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الشعبيـة الديمقـراطيـة الجـزائـريـة الجمهوريـة REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQ

الشعبيـة الديمقـراطيـة الجـزائـريـة الجمهوريـة REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE Ministère de l’enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique Université Ahmed Draïa Adrar Faculté des Sciences et de la Technologie Mémoire De Magister Spécialité : Physique Energétique Option : Modélisation et Simulation en Energétique Présenté par : BENDARA Smail Thème Devant le jury d’examen Président : BENATIALLAH Ali Professeur à l’Université Ahmed Draïa-Adrar Directeur du mémoire : BEKKOUCHE Sidi Mohammed El Amine maître de Recherche A à l’URAER Ghardaïa Examinateurs : HAMOUDA Messaoud Professeur à l’Université Ahmed Draïa-Adrar BENOUAZ Tayeb Professeur à l’Université Abou-Bakr Belkaïd – Tlemcen BENTOUBA Said Maître de Conférences A à l’Université Ahmed Draïa- Adrar Co-encadreur : OMARI Boumedien Maître Assistant à l’Université Ahmed Draïa-Adrar ––––––––––––––––––––––––––––– Année Universitaire 2014 ~ 2015 L’Apport de l’Indice de Compacité sur les Températures Intérieures d’une Habitation Multizone Dédicaces Je dédie ce modeste travail à : La mémoire de mon père ; Ma mère ; Mes frères ; Ma femme et mes enfants. Tous mes amis et collègues ; Tous ceux qui me sont chers. Remerciements Avant tout je remercie mon grand dieu qui m’a donné la volonté et le puissant pour parachèvement ce travail. Ces travaux ont été réalisés au sein de l’Unité de Recherche Appliquée en Énergies Renouvelables de Ghardaïa sous la direction de Monsieur BEKKOUCHE Sidi Mohamed El Amine Maître de recherche A à l’Unité de Recherche Appliquée en Énergies Renouvelables de Ghardaïa. Qu’il veuille trouver ici l’expression de ma profonde et respectueuse gratitude. J’exprime aussi ma vive reconnaissance à Monsieur OMARI Boumediene maitre assistant à l’Université Ahmed Draïa Adrar pour avoir co-encadré ce travail. Je remercie également Monsieur BENATIALLAH Ali, Professeur à l’Université Ahmed Draïa-Adrar pour l’honneur qu’il me fait en acceptant la présidence du jury. Je tiens également à exprimer mes remerciements à Monsieur HAMOUDA Messaoud, Professeur et Directeur de l’Unité de Recherche en Energies Renouvlables en Milieu Saharien d’Adrar, Monsieur BENOUAZ Tayeb, Professeur à l’Université Abou-Bakr Belkaïd de Tlemcen, et Monsieur BENTOUBA Said, Maître de conférence A à l’Université Ahmed Draïa-Adrar, de m’avoir font l’honneur de participer à mon jury de mémoire. Je tiens à remercier toutes les personnes qui, de près ou de loin, m’ont permis de réaliser ce travail, en particuliers : À toute l’équipe de l’Architecture Solaire et Bioclimatique à l’Unité de Recherche Appliquée en Énergies Renouvelables de Ghardaïa. À toute les personnelles de l’inspection des impôts garantie assiette de la wilaya de Ghardaïa pour leurs collaboration. Enfin, je ne saurais oublier ma mère et mon frère pour leurs encouragement combien efficaces et précieux. Table des Matières 1. Introduction générale…………………………………………………………………... 01 2. Chapitre 1 : Physique du Bâtiment & Rappels et Généralités…………………………. 04 2.1. Introduction……………………………………………………………………..... 05 2.2. Concepts de bâtiments performants…………………………………………….. 06 2.2.1. Typologie des bâtiments performants………………………………… 06 2.2.2. Critères d’évaluation propres aux bâtiments performants……………. 07 2.3. Capacité thermique……………………………………………………………... 08 2.4. Modes de transfert de chaleur………………………………………………….. 08 2.5. Déperditions à travers l'enveloppe (Ubât et Ubât-rèf)……………………………... 09 2.6. Matériaux d'isolation……………………………………………………………. 12 2.7. Application des isolants thermiques……………………………………………... 13 2.7.1. Parois homogènes……………………………………………………... 13 2.7.2. Dalles toitures…………………………………………………………. 13 2.7.3. Toitures inversées…………………………………………………….... 14 2.7.4. Toitures et parois ventilées……………………………………………. 14 2.7.5. Isolation entre deux parois……………………………………………. 14 2.7.6. Dalles planchers………………………………………………………. 15 2.7.7. Éléments d'enveloppe légers………………………………………….. 16 2.7.8. Isolation extérieure compacte………………………………………… 16 2.7.9. Isolation transparente………………………………………………… 17 2.7.10. Comment éviter les ponts thermiques ? ………………………………. 17 2.8. Apports d'énergie solaire et gains internes……………………………………... 19 2.8.1. Principe du captage solaire passif……………………………………. 19 2.8.2. Calcul des gains solaires passifs……………………………………… 20 2.8.3. Gains internes…………………………………………………………. 22 2.9. Références………………………………………………………………………. 24 3. Chapitre 2 : Rayonnement Solaire et Modélisation Mathématique Multizone………… 25 3.1. Introduction……………………………………………………………………… 26 3.2. Nature du rayonnement solaire……...………………………………………….. 26 3.3. Grandeurs géo-astronomiques………………………………………………….. 27 3.4. Grandeurs pour le repérage d’un site à la surface terrestre…………………… 27 3.5. Grandeurs pour le repérage du soleil…………………………………………... 28 3.5.1. Repère équatorial…………………………………………………….. 28 3.5.2. Repère horizontal……………………………………………………... 29 3.6. Approches pour l'estimation du rayonnement solaire…………………………… 29 3.6.1. Modèles empiriques………………………………………………….... 29 3.6.2. Méthodes physiques ou analytiques…………………………………... 30 3.6.3. Méthodes statistiques…………………………………………………. 31 3.6.4. Méthodes stochastiques……………………………………………….. 31 3.7. Etude du trouble atmosphérique……………………………………………….... 33 3.7.1. Modèle de Perrin de Brichambaut - Capderou……………………….. 33 3.7.2. Modèle de Kasten…………………………………………………….. 34 3.8. Modélisation du système thermique……………………………………………... 35 3.8.1. Analyse nodale & échange par conduction et couplage avec les échanges superficiels 35 3.8.2. Structure nodale et description de l’habitat…………………………... 38 3.9. Références………………………………………………………………………. 44 4. Chapitre 3 : Contribution de la Compacité à l’Amélioration des Températures Intérieures d’une Habitation Multizone 45 4.1. Introduction……………………………………………………………………… 46 4.2. Isolation thermique : solution technique pouvant être apportée à l’enveloppe du bâtiment 47 4.3. Méthodes de modélisation énergétique………………………………………… 48 4.3.1. Modèle de Givoni…………………………………………………….. 48 4.3.2. Modèle de plan d’expériences……………………………………….. 49 4.3.3. Modèles de connaissance……………………………………………... 49 4.4. Situation, climat et potentiel solaire de Ghardaïa……………………………… 51 4.5. Mise en œuvre numérique et discussion des résultats…………………………… 52 4.5.1. Estimation des éclairements solaires incidents………………………… 53 4.5.2. Température ambiante extérieure et vitesse du vent…………………. 55 4.5.3. Simulation des températures multizones………………………………. 56 4.5.4. Variation de la compacité : agrandissement du plan………………… 59 4.5.5. Variation de la compacité par rapport au mode de contact à forme et volume constants 60 4.6. Conclusion……………………………………………………………………….. 62 4.7. Références………………………………………………………………………. 63 5. Chapitre 4 : Etude de la Compacité et Simulation Numérique par TRNSYS 16 66 5.1. Introduction……………………………………………………………………… 67 5.2. Qu’est ce que TRNSYS…………………………………………………………... 67 5.3. Choix de TRNSYS……………………………………………………………….. 68 5.3.1. Données introduites…………………………………………………… 70 5.3.2. Résultats………………………………………………………………. 71 5.3.3. Avantage….…………………………………………………………... 71 5.3.4. Inconvénients.………………………………………………………….. 71 5.4. Transferts thermiques dans TRNSYS.…………………………………………….. 71 5.5. Simulation numérique par TRNSYS 16.………………………………………….. 73 5.5.1. Température ambiante et vitesse du vent.……………………………. 74 5.5.2. Energies solaires incidentes.………………………………………….... 75 5.5.3. Cas de trois cellules en ligne orientées en plein sud.………………….. 76 5.5.4. Cas de six cellules groupées selon deux lignes orientées en plein sud... 77 5.5.5. Vers quel mode de contact dois-je m’orienter ?.......................................... 78 5.5.6. Vers quelle forme simple dois-je m’orienter ?................................. 80 5.6. Conclusion……………………………………………………………………….. 81 5.7. Références………………………………………………………………………. 83 6. Conclusion générale…………………………………………………………………… 85 Introduction Générale _______________________________________________________________________________ 1 Introduction Générale Introduction Générale _______________________________________________________________________________ 2 INTRODUCTION GENERALE A l’instar des autres pays du monde, les changements climatiques ont introduit des défis majeurs pour l’Algérie. Le secteur du bâtiment est, parmi les secteurs économiques, le plus gros consommateur en énergie. Les récentes statistiques de consommation d’énergie en Algérie indiquent que la demande d’énergie et la consommation annuelle d’énergie ont considérablement augmenté. Le bâtiment, notamment le secteur résidentiel, a le plus grand impact sur cette croissance. Dans l’avenir, il est prévu que la consommation d’énergie dans le secteur publique est susceptible d’augmenter considérablement. Les bâtiments publiques sont non seulement de gros consommateurs d’énergie, mais également contribuent énormément à l’émission de CO2. Cependant, ces bâtiments offrent le plus grand potentiel pour la conservation d’énergie. Grâce à une conception informée du bâti [1]. Dans la conception de bâtiment performant (au sens énergétique), outre la nécessité de proposer des équipements plus efficaces et moins énergivores, il est primordial de maîtriser les échanges thermiques au travers de l’enveloppe. Le bilan énergétique résulte d’un équilibre entre les gains et les pertes thermiques, entre l’enveloppe et ses environnements (intérieur et extérieur). La conception d’enveloppes, capables de valoriser les gains énergétiques gratuits tout en limitant les pertes, doit contribuer à diminuer les besoins énergétiques sans nuire au confort intérieur. L’enveloppe devient alors un véritable échangeur thermique qu’il est possible de gérer et d’adapter aux environnements intérieur et extérieur. La diminution des besoins énergétiques, comme le confort thermique intérieur, passe par une adaptabilité de l’enveloppe aux contraintes climatiques. Le recours aux éléments actifs est alors réduit et les énergies disponibles localement sont mieux utilisées [2]. La compacité c’est l’une des principaux points à mettre en œuvre en vue d’une conception énergétiquement efficace. Elle est généralement une règle en architecture bioclimatique car elle permet de limiter les surfaces déperditives ou soumises à un éclairement solaire important [2]. Les études sur la compacité des bâtiments résultent non seulement de la recherche d’économie d’énergie à long terme mais également de la limitation simultanée des investissements grâce à la diminution des surfaces des parois d’échange extérieures. La compacité résulte de notions de géométrie utilisées pour maximiser le volume intérieur d’un contenant en fonction de sa forme. La notion de volume ou de masse du contenu correspond à des besoins alors que la forme du contenant ne résulte que de choix subjectifs, techniques ou économiques. Cette notion est fondamentale pour minimiser les coûts de packaging, de stockage ou de transport. La notion d’économie implique que pour un contenu de volume fixé, V, la surface du matériau constituant les parois du contenant, Sp, soit la plus petite possible [3]. Introduction Générale _______________________________________________________________________________ 3 L’objectif de ce travail est de contribuer au développement de bâtiments économes. Le but est la proposition d'un modèle mathématique de transfert de chaleur à l'intérieur d'un espace multizone. Ce modèle sera basé sur les approches multizones existantes, destinés pour la description du comportement des températures intérieures d'un habitat. Dans le deuxième objectif, nous cherchons à limiter la surface d’échange par rapport au volume intérieur de l’habitat. Rien de bien compliqué derrière ce concept de compacité. La performance thermique d’une maison passe donc par la connaissance de son coefficient de forme qui révèle la compacité du bâtiment. Cet indice est le rapport entre la uploads/Litterature/ memoire-bendara-smail.pdf