureaux climatisés, ont permis de déterminer une gamme de température propre au bien être des habitants de ces pays. Le tableau 1.4 présente ces conditions intérieures de confort [3] [6]. LE CALCUL SIMPLIFIE DU BILAN THERMIQUE -------------------- 6 Zones climatiques Pays Villes de références Température sèche [°C] Humidité relative [%] Cameroun Douala 26 51,3 Côte d’Ivoire Abidjan 24,5 65 Nigeria Lagos 26 50 Climat tropical humide Togo Lomé Climat littoral Sénégal Dakar Cameroun Garoua 28,5 51,9 Climat tropical sec Côte d’ivoire Korghoro 26,5 50 Mali Bamako Niger Niamey Tchad Djamena Climat uploads/Geographie/ efficacite-energetique-iepf-tome1-bilans-thermiques.pdf