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04/05/00 version 1.01 Confort et traitement d’air Chapitre 2 : Le bilan thermiq

04/05/00 version 1.01 Confort et traitement d’air Chapitre 2 : Le bilan thermique 04/05/00 version 1.01 Confort et traitement d’air Sommaire Introduction 3 De la notion de confort à celle de traitement d'air... 3 Etablir le bilan thermique 4 Définition 4 Paramètres 4 Calcul 7 Application 8 Déterminer le débit d'air 16 Définition 16 Paramètres 16 Calcul 17 Application 18 Calculer la droite de pente du local 20 Définition 20 Application 23 Incidence du paramètre humidité 27 Calculer la droite de pente de la batterie 31 Définition 31 Application 34 04/05/00 version 1.01 Confort et traitement d’air Introduction De la notion de confort à celle de traitement d'air... La nécessité de maintenir l’équilibre thermique du corps humain est maintenant établie (voir Chapitre 1 : le confort). Or l’homme évolue généralement dans un milieu où les apports calorifiques, nombreux et divers, viennent perturber cet équilibre. L'installation de climatisation permet de combattre ces apports en traitant l'air. Méthodologie Pour installer la climatisation dans un local, il est d'abord nécessaire de quantifier les apports calorifiques avant de déterminer le type d’équipement qui permettra de les neutraliser. Le calcul des apports calorifiques passe par trois grandes phases : 1. Etablir le bilan thermique 2. Déterminer le débit d’air 3. Calculer les droites de pente (local et batterie) 04/05/00 version 1.01 Confort et traitement d’air Etablir le bilan thermique Définition Etablir le bilan thermique d'un local, c'est répertorier et quantifier toutes les sources de perturbation qui vont influencer l’ambiance en température et en humidité : • apports de chaleur venant de l’extérieur (été) ou départs de chaleur vers l’extérieur (hiver), • apports de chaleur dus aux équipements internes ou aux occupants, • apports ou départs d’humidité dus aux équipements, aux occupants et à la migration par les parois. • apports ou extractions d'air. Paramètres Un local à climatiser est le siège d’échanges thermiques qui se répartissent en trois types d'apports : • les charges externes, • les charges internes, • les apports d'air neuf. Charges externes Les charges externes représentent tous les échanges thermiques avec le milieu extérieur : au niveau des parois, portes et vitrages, à travers les surfaces vitrées et par l'intermédiaire des ouvertures : ATELIER RECEPTION CHAUFFERIE 04/05/00 version 1.01 Confort et traitement d’air Etablir le bilan thermique (suite) Paramètres (suite) Charges externes (suite) • Charges au niveau des parois, portes et vitrages : L'échange thermique a lieu en raison de la différence de température avec l’extérieur ou les locaux mitoyens. Les apports calorifiques s'effectuent par transmission : − apports positifs en été (ou "aperditions"), − apports négatifs en hiver (ou "déperditions"). La nature et l’épaisseur des matériaux jouent un rôle primordial dans cet échange et l’isolation thermique est généralement indispensable. • Charges à travers les surfaces vitrées : Le rayonnement solaire crée un flux calorifique qui pénètre en partie à l’intérieur du local. Son intensité dépend de : − la latitude géographique, − la valeur du rayonnement solaire, − la hauteur du soleil, − l'heure du jour, − l'orientation du local, − le coefficient de transparence de l’atmosphère, − la nature du vitrage : simple ou double, avec lame d’air, réfléchissant... − la nature des protections : stores internes ou externes, rideaux, casquettes... • Charges par l’intermédiaire des ouvertures (portes, fenêtres...) : Elles sont dues à des infiltrations d’air incontrôlées dont les conditions climatiques (température, humidité) sont différentes de celles de l’ambiance interne. La qualité des huisseries et l’étanchéité générale du bâtiment sont par conséquent essentielles. Note : Dans le cas d’un apport systématique d’air hygiénique, la création d’une légère surpression permet de contrôler en partie les infiltrations d'air. 04/05/00 version 1.01 Confort et traitement d’air Etablir le bilan thermique (suite) Paramètres (suite) Charges internes Les charges internes proviennent de tous les éléments situés à l'intérieur d'un local et susceptibles de modifier son équilibre thermique. Les sources de charges internes sont diverses et essentiellement liées à l’utilisation du bâtiment et à ses équipements, sans oublier l’activité humaine : • l'éclairage (lampes, spots...), • l'appareillage électrique (séchoirs à cheveux, moteurs, machines...), • les équipements thermiques (brûleurs, producteurs de vapeur...), • les occupants du local (activités diverses). Note : Dans l’industrie, il y a lieu de bien connaître l'ensemble d'un process de fabrication, et notamment le cheminement des produits à travers les différents locaux. Cela permet de déceler tous les vecteurs d’accumulation ou de transmission des calories produites (par exemple, cheminement d'un chariot sortant d'un four). Apports d'air neuf La nécessité d’apporter de l’air neuf est non seulement reconnue mais légalisée et codifiée. Elle est impérative pour les immeubles modernes dont l’étanchéité renforcée limite les introductions d’air parasites. Aussi, lors d'une installation de climatisation, on doit prendre en compte le traitement de cet air neuf dans les calculs de la puissance à installer. Selon l’importance de l’installation, le traitement d'air pur peut : • être inclus dans le bilan thermique, • être intégré ultérieurement au moment de la sélection du matériel. 04/05/00 version 1.01 Confort et traitement d’air Etablir le bilan thermique (suite) Calcul Evaluation des apports Pour évaluer les apports thermiques d'un local, on peut se reporter à différentes sources de renseignements : Apports thermiques Sources de renseignements Apports externes • Les données de base sont notamment apportées par : − les DTU (Documents Techniques Unifiés), − les fabricants des matériaux composant le bâtiment. Voir, en annexe, quelques définitions et valeurs issues des DTU ou de documents divers. • Les volumes d’air neuf sont imposés par : − les normes en vigueur ou − les impératifs techniques de l’utilisateur. Apports internes Il y a lieu de les faire définir avec précision par l'utilisateur. Présentation du bilan thermique Le bilan thermique se présente sous la forme d'une double distinction : 1. Distinction Eté / Hiver : Bilan thermique Eté Il ne comporte généralement que des charges positives (apports de chaleur). Il doit faire apparaître séparément : • les charges en chaleur sensible, qui tendent à augmenter la température, • les charges en chaleur latente, qui tendent à augmenter la teneur en humidité. Bilan thermique Hiver Il comporte généralement : • des charges négatives (déperditions, air neuf) liées à la qualité du bâtiment, et • des charges positives liées à l’occupation et à l’activité (éclairage, machines, occupants). En réalité, il ne tient compte que des charges négatives : • cas de non occupation 04/05/00 version 1.01 Confort et traitement d’air Etablir le bilan thermique (suite) Calcul (suite) Présentation du bilan thermique (suite) 2. Distinction Chaleur sensible / Chaleur latente : Cette autre distinction du bilan thermique est très utile pour calculer l’installation de climatisation (voir la notion de "droite de pente du local" à la page 20). Elle est indispensable pour aborder le conditionnement d’air de précision. En revanche, pour les installations de confort "standard", le rapport chaleur sensible/chaleur latente étant relativement constant, les matériels sont déjà conçus en conséquence. Facilités de calcul Il existe des logiciels de calcul de bilan thermique ou des grilles de calcul rapide utilisés par les bureaux d’étude et les installateurs. Voir, en annexe (chapitre 7), un exemple de feuille de calcul rapide du bilan thermique. Application Il s'agit de calculer le bilan thermique d'un laboratoire industriel. Données Consulter, à la page suivante, le tableau des données à exploiter pour le calcul : • Caractéristiques générales du local, • Coefficients (données client), • Conditions de base à l'intérieur et à l'extérieur du local, en été et hiver, • Charges internes, • Renouvellement d'air systématique. +32˚C gaz +25˚C 1 8 2 3 3 5 6 7 4 04/05/00 version 1.01 Confort et traitement d’air Etablir le bilan thermique (suite) Application (suite) Données (suite) Caractéristiques générales du local • Dimensions : 15 m × 8 m × 3 m (3,5 m sous faîtage) • Volume : 360 m3 • Vitrages : 10 m × 2 m exposition ouest doubles vitrages avec stores extérieurs coefficient insolation : 135 W/m2 • Porte : 2,2 m × 1,2 m, glace trempée, exposition nord Coefficients (données client) • Parois : parpaing creux 0,20 m + isolation 0,035 m + doublage K = 0,8 W/m2 °C, température équivalente + 38°C (1) • Plafond : isolation sous toiture avec doublage placoplâtre K = 0,9 W/m²°C, surface 125 m², température équivalente 44°C (1) • Sol : dalle sur terre-plein K linéaire = 2 W/m °C • Vitrages : K = 3,5 W/m2 °C, température équivalente + 38°C (1) • Porte : K = 5,0 W/m2 °C Conditions de base Eté Hiver ambiance extérieure te = + 32°C 40 % HR te = − 10°C 100 % HR ambiance intérieure ti = + 25°C 50 % HR ti = + 19°C 50 % HR Charges internes • Eclairage : 15 W/m2 • Bain marie : surface de 0,5 m2, tbm = 60°C (2) • 5 brûleurs de type bec Bunsen au gaz de ville CS = 450 W CL = 80 g/h • Personnel : (6 personnes) à 25°C à 19°C CS : 80 W 120 W CL : 140 W 80 W • Moteurs divers (agitateurs, malaxeurs...) 750 uploads/Litterature/ chap2-le-bilan-thermique.pdf