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République Tunisienne
******
Ministère de l’Enseignement
Supérieur et de la Recherche
Scientifique
République Tunisienne
Université de Gafsa
******
Institut Supérieur
Des Sciences et de
Technologie
de l’Énergie de Gafsa
MÉMOIRE DE MASTER
Présenté en vue de l’obtention du
Diplôme National de Master Professionnel
En Sciences et Technologie de l’Énergie
Spécialité : Diagnostic et Maintenance des Systèmes
Énergétiques
Par :
Mejdi ABASSI
Intitulé
Étude énergétique d’un bâtiment neuf Zarrouk Gafsa
Soutenu le : 31/05/2016 devant le jury composé de :
Mr : Abdessalem JBARA Docteur Ingénieur en génie énergétique,
Président
Mr : Tawfik KOUISSI Docteur en Physiques, Examinateur
Mme: Sana BANNOUR Docteur en génie énergétique, Encadreur
Mr : Mounir HFIDHI Ingénieur architecte Encadreur industriel
Année Universitaire : 2015/2016
Page 2
Dédicace
A mon dieu tout puissant qui m’a donné la faculté de connaître et de
comprendre.
Je dédie ce mémoire :
A ma famille qui m’ont soutenu et m’encouragent
Et à tous mes collègues et mes amis
Page 3
Remerciements
Je voudrais en ces ligne, exprimer ma reconnaissance et gratitude à :
Mme Sana BANNOUR, mon encadreur académique, maitre assistant à
l’ISSTEG, pour ses conseils, se critiques et ses efforts multiples, et pour
son aide ; merci pour votre entière disponibilité, votre compréhension
qui m’ont permis de réaliser ce travail
Mr Mounir HFIDHI, mon encadreur industriel, architecte d’intérieur
pour son aide, encouragement, mon profond respect.
Mme Abir BEN AHMED, ingénieur conseillé en fluides pour sa
disponibilité, ses explications, son aide précieuse.
Je remercie également tous mes enseignants de l’ISSTEG,
Je remercie Mr Abdesslem JBARA, président
Je remercie Mr Tawfik KOUISSI, examinateur
Ainsi que les membres de jury,
qui nous ont fait l’honneur d’examiner ce travail et de le juger.
Enfin je remercie toutes les personnes qui m’ont soutenu
Page 4
SOMMAIRE
INTRODUCTION GENERALE .......................................................................................... 15
Chapitre 1: MISE AU POINT BIBLIOGRAPHIQUE....................................................... 17
Introduction ....................................................................................................................................... 17
I. Bâtiment à faible consommation d’énergie............................................................................... 17
1. Bâtiments et concepts............................................................................................................ 17
2. Définition d’un bâtiment à faible consommation énergétique .............................................. 18
3. Différents types de déperditions de chaleur .......................................................................... 19
II. Caractéristiques d’un bâtiment à faible consommation............................................................. 21
1. Conception bioclimatique de l’habitat................................................................................... 21
1.1. L’emplacement et l'orientation.......................................................................................... 21
1.2. La forme du bâtiment ........................................................................................................ 23
1.3. Une forte isolation thermique............................................................................................ 23
1.3.1. L’inertie thermique........................................................................................................ 24
1.3.2. Le vitrage....................................................................................................................... 24
1.3.3. Une parfaite étanchéité.................................................................................................. 24
1.4. Chauffages......................................................................................................................... 25
1.5. L'utilisation des énergies renouvelables ............................................................................ 25
1.5.1. Energie solaire............................................................................................................... 25
1.5.2. L'énergie éolienne domestique ...................................................................................... 27
1.5.3. Géothermie .................................................................................................................... 27
2. Réglementations thermique des bâtiments ............................................................................ 27
2.1. Intérêt de la réglementation............................................................................................... 27
2.2. Réglementation française .................................................................................................. 28
2.3. La règlementation thermique des bâtiments en Tunisie (RTBT) .................................... 31
Conclusion......................................................................................................................................... 32
Chapitre 2: BILAN THERMIQUE ...................................................................................... 34
Introduction .............................................................................................................................. 34
I. Les déperditions thermiques ............................................................................................. 34
1. Définition................................................................................................................................... 34
Page 5
2. Les bases de calcul du bilan thermique [19].............................................................................. 35
2.1. Apports externes.................................................................................................................... 35
2.1.1. Déperditions thermiques par transmission .................................................................... 35
2.1.1.1. Déperditions par les parois ........................................................................................ 35
2.1.1.2. Déperditions par les liaisons...................................................................................... 37
2.1.1.3. Les parois vitrées....................................................................................................... 37
2.1.2. Déperditions par renouvellement d’air.......................................................................... 38
2.1.2.1. Charge sensible.......................................................................................................... 39
2.1.2.2. Charge latente............................................................................................................ 39
2.1.3. Déperditions vers les espaces non chauffés................................................................... 40
2.2. Charges dues aux apports internes ........................................................................................ 41
2.2.1. Apports d’origines des occupants.................................................................................. 41
2.2.2. Apports d’éclairage ....................................................................................................... 41
2.2.3. Apports par les équipements ......................................................................................... 41
2.2.4. Charges dues au rayonnement solaire ........................................................................... 42
2.2.4.1. Rayonnement sur les murs......................................................................................... 42
2.2.4.2. Rayonnement sur les vitrages ................................................................................... 43
II. Le calcul des besoins énergétiques................................................................................ 44
1. Besoins en chauffage (Hiver).................................................................................................... 44
2. Besoins en climatisation (Eté)................................................................................................... 45
Conclusion................................................................................................................................ 45
Chapitre 3: Etude de cas........................................................................................................ 47
Introduction :............................................................................................................................ 47
I. Description générale du bâtiment ..................................................................................... 47
II. Données climatologiques et géographiques .................................................................. 49
1. Zones climatiques réglementaires ............................................................................................. 49
2. Conditions de températures et d’humidités ............................................................................... 50
3. Conditions de base de calcul du bilan ....................................................................................... 51
III. Description constructive................................................................................................ 52
1. Les murs .................................................................................................................................... 53
2. Plancher..................................................................................................................................... 54
3. Toiture ....................................................................................................................................... 54
4. Menuiserie................................................................................................................................. 55
Page 6
IV. Calcul du bilan thermique ............................................................................................. 55
1. Calcul du bilan d’été.................................................................................................................. 55
1.1. Charges dues aux apports externes........................................................................................ 55
1.1.1. Calcul des déperditions thermiques par transmission.................................................... 55
1.1.2. Déperditions par renouvellement d’air......................................................................... 58
1.2. Charges dues aux apports internes....................................................................................... 59
1.2.1. Apports dus aux occupants ........................................................................................... 59
1.2.2. Apports par éclairage .................................................................................................... 59
1.2.3. Apport par les équipements.......................................................................................... 59
1.2.4. Apports dus aux rayonnements solaires ....................................................................... 59
1.2.4.1. Rayonnement sur les murs........................................................................................ 59
1.2.4.2. Rayonnement sur les vitres....................................................................................... 60
1.3. Déperditions .......................................................................................................................... 60
2. Calcul du bilan d’hiver.............................................................................................................. 61
2.1. Calcul des déperditions thermiques par transmission............................................................ 61
2.1.1. Déperditions par les parois ............................................................................................ 61
2.1.2. Déperditions par les liaisons.......................................................................................... 62
2.2. Déperditions par renouvellement d’air.................................................................................. 62
V. Simulation sous HAP 4.9 .............................................................................................. 63
1. Présentation de l’outil de calcul HAP ....................................................................................... 63
2. Données climatiques.................................................................................................................. 63
3. Interface du logiciel HAP.......................................................................................................... 63
3.1. Les propriétés climatologiques ......................................................................................... 65
3.2. Rubrique des espaces :....................................................................................................... 67
3.2.1. Les systèmes.................................................................................................................. 73
3.2.2. Validations des résultats de calcul pour le bilan de la chambre enfant :...................... 74
3.2.3. Résultat du bilan thermique général par HAP............................................................... 75
Conclusion................................................................................................................................ 75
Chapitre 4 : Dimensionnement des systèmes de climatisation........................................... 77
Introduction .............................................................................................................................. 77
I. Principe de fonctionnement du système VRV.................................................................. 77
II. Présentation du logiciel VRV Xpress............................................................................ 78
1. Unités intérieures....................................................................................................................... 78
Page 7
2. Unités extérieures :.................................................................................................................... 80
3. Tuyauterie.................................................................................................................................. 81
4. Câblages .................................................................................................................................... 81
Conclusion................................................................................................................................ 82
Conclusion Générale .............................................................................................................. 83
Références bibliographiques ................................................................................................. 84
Annexe 1 .................................................................................................................................. 86
Annexe2 ................................................................................................................................... 87
Annexe 3 .................................................................................................................................. 89
Annexe 4 .................................................................................................................................. 90
Annexe 5 .................................................................................................................................. 92
Page 8
Liste des Figures
Chapitre 1
FIGURE 1. 1 :BESOINS ET COUTS D’AMELIORATIONS ENERGETIQUES................. 17
FIGURE 1. 2: EQUILIBRE ENERGETIQUE D’UN BATIMENT........................................ 18
FIGURE 1. 3: THERMOGRAPHIE D’UNE ENVELOPPE EXTERIEURE . ....................... 20
FIGURE 1. 4: POSITIONNEMENT DU RAYONNEMENT SOLAIRE .............................. 21
FIGURE 1. 5: DEVELOPPEMENT DE LA DEMANDE DE CHALEUR . .......................... 25
FIGURE 1. 6: EVOLUTION DES DIFFERENTES REGLEMENTATIONS ....................... 29
FIGURE 1. 7: EVOLUTION DES EXIGENCES REGLEMENTAIRES .............................. 30
CHAPITRE 2
FIGURE 2. 1:DIFFERENTES DEPERDITIONS DE CHALEUR [18].................................. 34
FIGURE 2. 2:VUE DE COUPE D’UNE FENETRE INSTALLEE. ....................................... 38
CHAPITRE 3
FIGURE 3. 2:PLAN DE L’HABITAT D’ETUDE................................................................. 47
FIGURE 3. 3:DIMENSIONS DE LA CHAMBRE A ENFANTS. ......................................... 48
FIGURE 3. 4;PLAN DE LA CHAMBRE A ENFANT VU PAR AUTOCAD....................... 48
FIGURE 3. 5 : ZONES CLIMATIQUES REGLEMENTAIRES DE LA TUNISIE . ............ 49
FIGURE 3. 6:LES VARIATIONS MENSUELLES DE TEMPERATURES ......................... 50
FIGURE 3. 7:LES VARIATIONS MENSUELLES DE L’HUMIDITE ................................ 51
FIGURE 3. 8:LE BATIMENT EN COURS DE CONSTRUCTION...................................... 53
FIGURE 3. 9:COMPOSITION D’UN MUR EXTERIEUR DE 35 CM. ................................ 53
FIGURE 3. 10:COUCHE D’ISOLANT LOGEE DANS LE CLOISON DU MUR. .............. 54
FIGURE 3. 11 : UNE FINE COUCHE DE PLASTIQUE ...................................................... 54
FIGURE 3. 12:INTERFACE D’OUVERTURE OU DE CREATION D’UN PROJET ......... 64
FIGURE 3. 13:LES COMPOSANTS DU PROJET ET LA LIBRAIRIE. .............................. 64
FIGURE 3. 14:CHOIX DU SYSTEME METRIQUE DE CALCUL...................................... 65
FIGURE 3. 15:LES PARAMETRES DE RELOCALISATION ............................................ 66
FIGURE 3. 16:LES TEMPERATURES SECHES ET HUMIDES DE LA REGION. ........... 66
FIGURE 3. 17:LES GAINS SOLAIRES MAXIMUMS SELON L’ORIENTATION . ......... 67
FIGURE 3. 18:RUBRIQUE DES ESPACES COMPOSANT LE BATIMENT..................... 67
FIGURE 3. 19:CREATION DE LA CHAMBRE................................................................... 68
FIGURE 3. 20:SAISIE DES CHARGES INTERNES DE LA CHAMBRE........................... 68
FIGURE 3. 21:ETABLISSEMENT DE LA NATURE DU PROGRAMME . ....................... 69
FIGURE 3. 22:ETABLISSEMENT DU CALENDRIER DE FONCTIONNEMENT............ 69
FIGURE 3. 23:SAISIE DES DONNEES DES MURS EXTERIEURS .................................. 70
FIGURE 3. 24:COMPOSITION D’UN MUR EXTERIEUR.................................................. 70
FIGURE 3. 25:INTERFACE DES ESPACES VITRES.......................................................... 71
FIGURE 3. 26:EXPOSITION DES TOITURES ET SURFACES.......................................... 71
Page 9
FIGURE 3. 27:COMPOSITION DE LA TOITURE. .............................................................. 72
FIGURE 3. 28:DONNEES DU DEBIT D’INFILTRATION D’AIR...................................... 72
FIGURE 3. 29:LES DONNEES DES MURS (CLOISONS) INTERIEURS. ......................... 73
FIGURE 3. 30: CHOIX DU SYSTEME DE VENTILATION. .............................................. 73
CHAPITRE 4
FIGURE 4. 1:INTERFACE PRINCIPALE DE L’OUTIL VRV XPRESS............................. 78
FIGURE 4. 2:LES CARACTERISTIQUES DE L’UNITE INTERIEURE ............................ 79
FIGURE 4. 3:CHOIX DES UNITES EXTERIEURES........................................................... 80
FIGURE 4. 4:SCHEMAS DE TUYAUTERIE DU SYST DECLIMATISATION................. 81
FIGURE 4. 5:SCHEMAS DE CABLAGE. ............................................................................. 81
Page 10
Liste des Tableaux
Chapitre 2
TABLEAU 2. 2 : VALEUR MOYENNE DES ECHANGES THERMIQUES ..................... 37
TABLEAU 2. 3:LES COEFFICIENTS DE TRANSMISSION THERMIQUE ..................... 38
TABLEAU 2. 4:COEFFICIENT D’ABSORPTION Α POUR MURS, TOITS ..................... 43
TABLEAU 2. 5:FACTEUR DE RAYONNEMENT SOLAIRE [21]. .................................... 43
TABLEAU 2. 6;FACTEUR DE REDUCTION G POUR FENETRE PROTEGEES ............ 44
Chapitre 3
TABLEAU3. 1:CONDITIONS DE BASE DE CALCUL DU BILAN THERMIQUE ......... 51
TABLEAU3. 2:LES COEFFICIENTS DE TRANSMISSION THERMIQUES..................... 52
TABLEAU3. 3 : COMPOSITION DE LA TOITURE [25]. ................................................... 55
TABLEAU3. 4:LES AIRES DES SURFACES DES DIFFERENTES PAROIS.................... 56
TABLEAU3. 5:LES ECARTS DE TEMPERATURES SUR LES FACE.............................. 57
TABLEAU3. 6:LES DEPERDITIONS DE CHALEUR PAR TRANSMISSION ................. 57
TABLEAU3. 7:CARACTERISTIQUES PHYSIQUES DU MILIEU INTER ET
EXT .................................................................................................................................. 58
TABLEAU3. 8:INTENSITE DE RAYONNEMENT SUR LES MURS. ............................... 60
TABLEAU3. 9:LES DEPERDITIONS PAR RAYONNEMENT SUR LES VITRES........... 60
TABLEAU3. 10:LES ECARTS DE TEMPERATURES SUR LES FACES.......................... 61
TABLEAU3. 11:LES DEPERDITIONS DE CHALEUR PAR TRANSMISSION ............... 62
TABLEAU3. 12:TEMPERATURE ET HUMIDITE ............................................................. 62
TABLEAU3. 13:LES DEPERDITIONS DE CLIMATISATION DE LA CHAMBRE ......... 74
TABLEAU3. 14:BILAN THERMIQUE DE LA CHAMBRE A ENFANT. .......................... 74
TABLEAU3. 15:BILAN THERMIQUE TOTAL DE LA MAISON...................................... 75
CHAPITRE 4
TABLEAU 4. 1:PUISSANCE NECESSAIRE POUR CHAQUE LOCAL ............................ 79
TABLEAU 4. 2: PUISSANCE NECESSAIRE POUR LES UNITES EXTERIEURE. ......... 81
TABLEAU 4. 3: NIVEAU SONORE PONDERE POUR CHAQUE UNITE INTER ........... 82
Page 11
Nomenclature
Variable Désignation Unité
Sp1
Température de surface du point
1
°C
Sp2
Température de surface du point
2
°C
V Volume d’air m3
A Aire de surface M2
λ Conductivité thermique W/m.k
PV photovoltaïque
WC
Watt crête ou puissance
maximale
K Coefficient d’isolation global W/m²K
Te Température du milieu extérieur °C
Ti Température du milieu intérieur °C
QL Déperdition linéique W
QP Déperdition par les parois W
QT Déperdition de transmission W
U
Coefficient de transmission
surfacique
W/m²K
A Aire de surface m²
Rg Resistance thermique globale m²k/W
1/hi
Resistance thermique
superficielle des échanges
intérieurs
m²k/W
1/he
Resistance thermique
superficielle des échanges
extérieurs
m²k/W
e épaisseur m
Ψ
Coefficient de transmission
linéique
W/m.k
L Longueur de la liaison m
Ac Aire de surface de verre m²
Am Aire de surface de menuiserie m²
Uw
Coefficient de transmission des
vitrages
W/m²K
Qs Charge en chaleur sensible W
Page 12
Dr
Débit volumique de
renouvellement d’air
m3
/h
ρair Masse volumique de l’air kg/m3
Cpair
capacité thermique massique de
l’air
J/Kg.K
QL charge en chaleur latente W
Dv débit volumique de ventilation m3
/h
Lv
chaleur latente de vaporisation à
la température de l’air
J/Kg
YI humidité absolues intérieure
Kg d’eau/kg
d’air sec
YE humidité absolues extérieure
Kg d’eau/kg
d’air sec
QR
charge totale par renouvellement
d’air
W
Q𝐥𝐧𝐜
Déperditions vers les espaces
non chauffés
W
τ
coefficient de réduction de
température
-
TN température du local non chauffé °C
QOCC Gain de chaleur par occupant W
Np nombre d’occupants
Ms
gain par chaleur sensible par
personne
W
Ml
gain par chaleur latente par
personne
W
Q équ
gain par chaleur des
équipements
W
n nombre d’appareil
Ps
gain par chaleur sensible de
l’appareil
W
Pl
gain par chaleur latente de
l’appareil
W
QRm
quantité de chaleur traversant le
mur
α
coefficient d’absorption de la
paroi
F coefficient de rayonnement
Page 13
solaire
Am surface de la paroi m²
Rv
rayonnement solaire absorbé sur
la surface du mur
W/m²
QRv
quantité de chaleur traversant le
vitrage
W
g facteur de réduction
Av surface vitrée m²
QSOL quantité de chaleur solaire W
QG Apports de chaleur globale W
QCH Déperdition de chauffage W
QCL Déperditions de refroidissement W
TSP Température de sous plancher °C
M mur
AM Aire du mur m²
Aplancher Aire du plancher m²
Atoiture Aire de toiture m²
ΔT Ecart de température °C
φ densité d’éclairage W/m²
Rq PF
Puissance Frigorifique totale
requise
W
Rv TC Puissance Froid révisée W
PF
Puissance Frigorifique totale
maximale
W
Rq PS
Puissance Frigorifique sensible
requise
W
PS
Puissance Frigorifique sensible
maximale
W
T° Chaud
Température intérieure en
chauffage d
°C
Rq PC Puissance calorifique requise W
PC Puissance Calorifique maximale W
BECTh besoins énergétiques annuels du
bâtiment liés au confort
thermique
kWh/m2
.an
BECh Besoins énergétiques annuels
pour le chauffage
kWh/an
BERef Besoins énergétiques annuels kWh/an
Page 14
pour le refroidissement
STC Surface totale conditionnée m²
Tch
température intérieure de base de
chauffage
°C
Tref
température intérieure de base de
refroidissement
°C
Abréviations
Variable Désignation
HAP Hourly Analysis Program
VIR Vitrage à isolation renforcée
STEG Société Tunisienne d’Electricité et
de Gaz
CO2 Dioxyde de carbone
EEB Efficacité énergétique des bâtiments
WBCSD World business Council for
Substainable Développent
RT réglementation thermique
BBC Bâtiment à basse consommation
Bépos bâtiments à énergie positive
Bbio Indice de conception bioclimatique
Tic Indice de température intérieure
conventionnelle
Cep Indice de consommation en énergie
primaire
RTBT Règlementation Thermique des
Bâtiments en Tunisie
ASHRAE American Society of Heating,
Refrigerating and Air Conditioning
Engineers
ANME Agence Nationale de la Maitrise
d’Energie
ZT Zone territoriale
INM Institut National de Météorologie
DTTF Aéroport international de Gafsa-
Ksar
VRV Volume de Réfrigérant Variable
Page 15
INTRODUCTION GENERALE
L’un des défis majeurs de notre siècle est celui du développement durable. Aujourd’hui, notre
planète doit affronter une grande crise écologique et une diminution des ressources naturelles.
Il s’avère une nécessité primordiale de lutter contre le saccage de la nature et faire économiser
les ressources et d’assurer un développement économique durable en produisant et en
consommant autrement.
Le confort et le bien-être des occupants se révèlent être au cœur des préoccupations des
professionnels du bâtiment. En effet, surveiller le confort et le bien être des occupants
favorise l’efficacité de chacun dans son travail mais nous permet aussi d’effectuer des
économies d’énergies.
Les usages considèrent que le confort est un élément essentiel de leur vie, que ce soit chez
eux, dans leur lieu de travail ou en dehors. Ce besoin de confort accru apparait donc comme
une évolution irréversible et avec la multiplication des appareillages qui consomment
l’énergie. Ces faits obligent les concepteurs à consacrer plus d’attention à l’énergétique des
bâtiments, à étudier les dispositions et les phénomènes des équipements, leur utilisation réelle
et à intégrer cette préoccupation dans la conception des bâtiments.
L’étude du projet se fera en quatre parties, dans le premier chapitre on s’intéresse à la mise au
point bibliographique sur la conception d’un bâtiment à faible consommation d’énergie ainsi
qu’aux différentes réglementations thermiques.
Le deuxième chapitre sera consacré au dressage du bilan thermique du bâtiment dont on
déterminera les notions de base pour le calcul des déperditions de climatisation et de
chauffage.
La troisième partie sera déduite par un calcul théorique d’une zone de la construction (une
seule chambre) dont on comparera ensuite les résultats avec ceux trouvés, à l’aide du logiciel
HAP, à savoir comme une forte preuve de crédibilité à montrer pour l’étude thermique de
l’ensemble du bâtiment en cours de naissance.
Le dernier chapitre envisagera un dimensionnement du système de climatisation en
choisissant le meilleur de point de vue qualité et rendement.
Enfin cette étude sera clôturée par une conclusion générale présentant les principaux résultats
de ce projet.
Page 16
Chapitre 1 :
MISE AU POINT BIBLIOGRAPHIQUE
Page 17
Chapitre 1: MISE AU POINT BIBLIOGRAPHIQUE
Introduction
L’exigence pour le développement économique dans le monde entier est immédiate et
l’efficacité énergétique est devenue l’un des grands enjeux de notre époque, dont le secteur
des bâtiments en est l’une des composantes majeures.
En Tunisie, la consommation énergétique dans le secteur du bâtiment passe successivement
de la 3ème
position, après les secteurs industriel et du transport, à la première position à
l’horizon 2020 [1].
Cette tendance est due à une augmentation des besoins de chauffages et de climatisations
expliquée par une croissance annuelle d’environ 30% de la consommation d’électricité des
ménages en matière de climatisation, et avec une puissance de pointe en été [1]. Dans ce
cadre, on va s’intéresser, tout d‘abord, aux bâtiments de faible consommation en énergie dont
on présentera leurs différentes caractéristiques. Ensuite, on va présenter la réglementation
thermique 2012 à travers l’énumération des ces exigences.
I. Bâtiment à faible consommation d’énergie
1. Bâtiments et concepts
La construction d’un bâtiment optimisé sur le plan énergétique engendre un faible coût lié aux
besoins de l’énergie, figure1.1. De plus, la quantité d’énergie à prévoir pour la climatisation,
le chauffage et l’eau chaude est déterminée dés les premières étapes du projet. Un premier
entretien avec l’architecte, en ce qui concerne l’énergie, doit être effectué pour aborder les
points importants de la conception à la réalisation.
Figure 1. 1 :Besoins et coûts d’améliorations énergétiques.
Page 18
Un bâtiment peut être considéré comme une boite artificielle qui protège ce qu’elle abrite des
conditions climatiques comme les températures extérieures, le vent, la pluie et le soleil. Le
confort intérieur dépend en grande partie de deux facteurs :
- La température intérieure
- L’humidité
Il est évident qu’une pièce de température élevée et d’un fort taux d’humidité est moins
confortable.
Les parois extérieures du bâtiment constituent l’enveloppe, fonctionnant comme un échangeur
avec les conditions climatiques externes et emmagasinant de la chaleur en cas d’exposition au
rayonnement solaire et dégageant de la chaleur vers l’extérieur en raison de la ventilation ou
d’une faible isolation de l’enveloppe.
L’enveloppe procède à protéger le bâtiment et permet de maintenir un équilibre thermique
entre les apports d’énergies et les pertes de chaleur, figure1.2.
Figure 1. 02: Equilibre énergétique d’un bâtiment.
2. Définition d’un bâtiment à faible consommation énergétique
Le bâtiment à faible consommation d’énergie est un concept moderne qui résulte des études
d’améliorations successives de la performance énergétique des bâtiments. En comparaison
avec les bâtiments non isolés ou classiques, on parle d’une consommation réduite concernant
la logique future de construction de nouvelles générations de bâtiments.
Le bâtiment à faible consommation d’énergie est moins énergivore qu’un bâtiment existant,
ce qui présente un écart technologique de consommation qui nécessite un effort de
Page 19
développement de l’efficacité énergétique du bâtiment (orientation, isolation, ventilation et
système de climatisation)
Ce sont des bâtiments éco-énergétiques qui renferment une enveloppe bien isolée et avec un
système de climatisation et de chauffage efficace et nécessite donc moins d’énergie. La
construction d’une maison à faible énergie demande une consommation réduite en énergie
primaire, établie dans le cadre de la Réglementation thermique [2].
La conception d’un bâtiment de bonnes performances énergétiques suppose deux grands
axes :
 Diminuer les pertes thermiques
 Augmenter les gains solaires
Et plus précisément, les points-clé de l’habitat pour minimiser les besoins énergétiques sont :
 Une conception bioclimatique
 Le renforcement de l’Isolation thermique
 Une bonne étanchéité à l’air
 Bonne performance des équipements techniques
 Faire appel aux énergies renouvelables
Ces fondements se traduisent en termes de projet par une réflexion au niveau de la
localisation, l’exposition du bâtiment et du choix des surfaces vitrées, tout comme des choix
techniques (isolation, équipements, etc.)
3. Différents types de déperditions de chaleur
Les Bâtiments perdent de la chaleur vers l'environnement par une combinaison de fuites d'air
et de la conduction thermique à travers l'enveloppe du bâtiment,
Les pertes conductives à travers la structure du bâtiment peuvent être divisées en deux
catégories:
 Des pertes surfaciques ou localisées
Ce sont les pertes de chaleur à travers les principaux éléments de la structure du bâtiment
(toiture, murs, fenêtres et plancher).
 Des pertes de chaleur de pont thermique
Un pont thermique est une zone ponctuelle ou linéaire qui se localise dans l’enveloppe d’un
bâtiment et présentant une variation de la résistance thermique. Il s’agit d’un point de la
construction où la barrière (enveloppe) isolante est rompue. Ce sont des faiblesses au sein de
la structure d'un bâtiment où la chaleur et / ou de froid est transféré à un taux sensiblement
Page 20
plus élevé que dans la zone de l'enveloppe environnante. Ce sont les pertes de chaleur à
travers les vitrages, les jonctions et les éléments de structure constituant l’enveloppe,
figure1.2.
La figure1.3 montre une photographie spéciale (photo en infrarouge) prise grâce à une caméra
thermographique présentant les caractéristiques thermiques du bâtiment. Les zones les plus
claires (jaunâtre) étant les parties de l’enveloppe les plus chaudes et les zones les plus foncées
(en rouge/bleu) montrant celles les plus froides. Cela permet d’identifier les zones les plus
clairs de l’enveloppe indiquant les fuites de chaleurs sous forme de pertes.
Sur cette image, le point du mur Sp2 correspondant à la zone de charpente du plancher porte
une coloration jaune- orangée indiquant une température d’environ 6,5°C sur l’échelle des
températures à droite de la figure, alors qu’elle n’atteint que 1°C dans la zone Sp1 du mur
(coloration bleuâtre). La chaleur s’échappe de la charpente du plancher et par les cadres des
fenêtres en raison des ponts thermiques existants.
Figure 1. 3: Thermographie d’une enveloppe extérieure d’un bâtiment.
Dans la pratique, ces effets de différentes pertes se combinent souvent. Un exemple classique
est celui de la dalle de balcon, où les problèmes se produisent si la connexion des dalles n’est
pas sérieusement prise en considération. Les balcons et bords des dalles exposées sont
considérés comme les plus critiques ponts thermiques dans l'enveloppe du bâtiment.
Le phénomène de pont thermique n’est pas curable complètement et existera toujours, il s'agit
alors de chercher à le limiter en améliorant la conception du bâtiment.
Page 21
C’est la raison pour laquelle dans ces types de bâtiments, il est important d’avoir de très fortes
résistances thermiques pour les parois et de s’assurer absolument d’avoir de faibles pertes de
chaleur par les jonctions (en unissant par exemple, la couche isolante de l’enveloppe entre les
murs et la toiture).
II. Caractéristiques d’un bâtiment à faible consommation
1. Conception bioclimatique de l’habitat
L’architecture bioclimatique, un rendement énergétique élevé, est celui qui vise à atteindre un
niveau élevé de confort thermique en adaptant la conception, la géométrie, l’orientation et la
construction des bâtiments aux conditions climatiques de leur environnement.
Ceci est dû à une architecture adaptée à l’environnement, sensible à l’impact causé par la
nature, et tente de minimiser la consommation d’énergie et, avec elle, la pollution de
l’environnement. Cette conception se base sur les systèmes de collecte solaire passifs, des
galeries contrôlées par les systèmes de ventilation, les régulateurs de la température et de
l’humidité.
La bio-construction cherche à minimiser autant que possible les émissions de gazes pour
aider à créer un développement durable qui ne détruit pas la planète.
1.1. L’emplacement et l'orientation
Il faut penser à la façon dont le soleil se déplace à travers la journée et toute l'année quand on
commence à concevoir notre plan. L’implantation sélective, l’ombrage, et la stratégie de
construction permettent d’économiser de l'argent sur les factures de chauffage et d'éclairage.
En outre, une maison avec beaucoup de lumière naturelle est plus agréable d'être dedans.
La Conception du plancher doit prévoir utiliser le soleil toute la journée. Il faut imaginer une
maison comme quatre quadrants distincts, chacun avec son propre potentiel de la lumière du
jour et de la chaleur libre, en fonction de la position du soleil pendant la journée, figure1.4.
Figure 1. 4: Positionnement du rayonnement solaire en été et en hiver.
Page 22
 L’exposition Est
Le soleil du matin est dominant dans les chambres orientées à l'est. La localisation de la salle
à manger ou le coin du petit-déjeuner et la cuisine auront le plus de potentiel de lumière au
début de la journée. Il est également un bon endroit pour un plancher dense qui peut absorber
une partie de la chaleur solaire pour la journée.
 L’exposition Sud
Est souvent la plus intéressante pour respecter le confort d’été et récupérer les apports solaires
gratuits l’hiver. La lumière du soleil est la plus forte sur le mur sud. Ceci est le quadrant droit
pour le salon et les autres espaces qui seront utilisés tout au long de la journée. Pour le gain de
chaleur, des chambres avec des fenêtres orientées vers le sud sont un bon choix pour les
matériaux denses comme la pierre, la brique ou le béton.
L’orientation vers le Sud est également favorable aux systèmes à énergie solaire (capteurs
solaires thermiques pour le chauffage et l’eau chaude, panneaux photovoltaïques pour la
production d’électricité). En été, le soleil arrive verticalement et n'entrera pas dans la maison,
dont les baies peuvent être protégées par une avancée (balcon ou brise-soleil par exemple) ou
des stores à lamelles orientables.
 L’exposition Ouest
Tôt, la lumière du soir de l'ouest est à un angle faible. Parce que le soleil est si bas dans le
ciel, les fenêtres orientées vers l'ouest obtiennent la lumière directe du soleil flamboyant à
travers eux. Cela rend les chambres orientées à l'ouest un mauvais choix pour les salles de
télévision parce que la lumière forte rend les écrans plus difficiles à voir.
Dans les régions froides, ceci est la dernière chance de la journée pour profiter du soleil; Dans
les régions chaudes, les arbres du coté ouest protègent les chambres par création d’ombre et
laissent passer les rayons solaires [3].
 L'exposition Nord
Est la partie la plus froide. Les chambres du Nord ont la lumière moins naturelle. Ils ont
également le plus grand potentiel pour la perte de chaleur par les fenêtres. Ceci est un bon
endroit pour les salles de bains, les entrées, et d'autres pièces où la lumière naturelle n’est pas
aussi importante. Cela dit, les peintres et les artisans pourraient apprécier généreusement les
fenêtres orientées vers le nord en raison de la qualité de la lumière.
Page 23
1.2. La forme du bâtiment
La forme d’une maison à faible énergie doit être simple et compacte. Elle devrait suivre la
règle que la zone de l'enveloppe du bâtiment doit être aussi faible que possible.
Une forme compacte n'a que deux avantages:
 Elle coûte moins chère à construire car elle nécessite moins de matériaux et surtout,
moins de main d'œuvre.
 Elle est facile et économe à chauffer : L’équipement de chauffage est bien sûr placé au
centre de l'habitation pour une diffusion optimale.
Théoriquement, un bâtiment idéal aurait la forme d'une sphère comme tous les objets ayant un
volume déterminé, la sphère est celle qui a la surface la plus petite.
Dans la réalité, la construction d'une maison en forme de sphère est ni pratique ni possible.
Néanmoins, le bâtiment doit encore être aussi compact que possible.
Pour vérifier l'optimalité d'une certaine forme de maison, on calcule le ratio volume-aire
(V/A) : le taux entre le volume chauffé (V) et la mesure de la surface de la maison (A). Les
maisons dont les ratios plus élevés sont plus économes en énergie. Les formes de construction
plus efficaces énergétiquement dans la plupart des cas impliquent également des dépenses de
construction inférieures, car il y a moins de mur / toit / fondation pour le même espace [4].
1.3. Une forte isolation thermique
L'isolation thermique est utile, il aide à propos de réduire les coûts de chauffage et améliore le
confort et contribue à l'augmentation de la valeur du bâtiment.
Cette isolation va permettre d’éviter tout les dégâts structurels qui peuvent se produire lorsque
les composants de l’enveloppe d'un bâtiment sont humidifiés.
Une bonne isolation thermique contribue à faire augmenter la température de surface du côté
de la chambre et réduire ainsi la possibilité que de l'eau se condense le long des parois
extérieures.
En outre, les ponts thermiques (Défauts structurels tels que des fissures, des fuites ou les corps
insuffisamment isolé) seront évités. Un pare-vapeur peut être utilisé contre le mur pour
empêcher la pénétration de l’humidité à partir des locaux du bâtiment. Le pouvoir isolant d'un
matériau provient de l'air qu'il emprisonne.
Il existe un grand nombre de matériaux dont les capacités de transferts thermiques sont
variables [5].
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1.3.1. L’inertie thermique
L’inertie thermique sera conditionnée principalement par une propriété dite la capacité
thermique. Cette capacité thermique exprime la faculté d’un matériau à absorber et à stocker
de l’énergie.
L’inertie thermique d’un bâtiment sera jugée par la masse du matériau mis en œuvre.
Cependant, l’emploi de matériaux lourds à forte capacité thermique contribue efficacement à
stabiliser les températures à l’intérieur des bâtiments. En été, plus l’inertie thermique de
l’habitation augmente, plus les variations de température de jour et de nuit sont faibles. Elle
permet donc de lisser les températures extrêmes [6]
1.3.2. Le vitrage
Depuis longtemps le simple vitrage est utilisé pour protéger nos habitations de la chaleur et du
froid, mais il protège très faiblement. Le double vitrage à isolation renforcée (VIR) à un
pouvoir isolant deux à trois fois supérieur à celui d’un double vitrage classique, et plus de
quatre fois supérieur à celui d’un simple vitrage. Le triple vitrage est constitué de trois verres
et disposant de deux couches faiblement émissives déposées du côté interne des lames d’air.
Le coefficient de transmission thermique est excellent, de l’ordre de 0,6 à 0,8 W/m2
.K (contre
1,1 à 1,2 environ pour les VIR), donc un coefficient faible traduit une isolation performante
[7].
Aujourd’hui le simple vitrage à atteint ses limites, les dernières réglementations thermiques,
les progrès technologiques et les préoccupations environnementales l’ont placé pour isolation
inadaptée. Ce type de fenêtre, cependant, ne répond plus aux exigences en matière d'isolation
thermique et phonique et ne sera plus approuvé pour les bâtiments neufs. Dans les nouvelles
constructions, le double vitrage est devenu la norme.
1.3.3. Une parfaite étanchéité
Un bâtiment étanche à l’air augmente le confort de l’utilisateur et empêche les dommages
structurels (moule).
La nécessité d'une enveloppe étanche du bâtiment est souvent sous estimée, car il est supposé
que les murs doivent "respirer", par conséquent, ils devraient être en quelque sorte perméable
à l’air. Un bâtiment étanche à l’air peut avoir naturellement des petites « fuites » qui
cependant, doivent êtres maintenues dans un certain cadre.
Page 25
En pratique, le problème ne réside pas dans le fait que les bâtiments sont étanches à l’air,
mais plutôt qu'ils ne sont pas suffisamment étanche à l’air et donc involontairement on assiste
à des pertes d'énergie élevés et représentent un risque accru de dommages structurels.
1.4. Chauffages
Différentes technologies de chauffage entrent en question. L’optimisation des coûts de
chauffage peut être loin de l'optimisation de la demande de chaleur nécessaire à la maison. A
cet effet, par exemple, certains appareils de chauffage avec des carburants sont considérés
comme faibles en termes de coûts de chauffage.
Avec une enveloppe performante et étanche à l’air, les besoins en chauffages sont très réduits.
Le développement des moyens d’isolations et des matériaux de constructions ne cesse de faire
diminuer les exigences en chauffage. Des études sont faites dans une commune en Allemagne
montrent un abaissement des besoins en chauffage d’une façon constante durant la période
1950 à 2010. La demande en chaleur est mesurée en kWh/m². La figure1.5 montre qu’en
2010, les besoins en chauffages sont aux alentours de 85 kWh.
Figure 1. 05: Développement de la demande de chaleur spécifique (région d’Allemagne)
[8].
Ainsi la puissance des générateurs de chaleur tels que les chaudières sera réduite ce qui
nécessite un équipement bien dimensionnés et le recours aux sources d’énergies
renouvelables.
1.5. L'utilisation des énergies renouvelables
1.5.1. Energie solaire
Elle est ancienne, mais moderne depuis un certain temps que jamais : le soleil. L'étoile
centrale est non seulement la base de la vie sur terre, mais également un élément clé de
l'approvisionnement en énergie renouvelable. Dans le conduit de la révolution énergétique, les
Page 26
possibilités de l'utilisation de l'énergie solaire sont à nouveau poussées vers le centre de
l'attention du public. Contrairement aux combustibles fossiles, l'énergie solaire est disponible
pratiquement dans l'étendue illimitée, du climat neutre et gratuit.
La Tunisie dispose des atouts lui permettant de se cibler vers l’industrie des équipements pour
l'exploitation de l'énergie solaire. Trois systèmes peuvent êtres mises en jeu: le photovoltaïque
(PV), le solaire thermique et la photothermie.
Le photovoltaïque est la conversion de la lumière du soleil en électricité. Cela se produit grâce
à l'effet photoélectrique.
En Tunisie, l'énergie solaire présente des atouts avantageux pour la production de l'électricité.
Avec une utilisation optimale des technologies développées, il est possible, en effet, de
produire de l'électricité et contribuer à renforcer l'offre pour satisfaire une demande accrue. La
technologie photovoltaïque est encore trop coûteuse pour être totalement compétitive face aux
énergies fossiles. Les prix d’investissement en Tunisie ont abaissé de 27% durant la période
de 2010 à 2013 et le coût d’installation reste encore plus cher d’environ 40% par rapport au
coût en Europe estimé par watt crête (Wc) [9].
Des moyens thermiques d'énergie solaire qui convertissent l'énergie solaire en chaleur, qui
chauffe l'eau de chauffage ou l’eau chaude sanitaire. Les panneaux solaires montés sur le toit,
sur la façade ou sur terre remplacent des modules de la photovoltaïque. Le système doit être
orienté de telle sorte qu'il recueille autant de rayons de soleil dans les meilleures
conditions. La qualité des panneaux ou modules joue un rôle crucial pour le rendement du
système.
Le troisième système, la photothermie, combine les principes de l’énergie photovoltaïque et
solaire thermique. Les systèmes associés sont également appelés «collecteurs
hybrides». L'avantage est certainement le fait que l'intéressé n'a pas le choix de décider pour
le manque d'espace pour un seul système. Il est de même, si cela paraît paradoxal, possible de
réaliser des systèmes de refroidissement avec de la chaleur solaire.
Par chance, notre pays se trouve dans une zone très avantageuse en termes de rayonnement
car la Tunisie est l'une des régions du monde où sont enregistrées les valeurs les plus élevées
du rayonnement direct du soleil.
De plus, les conditions climatiques sont favorables en termes de température, d'humidité et de
vent qui sont meilleures en Tunisie que dans d'autres pays. Cela permet l'exploitation de
l'énergie solaire à moindre coût.
Page 27
1.5.2. L'énergie éolienne domestique
Les petites éoliennes portent un grand intérêt pour les propriétaires voulant faire une
indépendance en énergie électrique. Ils peuvent offrir la possibilité de produire de l’électricité
en les installant sur le toit ou dans le jardin.
L'énergie éolienne produite peut être utilisée dans leur propre ménage et réduit ainsi la facture
d'électricité. Le surplus d’énergie peut être injecté dans le réseau public et de recevoir en
contrepartie selon la Loi sur les énergies renouvelables, une compensation par la société
STEG.
Les petites éoliennes ont souvent une puissance supérieure à 5 kW correspondante à une
maison de famille et atteignent une altitude d’installation allant jusqu'à 25 mètres. Plus la
vitesse moyenne du vent est élevée plus l'investissement est élevé. Avec une forte auto-
consommation de l'énergie éolienne propre et dans les bonnes conditions de vent, la petite
éolienne est beaucoup plus rentable [10].
1.5.3. Géothermie
L'énergie géothermique est une forme d'énergie relativement peu utilisée, mais cette forme
d'énergie pourrait aider dans le monde entier pour réduire les émissions de CO2 et de réduire
notre consommation de combustibles fossiles. Il est une forme extrêmement durable de
l'énergie, qui est constamment réapprovisionné à partir du noyau de la terre.
La chaleur géothermique est la chaleur qui est présente à l’intérieur de la terre. Formée de
70% de la chaleur produite par la désintégration radioactives des atomes instables de la
matière.
2. Réglementations thermique des bâtiments
2.1. Intérêt de la réglementation
Le rapport international du projet de recherche sur l’efficacité énergétique dans les bâtiments
(EEB), élaboré par le conseil mondial des entreprises pour le développement durable WBCSD
(World Business Council for Substainable Development) et organisé à Genève en 2009,
révèle que la consommation d’énergie dans les bâtiments peut être réduite de 60% d’ici à
2050 [11]. Ce rapport préconise l’adoption de codes de construction stricts (réglementations
thermiques) et la mise en place des labels de qualité énergétiques.
Donc l’intérêt global des la réglementation thermique est :
Limiter la consommation globale d’énergie des bâtiments: l’économie d’énergie s’appuie sur
deux aspects :
Page 28
Un aspect environnemental : limiter la consommation permet de lutter contre l’effet de serre
(réchauffement de l’atmosphère) et de préserver les ressources énergétiques.
Un aspect social : réduire la facture payée par les occupants.
Exiger des résultats de performances énergétiques des bâtiments par différents méthodes en
laissant le choix au concepteur (architecte, ingénieur en fluide et énergétique, expert en
énergétique,..).
Amélioration des performances énergétiques par la progression et l’évolution des textes
réglementaires adoptés.
2.2. Réglementation française
2.2.1. Présentation
Suite au premier choc pétrolier de 1973, une nécessité de réflexion sur la maitrise de l’énergie
s’est imposée en France. Une première mesure de réglementation thermique (RT) marquant le
début de la politique énergétique s’était instauré en 1974 et concernant les bâtiments neufs
destinés à l’habitation et imposant une isolation des parois extérieures de l’enveloppe et une
régulation des systèmes de chauffage. Il s’agit alors d’une stratégie permettant de réduire la
facture énergétique.
Cette réglementation compte la première d’une série de réglementations : RT 1976, RT 1982,
RT 1988, RT 2000, RT 2005, RT 2012 et la RT 2020 (prévision).
Le champ d’application de ces réglementations couvre progressivement tous les bâtiments
neufs et existants et qui intégrera une réflexion de maitrise de plus en plus globale.
A partir de la RT 2005, ces réglementations fixent la performance énergétique minimale à
respecter pour les bâtiments neufs et existants sur les besoins de chauffages, de climatisation,
de ventilation, de production d’eau chaude sanitaire, d’éclairage et d’intégration des énergies
renouvelables [12]. Ainsi, de 1974 à 2013, l'amélioration de la performance énergétique des
bâtiments et des systèmes ont permis de réduire de manière importante la consommation
énergétique.
Selon la figure1.6 la consommation énergétique passe de 470 kWhep/m2
/an (équivalant à
une classe G) à 50 kWhep/m2
/an (équivalant à une classe A).
La RT 1974 instaure le coefficient G comme « déperditions globales » d’un logement, et
s’agissant de l’isolation des parois, aucune exigence n’a été formulée concernant le coefficient
d’isolation global « K ». Son instauration et le mode de calcul n’a été finalisé qu’en 1977 et à
subit une dizaine de modifications jusqu’au milieu des années 2000.
Page 29
Figure 1. 6: Evolution des différentes Règlementations Thermiques [13].
La réglementation thermique en vigueur est la RT2012, elle impose pour toute construction
neuve une réduction par 3 de la consommation moyenne par rapport à la RT 2005, figure1.7.
Elle exprime des exigences en énergie primaire et fixe le plafond de 50 kWh/m²/an comme
valeur moyenne du label BBC.
Cette consommation est modulée en fonction de plusieurs paramètres :
 La situation géographique (zone climatique)
 L’altitude de situation du bâtiment
 La surface moyenne du bâtiment isolé ou accolé
 Les émissions de CO2 pour les énergies renouvelables.
Les bâtiments à énergie positive (Bépos) seront la norme à partir de 2020. Quant aux
bâtiments existants, les nouvelles règles imposent de réaliser leur rénovation avec des
objectifs de diminution des consommations énergétiques.
Page 30
Figure 1. 7: Evolution des exigences réglementaires de consommation énergétique des
bâtiments neufs [14].
2.2.2. La réglementation thermique RT2012 [15]
La RT2012 est une réglementation performante basée sur trois indicateurs qui expriment des
exigences de résultats relatives à la performance du bâtiment :
Exigence relative à l’indice « Bbio » qui caractérise l’impact de la conception bioclimatique
sur la performance énergétique du bâtiment. Le Bbio doit être inferieur à une valeur
maximale « Bbio max ».
Bbio ≤ Bbio max
Exigence relative à l’indice « Tic » qui caractérise la température intérieure conventionnelle
du bâtiment. C’est une exigence relative au confort d’été. Le « Tic » du bâtiment doit être
inferieur à une valeur de référence
Tic ≤ Tic ref
Exigence relative à l’indice « Cep » caractérisant la consommation du bâti en énergie
primaire. Cet indice doit être inferieur à une consommation conventionnelle maximale.
Page 31
2.3. La règlementation thermique des bâtiments en Tunisie (RTBT)
C’est depuis les années 2000 que la Tunisie bénéficiait d’une situation énergétique
défavorable caractérisée par une balance déficitaire et depuis, le pays devient un grand
importateur d’énergie devant le déclin net de la productivité en hydrocarbures et la demande
nationale accrue.
Le gouvernement tunisien à mis en place une stratégie nationale de maitrise de l’énergie dans
le secteur du bâtiment. Cette stratégie à été développée selon une approche globale visant
l’amélioration aussi bien de la qualité thermique de l’enveloppe du bâtiment que des
performances énergétiques de ses installations techniques.
Cette approche vise à faire évoluer, progressivement, le marché de la construction des
bâtiments vers des pratiques de plus en plus efficaces en énergie, et ce, à travers des mesures
réglementaires (obligatoires ou volontaires) souvent accompagnées par des mesures
incitatives. La Réglementation Thermique des Bâtiments en Tunisie (RTBT) représente l’une
de ces mesures.
Le secteur des bâtiments est un grand consommateur d’énergie, il utilise près de 30% de la
consommation nationale et devrait voir ses besoins continuer à augmenter jusqu’en 2030 [16].
Il serait alors le premier consommateur national d’énergie.
Depuis quelques années, ce secteur bénéficie d’un dispositif réglementaire et incitatif visant à
réduire la consommation d’énergie par la conception de bâtiments plus éco-énergétiques grâce
à une architecture adaptée et l’utilisation de matériaux et de techniques de construction
énergétiquement efficaces.
La réglementation thermique en Tunisie est un projet piloté par le Ministère de l'équipement,
de l'habitat et de l'aménagement du territoire, le conseil de l’ordre des architectes, des
associations promoteurs immobiliers et d’autres organismes.
Les règlements de construction sont des textes réglementaires qui visent à assurer que les
politiques énoncées dans la législation pertinente, sont effectuées. L’approbation des
règlements de construction est nécessaire pour la plupart des travaux de construction en
Tunisie. Ces réglementations visent à limiter les besoins du bâtiment en chauffage et
refroidissement.
La Loi n°2004-72 du 2 août 2004, relative à la maîtrise de l’énergie, stipule que «Les projets
de construction de nouveaux bâtiments et les projets d’extension des bâtiments existants
doivent répondre à des spécifications techniques minimales de maîtrise de l’énergie fixées par
Page 32
arrêté conjoint du ministre chargé de l’équipement et de l’habitat et du ministre chargé de
l’énergie»[17].
Ces spécifications ont effectivement été fixées par l’arrêté 1 du 23 juillet 2008, modifié par
l’arrêté du 17 décembre 2010 pour les immeubles de bureaux et assimilés et par l’arrêté du
1er juin 2009 concernant les immeubles à usage résidentiel [17].
L’article 4 de l’arrêté du ministère de l’équipement, de l’habitat et de l’aménagement du
territoire du 17 avril 2007, porte intérêt sur le calcul des besoins énergétiques annuels du
bâtiment liés au confort thermique (BECTh) et qui sont déterminés selon la formule [17].
𝑩𝑬𝑪𝑻𝒉 =
𝑩𝑬𝑪𝒉 + 𝑩𝑬𝑹𝒆𝒇
𝑺𝑻𝑪
Avec :
 BECTh : besoins énergétiques annuels liés au confort thermique d’un bâtiment
exprimés en kWh/ (m2
.an),
 BECh : Besoins énergétiques annuels pour le chauffage exprimés en kWh/an et
calculés sur la période d’hiver pour une température intérieure de base Tch = 20°C.
 BERef : Besoins énergétiques annuels pour le refroidissement exprimés en kWh/an et
calculés sur la période d’été pour une température intérieure de base Tref = 26°C.
 STC : Surface totale conditionnée exprimée en m² et égale à la somme des surfaces
des planchers des espaces chauffés en hiver et/ou refroidis en été.
Conclusion
Dans ce chapitre, on a présenté les différents critères à respecter afin de concevoir une maison
à faible consommation en énergie.
Les besoins énergétiques d’un bâtiment doivent êtres conformes à la réglementation
thermique. Ces besoins sont déterminés par le calcul du bilan thermique, ceci fera l’objet du
chapitre qui suit.
Page 33
Chapitre 2 :
BILAN THERMIQUE
Page 34
Chapitre 2: BILAN THERMIQUE
Introduction
Le calcul du bilan thermique permet d’estimer la puissance de l’installation pour combattre
les déperditions d’un local et de maintenir la température intérieure constante. Dans ce
chapitre on va s’arrêter sur quelques notions importantes pour le calcul du bilan.
I. Les déperditions thermiques
1. Définition
Ce sont les pertes de chaleur que subit un bâtiment par ses parois et ses échanges de fluide
avec l’extérieur. Ces déperditions se font essentiellement par la toiture, le renouvellement
d’air, les murs, les vitrages et le sol et les ponts thermiques, figure2.1.
Figure 2. 1:Différentes déperditions de chaleur [18].
Les déperditions calorifiques du bâtiment doivent être calculées suivant la norme et
indépendamment du système de chauffage. Ce calcul consiste à déterminer la puissance
nécessaire au maintien en température des locaux. Elle évalue la quantité de chaleur à fournir
pour le chauffage d’un local de température donnée. Cette chaleur nécessaire est capable de
compenser les pertes d’énergie par les différents moyens de déperdition du bâti.
Trois paramètres principaux doivent être pris en compte :
Page 35
 Température extérieure Te, l’installation devrait être calculée en fonction des
conditions climatiques les plus sévères.
 Température d’ambiance à l’intérieur des locaux Ti,
 Les locaux non chauffés : La présence de locaux non chauffés au voisinage des
locaux chauffés influe sur le dimensionnement de l’installation.
 Objectifs du calcul des déperditions
Le calcul doit être effectué pour répondre à trois finalités :
 La plus évidente étant le dimensionnement des systèmes de chauffages, par le calcul
de la puissance utile nécessaire de l’installation pour y parvenir dans les conditions
extrêmes. Ces conditions sont rares, on opte ainsi pour des conditions de bases
permettant de maintenir le confort pendant les périodes de froid exceptionnel. C’est la
température extérieure minimale constatée en moyenne sur une région en fonction de
l’altitude, qui est considérée comme température de base et qui va définir par la suite
la puissance nécessaire à l’installation (lorsqu’il n’y a pas de soleil et que les apports
internes sont nuls).
 Le calcul des déperditions est un outil de vérification de l’efficacité en intégrant le
matériel le plus adapté et éviter ainsi le gaspillage d’énergie.
 Enfin, le calcul des déperditions permet d’estimer les consommations énergétiques qui
permettent de vérifier la conformité à la réglementation thermique.
2. Les bases de calcul du bilan thermique [19]
2.1. Apports externes
2.1.1. Déperditions thermiques par transmission
Elles se subdivisent en déperditions surfaciques, par les parois proprement dites QP, et en
déperditions linéiques QL, par les liaisons entre les parois (ponts thermiques) ou par les
planchers sur terre plein. Les déperditions QT (en Watt) s’écrit :
QT = QP + QL (1.1)
2.1.1.1. Déperditions par les parois
Ces pertes à travers un mur extérieur, un mur en contact avec un local non chauffé, un
plancher en contact avec le sol.
Les déperditions surfaciques sont les plus importantes et les déperditions par les planchers
sont de type linéique ; c’est le périmètre des planchers qu’il faut prendre en considération.
Page 36
Les déperditions thermiques par transmission surfaciques Qp (en Watt) d’un volume à travers
les parois, sont données par :
QP = U × A × (Ti – Te ) (1.2)
Où :
 A représente la surface intérieure de chaque élément de la paroi, elle s’exprime en m².
 Ti est la température intérieure
 Te est la température extérieure ou celle du local non chauffé.
S’il s’agit d’une paroi extérieure, d’une paroi en contact avec le sol ou d’une paroi donnant
sur un espace non chauffe, Te est considérée comme la température extérieure de base et s’il
s’agit d’une paroi donnant sur un local non résidentiel dont la température est connue, Te sera
la température intérieure minimale de ce local. Si un tel local de température indéfinie, il sera
considéré comme un local non chauffé.
U (anciennement k) en W/m²K, représente la puissance calorifique perdue par m² de paroi,
c’est le coefficient de transmission surfacique qui se définit par la quantité de chaleur
traversant 1 m² de paroi lors d’une différence de température de 1 degré entre deux
ambiances. Elle peut être exprimée par :
𝑈 =
1
𝑅𝑔
(1.3)
 𝑹𝒈 : Resistance thermique globale de la paroi (m².K/W)
→ Plus U est faible, plus la paroi est performante.
et 𝑅𝑔 =
1
ℎ𝑖
+ ∑
𝑒
𝜆
+
1
ℎ𝑒
(1.4)
 1/hi : Resistance thermique superficielle des échanges intérieurs en m².K/W, tableau 2.1.
 1/he : Resistance thermique superficielle des échanges extérieurs en m².K/W, tableau 2.1.
 e: épaisseur du matériau en m
 λ: conductivité thermique du matériau en W/m.k
Page 37
Tableau 2. 1 : valeur moyenne des échanges thermiques superficiels intérieurs (1/hi) et
extérieurs (1/he).
2.1.1.2. Déperditions par les liaisons
Ce sont les déperditions thermiques linéiques, appelées aussi les ponts thermiques QL (en
Watt) exprimées par :
QL = Ψ × L × (Ti – Te ) (1.5)
 Ψ: coefficient linéique de liaison (W/m.k)
 L : longueur de la liaison en m
 TI : est la température intérieure du local
 TE : est la température extérieure.
Le calcul des déperditions linéiques s’avère peu complexe vu l’innombrable coefficient
linéique existant pour les murs, planchers et les plafonds et pour les ouvrants. On estime alors
les déperditions par les ponts thermiques à 5% environ de la valeur totales des déperditions
surfaciques.
2.1.1.3. Les parois vitrées
La performance d’un vitrage se mesure par un coefficient de transmission thermique « Uw»,
représentant la quantité de chaleur en Watt qui traverse une paroi de 1m² quand la différence
de température entre l’intérieur et l’extérieur d’un logement est de 1°C.
a. Les ouvrants
Page 38
Le calcul s'effectue en distinguant le vitrage de la menuiserie. Les surfaces correspondantes,
Ac (surface de verre) et Am (surface de menuiserie) sont celles indiquées ci-dessous,
figure2.2 :
Figure 2. 2:vue de coupe d’une fenêtre installée.
La surface Ac ne comprend donc pas la partie du volume verrier en feuillure. De même, la
surface Am ne comprend pas la partie de la menuiserie prise dans la maçonnerie.
La somme Ac + Am est égale à la surface en tableau, A, à laquelle est rapporté le coefficient
UW de la paroi vitrée [19].
b. Les vitrages courants
Le coefficient Uw des vitrages simples et doubles constitués de feuilles de verre clair de 4
mm [25] est donné dans le tableau2.2.
Type de vitrage description Coefficient de
transmission Uw en
W/m²K
Simple vitrage Un vitrage de 4 mm 4.5
Double vitrage
standard
2 plaques de verre de 4
mm séparées par une
lame d’air de 12 mm
2.85
Double vitrage de
faible émissivité
Comporte un
revêtement spécial qui
diminue la chaleur
perdue vers l’extérieur
1.7 à 1.9
Tableau 2. 2:les coefficients de transmission thermique des vitrages simples et doubles.
2.1.2. Déperditions par renouvellement d’air
Il est nécessaire d’assurer un renouvellement de l’air à l’intérieur de la maison par de l’air
neuf et de chasser de l’air vicié. Cet apport d’air va assurer un approvisionnement adéquat en
Page 39
air neuf pour les occupants et diluer la concentration des divers polluants émis dans
l’ambiance (dioxyde de carbone, fumées de cigarettes etc..). Un taux de renouvellement d’air
de 15% est généralement admis dans un logement résidentiel [17]. On aura recours a une
ventilation avec récupération de chaleur (efficacité de 50% à 85%) pour réaliser un apport
d’air neuf avec le minimum de pertes de chaleur. Ces déperditions peuvent êtres dues par
charge sensible et par charge latente.
2.1.2.1. Charge sensible
L’air neuf introduit dans le local peut être réchauffé ou refroidit. L’énergie ainsi consommé
est donnée par :
Qs = Dr × ρair × Cpair × (Ti – Te) (1.7)
Qs = 0,34 × Dr× (Ti – Te) (1.8)
 Qs : charge en chaleur sensible en W
 Dr : débit volumique de renouvellement d’air en m3
/h
 ρair: la masse volumique de l’air en kg/m3
(=1,225 kg/m3
au niveau de la mer à 15 °C)
 Cpair : capacité thermique massique de l’air en J/Kg.K (=1000 J/Kg.K)
 ρair× Cpair = 0,34, chaleur volumique de l’air (capacité à emmagasiner la chaleur par
rapport à un volume d’air), s’exprime en J/m3
.K ou en Wh/m3.
K (1 Wh/m3
.K =
3600 J/m3
.K).
 Ti, Te : températures intérieure et extérieure du local.
2.1.2.2. Charge latente
L’air extérieur diminue l’humidité à l’intérieur du local, en particulier pendant l’été. L’énergie
de déshumidification nécessaire est donnée par :
QL = Dv × ρair × Lv × (Yi – Ye) (1.9)
 QL: charge en chaleur latente en W
 Dv : débit volumique de ventilation en m3
/h
 ρair: la masse volumique de l’air en kg/m3
(1,225 kg/m3
au niveau de la mer à 15 °C)
 Lv : chaleur latente de vaporisation à la température de l’air en J/Kg (2,34.106
J/Kg)
 YI,YE: humidité absolues intérieure et extérieure du local, s’expriment en
kg d’eau/kg d’air sec.
Page 40
La charge totale par renouvellement d’air est donc :
QR = Qs + QL (1.10)
2.1.3. Déperditions vers les espaces non chauffés
Un local non chauffé (lnc) est un comble ou un vide sanitaire pour lequel le chauffage
n’existe pas ou risque d’être interrompu pendant de longues périodes.
Les déperditions à travers les parois en contact avec des locaux non chauffes sont pondérées
par un coefficient τ, sans dimension, dit « coefficient de réduction de température ». La valeur
de τ est comprise entre 0 et 1 [20].
Les déperditions thermiques Q𝐥𝐧𝐜 (en Watt/K) par transmission par degré d’écart à travers une
paroi en contact avec un local non chauffé sont données par la formule suivante :
Q𝐥𝐧𝐜 = τ × [∑(U× A) + ∑(Ψ × L)] (1.11)
ou encore Q𝐥𝐧𝐜 = τ × QT (1.12)
Avec :
 U en (W/m²K) est le coefficient de transmission surfacique de chaque partie.
 A en (m²) est la surface intérieure de chaque partie surfacique.
 Ψ en (W/m²K) est le coefficient de transmission linéique de chaque liaison.
 Len (m) est la longueur intérieure de chaque liaison.
 τ est le coefficient de réduction de température, il est soit : Calculé dans le cas
général. Ou déterminé forfaitairement.
 Calcul de τ dans le cas général :
Le coefficient τ est obtenu en considérant le bilan énergétique du local non chauffé.
Le coefficient τ est donné par la formule :
𝛕 =
𝑻𝒊−𝑻𝑵
𝑻𝒊−𝑻𝒆
(1.13)
Avec :
 Ti en (°C) est la température intérieure.
 TN en (°C) est la température du local non chauffé.
Page 41
 Te en (°C) est la température extérieure.
2.2. Charges dues aux apports internes
2.2.1. Apports d’origines des occupants
Le corps humain apporte de la chaleur sensible (par notre corps à 37°C) et de la chaleur
latente (par notre production de vapeur d’eau en respiration et en transpiration). Il est assimilé
à un générateur thermique d’intensité variable suivant :
 L’activité de l’individu et son métabolisme
 La température de l’air sèche du local
 Le degré d’hygrométrie du local
L’expression de ces apports exprimée en Watt est :
QOCC = Qs + Ql (1.14)
Avec Qs = Np × Ms (1.15)
et Ql = Np × Ml (1.16)
 Qs : gain par chaleur sensible en Watt
 Ql : gain par chaleur latente en Watt
 Np : nombre d’occupants
 Ms : gain par chaleur sensible par personne en Watt
 Ml : gain par chaleur latente par personne en Watt
2.2.2. Apports d’éclairage
Les appareils d’éclairage sont considères comme une source de chaleur sensibles. Cette
chaleur peut être dégagée par rayonnement, convection et conduction. Une lampe à
incandescence transforme l’énergie électrique en grande partie en chaleur dissipée par
rayonnement (90%) et le reste sous forme de lumière, alors qu’une lampe à fluorescence
dégage environ 75% de chaleur et 25% d’énergie lumineuse.
2.2.3. Apports par les équipements
La plupart des appareils constituent à la fois ne source de chaleur sensible et latente. Le
tableau donne les apports de chaleur pour les machines et les appareillages, (tableau 2.3
Annexe). Ces apports sont exprimés en Watt par l’expression:
𝑸𝑬𝑸𝑼 = ∑ 𝒏𝒊
𝒊 × (𝑷𝒔 + 𝑷𝒍) (1.17)
Page 42
 QEQU: gain par chaleur des équipements en Watt
 ni : nombre d’appareil i
 Ps : gain par chaleur sensible de l’appareil en Watt
 Pl : gain par chaleur latente de l’appareil en Watt
2.2.4. Charges dues au rayonnement solaire
Le rayonnement solaire est en fait une importante source de chaleur durant la journée, son
influence est nettement remarquable à travers les vitrages qu’aux murs. Il est utile de
déterminer ces apports suivant les types de vitrages utilisés.
2.2.4.1. Rayonnement sur les murs
Le rayonnement solaire dépend de l’exposition des murs, de l’orientation et de l’altitude. Le
calcul du gain solaire sera effectué suivant l’heure de charges de réfrigération maximale pour
le bilan d’été. Cette heure de réfrigération maximale devra coïncider avec l’heure des apports
solaires maximum.
La quantité de chaleur traversant le mur exprimée en Watt est :
QRm = α × F × Am × Rm (1.18)
• α = coefficient d’absorption de la paroi recevant le rayonnement
• Am = surface de la paroi en m²
• F = facteur de rayonnement solaire
• Rm = rayonnement solaire absorbé sur la surface du mur en W/m²
Le coefficient d’absorption α dépend de la couleur et de la nature du mur, tableau 2.3.
Le facteur de rayonnement F indique la part de chaleur absorbée par la surface et transmise à
travers le mur du local, tableau2.4.
La valeur du rayonnement solaire Rm sur un mur, tableau Annexe, dépend :
 De la latitude sous laquelle le local se trouve,
 De l’orientation du mur,
 De l’heure pour laquelle le calcul sera effectué
Page 43
Tableau 2. 3:coefficient d’absorption α pour murs, toits et fenêtres [21].
Tableau 2. 4:facteur de rayonnement solaire [21].
2.2.4.2. Rayonnement sur les vitrages
Le rayonnement solaire dépend de l’orientation des vitres, de l’altitude du logement et de
l’heure pour laquelle les calculs seront effectués.
La quantité de chaleur traversant le vitrage exprimée en Watt:
QRv = α × g × Av × Rv (1.19)
• α = coefficient d’absorption du vitrage
• g = facteur de réduction, tableau2, est fonction du mode de protection de la fenêtre contre le
rayonnement solaire.
• Av = surface vitrée (m²)
• Rv = intensité du rayonnement solaire sur les vitrages W/m² ; elle est définie de la même
manière.
Page 44
Tableau 2. 5;facteur de réduction g pour fenêtre protégées [21].
Soit QSOL la quantité de chaleur traversant les murs et les vitres. Les apports solaires
s’expriment en Watt par :
QSOL = QRm + QRv (1.20)
II. Le calcul des besoins énergétiques
1. Besoins en chauffage (Hiver)
Soit QG (exprimé en Watt) les apports globaux dus aux apports internes, à ceux de l’éclairage,
à ceux solaires et à ceux des différents appareils utilisés dans le bâtiment.
QG = QOCC + QECL+ QEQU + QSOL (1.21)
Avec :
 QOCC: apports internes des occupants
 QECL : apports dus à l’éclairage
 QEQ : apports dus aux équipements
 QSOL : apports solaires.
Les besoins en chauffages sont donnés par :
QCH = Dp + QL + QR - (QOCC + QECL+ QEQU + QSOL) (1.22)
Alors: QCH = QT + QR - QG (1.23)
Avec :
 DT : déperditions thermiques par transmission
 QG : les apports globaux (gains)
Donc :
QCH = QT + QR
Page 45
En pratique, pour le bilan en chauffage les apports internes seront négligés ainsi que les
apports solaires, puisque le bilan thermique calorifique se calcule suivant les conditions les
plus défavorables. Les besoins en chauffages exprimés en Watt se résument alors par :
(1.24)
2. Besoins en climatisation (Eté)
Les besoins en climatisations sont déterminés en Watt par :
QCL = QP + QL + QR + (QOCC + QECL+ QEQU + QSOL) (1.25)
QCL = QT + QR + (QOCC + QECL+ QEQU + QSOL) (1.26)
Alors (1.27)
Conclusion
L’élaboration du bilan thermique permet de déduire les besoins énergétiques de chauffage et
de climatisation. Elle permet d’avoir une estimation prévisionnelle de l’énergie à partir des
données climatologique fournie pour la région considérée et de définir la relation de
dépendance entre le milieu ambiant à l’intérieur du logement et le climat environnant.
Dans le chapitre suivant, on va appliquer ce bilan sur notre projet.
QCL = QT + QR + QG
QCH = QT + QR
Page 46
Chapitre 3 :
ETUDE DE CAS
Page 47
Chapitre 3: Etude de cas
Introduction :
Dans ce chapitre, on va, tout d’abord, calculer les besoins calorifiques et frigorifiques annuels
par m² du bâtiment considéré en fonction des propriétés thermo-physiques de son enveloppe,
de la zone climatique, du taux des baies vitrées des espaces chauffés ou non ainsi que leurs
répartitions selon les différentes orientations géographiques.
Ensuite, on va déterminer les charges de climatisation et du chauffage à l’aide du logiciel
HAP du groupe CARRIER Entreprise.
I. Description générale du bâtiment
La maison étudiée est une villa à structure multizones dont la face principale est orientée vers
le Sud-est. Le plan d’architecture descriptif d’une maison individuelle composée de deux
chambres à coucher, une chambre de séjour, un salon, une cuisine, deux salles de bain et un
garage, figure3.1, située à Gafsa au sud ouest de la Tunisie dont les coordonnées
géographiques sont :
 Latitude : 34,434
 Longitude : 8,750
Pour des raisons d’absence de bases de données climatiques pour une telle latitude,
nous retenons pour cette étude :
 une latitude de 35°;
 Elévation : 264m.
 Longueur totale : 14,87 m,
 Largeur totale: 14,72 m
Figure 3. 1:Plan de l’habitat
d’étude.
Page 48
Outre les dimensions remarquables sur le plan, les caractéristiques du local sont :
 Hauteur sous-plafond : 3,2 m
 Hauteur du mur extérieur : 3,5 m
Une vue macroscopique de la chambre à enfants destinée pour un calcul théorique du bilan de
climatisation et de chauffage est présenté sur la figure3.2.
Figure 3. 2:Dimensions de la chambre à enfants.
La même vue du plan élaboré par le logiciel AutoCAD sur la figure3.3:
Figure 3. 3;plan de la chambre à enfant vu par AutoCAD.
Page 49
II. Données climatologiques et géographiques
1. Zones climatiques réglementaires
La définition des données météorologiques de base nécessaire pour le calcul des bilans
thermiques et le dimensionnement des installations de climatisations et de chauffage en
Tunisie est fondée sur la collecte et l’analyse des données, issues des stations
météorologiques reparties sur le territoire tunisien.
Les données climatiques sont relevées et enregistrées d’une façon quotidienne suivant une
base de traitement statistique conformément à une méthode préparée en Tunisie, qui s’inspire
de la méthode ASHRAE et qui entre dans le cadre de la réglementation thermique des
bâtiments neufs.
Les stations météorologiques disposent de données climatiques complètes se rapportant aux
zones climatiques préalablement définies par l’ANME [22]. L’ANME à réalisé un zonage
simplifié pour la formulation de la réglementation thermique des bâtiments :
La zone méditerranéenne ZT1correspond à la zone littorale allant du gouvernorat de Bizerte à
celui de Médenine.
La région de Gafsa s’installe dans le cadre de la zone climatique réglementaire ZT2,
figure3.4, comme une zone géographique renfermant aussi les gouvernorats de Jendouba,
Béja, Kef, Siliana, Kairouan, Kasserine et Sidi Bouzid
La zone ZT3 comprend les gouvernorats de Tozeur, de Kébili et de Tataouine dans le sud
tunisien.
Figure 3. 4 : Zones climatiques réglementaires de la Tunisie [22].
Page 50
2. Conditions de températures et d’humidités
Les données climatiques sont basées sur des valeurs de températures mensuelles maximales et
minimales durant la période de 5 ans 2011-2015. Ces données ont été fournies pat l’Institut
National de Météorologie (INM), et ont été établies sous forme de graphique, figure 3.5, afin
d’estimer les besoins énergétiques de l’habitat.
Les valeurs mensuelles maximales et minimales de l’humidité relatives de la région de Gafsa
sont issues du site : weatheronline.co.uk et dont on a recueilli les données durant la période de
plus de trois ans 2013-2016, figure 3.6. Ces données sont utiles pour l’estimation du bilan
thermique concerné.
Figure 3. 5:les variations mensuelles de températures à la région de Gafsa (Source :INM)
-10.00
0.00
10.00
20.00
30.00
40.00
50.00
Jan-11
Apr-11
Jul-11
Oct-11
Jan-12
Apr-12
Jul-12
Oct-12
Jan-13
Apr-13
Jul-13
Oct-13
Jan-14
Apr-14
Jul-14
Oct-14
Jan-15
Apr-15
Jul-15
Oct-15
Jan-16
Température
(°C)
Date du 01 Janvier 2011 au 01 Decembre 2015
Gafsa DTTF
Température Max Température Min
Page 51
Figure 3. 6:les variations mensuelles de l’humidité à la région de Gafsa [23]
3. Conditions de base de calcul du bilan
Le tableau3.1 présente les différentes températures de base utilisées pour le calcul du bilan
d’été et d’hiver.
Saison Eté Hiver
Température extérieure
sèche Te (°C)
44 -1
Température humide
extérieure (°C)
24,9 - 2,8
Température d’un local
conditionnée Ti (°C)
24 22
Température d’un local non
conditionnée (°C)
34*
12*
Température de sous
plancher TSP(°C)
26*
10*
Humidité relative extérieure
(%)
23 70
Humidité relative intérieure
(%)
50 50
Tableau3. 1:conditions de base de calcul du bilan thermique [INM]
*
N.B : - les valeurs indiquées sont issues de la référence [24]
Page 52
- les valeurs de températures extérieures et d’humidité sont des valeurs moyennes
extraites des données de l’INM.
Le tableau3.2 donne les coefficients de transmission de la chaleur des différentes parois
étudiées :
Paroi Coefficient de transmission
thermique U [W/m²K]
Mur extérieur 0,59
Mur intérieur (cloison) 2,4
Porte 3,4
Vitre 2,85
Plancher 1,89
Toiture 0,55
Tableau3. 2:les coefficients de transmission thermiques des différentes parois [25]
III. Description constructive
Le bâtiment est en cours de construction, figure 3.7, situé à la cité de Zarrouk de la ville de
Gafsa. Il est reparti sur une superficie de 519 m² et dispose d’une base en béton armé de
surface 207 m².
Les poteaux en béton sont construits et les façades vont êtres en maçonnerie en double cloison
avec des revêtements des deux cotes intérieur et extérieur, en mortier de bâtard et de ciment.
Le bâtiment comporte une zone interne qui est considérée comme un espace non conditionné.
Par la suite il sera pris comme étant une seule zone homogène pour l’outil de calcul HAP.
Page 53
Figure 3. 7:le bâtiment en cours de construction.
1. Les murs
La hauteur intérieure des murs (hauteur sous-plafond) est de 3,2 m pour tous les murs
intérieurs et la hauteur extérieure est de 3,5 m pour tous les murs extérieurs.
Les murs extérieurs sont en maçonneries en double cloison de 35 cm, figure3.8, séparés par
une lame d’air de 7cm ou est logé un isolant en polystyrène de 4 cm, figure3.9, chaque
cloison est en brique creuse dont la coté interne de 15 cm et la coté externe de 10 cm. Le
revêtement du coté intérieur est un mortier bâtard (composé de 50% chaux et 50% ciment) et
de mortier ciment du coté externe.
Figure 3. 8:Composition d’un mur extérieur de 35 cm.
Page 54
Figure 3. 9:couche d’isolant logée dans le cloison du mur.
2. Plancher
Il s’agit d’un plancher bas, en contact avec le sol. Les planchers ne sont pas le siège de
transfert de chaleur sur leur partie surfacique vu qu’à la longue, le terre plein sur lequel le
plancher est construit tend à se mettre à la même température que le logement. Par contre, il
peut y avoir des pertes vers le milieu extérieur à cause des ponts thermiques à la liaison du
plancher avec les murs. On peut ainsi prendre, dans les conditions limites, une température de
sous plancher de 26°C [24].
Le planché est formé d’une dalle flottante composée d’une couche de 10 cm de béton armé et
de trillé de fer raccordés en lignes croisés qui repose sur un lit de sable de 10 cm couvrant
une couche de hérissons de 15 cm composée de pierres sèches compactés.
Une fine lame de plastique, figure3.10, pour isolation contre l’humidité de 0,2 cm est ajoutée
sur la couche de sable.
Figure 3. 10 : une fine couche de plastique reposant sue le sable.
3. Toiture
La toiture est l’élément de la construction recevant le plus d’irradiation solaire pendant la
saison chaude. Pendant l’hiver, l’air chaud plus léger s’élève et vient de se loger sous la
toiture, ce qui constitue en réalité un facteur important de perte de chaleur. La toiture doit être
Page 55
impérativement isolée. De ce fait, l’isolation protège les locaux des surchauffes provoquées
par l’ensoleillement de la toiture en été et conserve de la chaleur sous la toiture en hiver.
La toiture est formée, tableau 3.3, d’une couche de mortier bâtard de 1,5 cm sur la face
interne, d’une couche de brique-hourdi de 16 cm, une couche de béton armée et de trillé de fer
de 7 cm, une couche isolante de polystyrène de 5 cm, une couche de mortier ciment de 1,5 cm
et enfin d’une étanchéité.
Couche (de l’intérieur
vers l’extérieur)
Epaisseur (cm) Conductivité
thermique (W/m.K)
Mortier bâtard 1,5 1,15*
Hourdi 16 16 1,1
Béton armé 7 1,4
Polystyrène 5 0,036
Mortier ciment 1,5 1,4*
Tableau3. 3 : Composition de la toiture [25].
Le coefficient de transmission thermique de cette toiture est égal à 0,55 W/m²K.
La pose de l’isolant sur la toiture est une opération délicate vu les contraintes climatiques
extérieures (ensoleillement, pluies,..) appliquées sur celle-ci provoquant des phénomènes de
dilatation et de rétractions de la couche de couverture et de l’étanchéité.
4. Menuiserie
 Fenêtre : Les fenêtres sont simples à double vantaux avec une dimension de 2,2 m de
largeur sur 1,2 m de hauteur.
 Porte : les portes sont en bois de dimensions 2,2 m par 0,9 m.
IV. Calcul du bilan thermique
Tout d’abord, on procède par faire le calcul théoriquement du bilan thermique d’une chambre
de la villa (du coté sud-ouest) et le reste sera effectué en utilisant le logiciel HAP.
1. Calcul du bilan d’été
1.1. Charges dues aux apports externes
1.1.1. Calcul des déperditions thermiques par transmission
Afin de calculer les déperditions on doit déterminer :
Page 56
 Evaluation des surfaces des murs, des vitres, des portes, du plancher et de toiture
Soient les mesures de surfaces suivantes:
 AM = aire de la surface de la paroi des murs
 AV = aire de la surface de la paroi vitrée
 AP = aire de la surface des portes
 Aplancher= aire de la surface du plancher
 Atoiture= aire de la surface de toiture
Le tableau3.4 présente l’aire des surfaces globale et nette des différentes parois du local en
utilisant la formule : Aire de surface du mur (A) = hauteur du mur × largeur du mur.
Type de
surface
Designation Surface globale Surface nette
Murs
exposés
(extérieurs)
M1 (Nord-
ouest)
A1 = 3,5 × 4,66 =
16,31m²
AM1 = 16,31m²
M2
(Sud-ouest)
A2 = 3,5 × 4,73 =
16,55m²
AM2 = A2- AVM2=
13,91 m²
Murs
intérieurs
(cloisons)
M3 A3 = 3,2 × 4,20 =
13,44m²
AM3 = 13,44m²
M4 A4 = 3,2 × 3,73 =
11,93 m²
AM4 = A4-
APM4=9,95 m²
Les
ouvrants
Vitre du Mur
M2
AVM2 = 2,2 × 1,2
= 2,64 m²
AVM2 = 2,64 m²
Porte du Mur
M4
APM4 = 0,9 × 2,2
= 1,98 m²
APM4 = 1,98 m²
Plancher Aplancher = 4,20 ×
4,27 = 17,93 m²
Aplancher = = 17,93
m²
Toiture Atoiture = 4,20 ×
4,27 =17,93 m²
Atoiture = 17,93 m²
Tableau3. 4:les aires des surfaces des différentes parois de la chambre à enfants.
 Ecarts de température
Le tableau3.5 des écarts de températures évalués en se référant aux conditions de
températures de base de l’été du tableau 3.1: l’écart de température : ΔT=Te - Ti
Page 57
Parois Type de paroi ΔT
Mur M1 et Mur M2 Murs extérieurs ensoleillés Te – Ti = 44 – 24 =
20°C
Mur M3 et Mur M4 Cloison en contact avec un
local non conditionné
Te – Ti = 34 – 24 =
10°C
Vitre du MUR M2 Double vitrage standard
ensoleillés
Te – Ti = 44 – 24 =
20°C
Porte du Mur M4 En contact avec un local non
conditionné
Te – Ti = 34 – 24 =
10°C
Plancher Au dessus de terre plein TSP – Ti = 26 – 24
= 2°C
Toiture Exposée à l’extérieur et
ensoleillée
Te – Ti = 44 – 24 =
20°C
Tableau3. 5:les écarts de températures sur les faces, le plancher et la toiture (Eté).
En utilisant les résultats des deux tableaux 3.4 et 3.5 et en les intégrant dans la formule
on trouve, tableau 3.6
Paroi U (en
W/m².°C)
A (en m²) Te – Ti (en
°C)
Q (en Watts)
Mur M1 0,59 16,31 20 192,458
Mur M2 0,59 13,91 20 164,138
Mur M3 2,4 13,44 10 322,56
Mur M4 2,4 9,95 10 238,8
Surface
vitrée
2,85 2,64 20 150,48
Porte 3,4 1,98 10 67,32
Plancher 1,89 17,93 2 67,775
Toiture 0,55 17,93 20 197,23
Déperditions par transmission à travers les parois et vitrage QP = 1400,761
Tableau3. 6:les déperditions de chaleur par transmission à travers les parois et les vitrages
(Été).
Page 58
Donc les déperditions par les liaisons sont :
QL = 5% × QP
QL = 70,03 W
1.1.2. Déperditions par renouvellement d’air
Le taux de renouvellement d’air est généralement de 1Volume/heure dans un logement
résidentiel. Le débit volumique d’air D :
D (en m3/h) = volume du local(en m3) × taux de renouvellement (volume/heure).
Pour un renouvellement d’air de 1 vol/h, le débit d’air amené dans la chambre à enfant de
volume 57,37 m3
équivaut à 57,37 m3
/h, soit 15,93 l/s.
 Charge sensible Qs
Qs = 0,34 × Dr× (Ti - Te)
Qs =0,34× 57,37/3600 × [44 - 24]
Qs = 0,108 W
 Charge latente QL
QL = Dv × ρair × Lv × (Yi - Ye)
Dans le tableau 3.7, on regroupe les données de températures et d’humidité suivant le milieu
et ceci en utilisant le diagramme de l’air humide, annexe 3:
Caractéristiques du milieu A l’intérieur du
local
A l’extérieur du local
Température (°C) 24 44
Humidité relative (%) 50% 23%
Humidité absolue (kg d’eau/kg d’air) 0,0096 0,0135
Température humide (°C)
[pour le logiciel HAP]
16,7 24,9
Tableau3. 7:Caractéristiques physiques du milieu intérieur et extérieur du local
Donc la charge latente QL = 57,38 /3600 × 1,225× 2,34.106
× (0,0135-0,0096)
QL = 178,186 W
On a QR= Qs+ QL
Alors QR = 178,294 W
Page 59
1.2. Charges dues aux apports internes
1.2.1. Apports dus aux occupants
La chambre est occupée par deux individus, Np=2. Ces derniers sont considérés comme des
sujets de degrés d’activités : assis ou au repos dans un local de 24°C.
On trouve d’après le tableau 1 de l’annexe 1 : Ms=67 W et Ml=35 W
En utilisant la formule 1.14, on obtient :
QOCC = 204 W
1.2.2. Apports par éclairage
Soit la densité d’éclairage φ = 5W/m²
et A la surface de la chambre.
Les apports sont donc :
QECL= φ × A = 5 × 17,93
QECL= 89,65 W
1.2.3. Apport par les équipements
La chambre est équipée par un ordinateur de puissance 250W (tableau 2, annexe 1).
QEQU = 250 W
1.2.4. Apports dus aux rayonnements solaires
1.2.4.1. Rayonnement sur les murs
On a QRm = α × F × Am × Rm
Or α= 0,4 (d’après le tableau 2.3)
Et pour k= 0,59; F= 0,029 (d’après le tableau 2.4)
La valeur du rayonnement solaire Rm se détermine en suivant les étapes suivantes :
Etape 1: Orienter les locaux pour déterminer la pointe de réfrigération. La figure 1 de
l’Annexe 2, précise pour un local donné, le nombre de murs exposés et leurs différentes
orientations.
Etape 2: Déterminer l’heure de charges de réfrigération maximales dans les locaux.
Pour ce local, les parois Nord-ouest (SO) et Sud-ouest (NO) sont ensoleillées. Les murs
exposés sont en nombre de 2 et l’orientation des locaux prend celle du n°14 correspondante
aux murs SO-NO (Tableau 3 de l’annexe 2). Les apports de chaleur les plus élevés sont
enregistres à 15h sur les deux parois, nous choisissons de faire le bilan à 15h.
On détermine les intensités du rayonnement sur les murs d’après le tableau 3 de l’annexe 2.
Page 60
Murs Rm (en W/m²)
Mur 1 (NO) 360
Mur 2 (SO) 480
Tableau3. 8:intensité de rayonnement sur les murs.
1.2.4.2. Rayonnement sur les vitres
Les vitres sont à double vitrage standard et nous lisons dans le tableau 2.3, ∝ = 0,9.
Les vitres sont protégées à l’extérieur par des persiennes en PVC et nous lisons dans le
tableau2.5, g = 0,22
On détermine l’intensité du rayonnement à 15h sur les vitres du mur M2 Sud-ouest à partir du
tableau 4 de l’annexe 2 : 325 W/m²
1.3. Déperditions
Les déperditions par rayonnement sur les vitres se calculent suivant la formule :
QRv = α × g × Av × Rv
Le tableau 3.9 illustre la valeur de ces déperditions :
Coefficient
d’absorption
α
Facteur de
réduction g
Surface de la
paroi vitrée
Rv
Vitre du
MUR M2
(Sud-ouest)
0,9 0,22 2,64 385 QRv= 201,247
Déperditions par rayonnement sur la paroi vitrée QRv= 201,247 W
Tableau3. 9:les déperditions par rayonnement sur les vitres.
On a :
QSOL = QRm + QRv
QSOL = 145,56 +201,247
Alors QSOL = 346,807 W
Page 61
 Les besoins thermiques en climatisation :
2. Calcul du bilan d’hiver
2.1. Calcul des déperditions thermiques par transmission
2.1.1. Déperditions par les parois
Le tableau 3.10 établit les différents écarts de températures selon le type de la paroi à étudier :
Parois Type de paroi Ecarts de température
Mur M1 et Mur M2 Murs extérieurs ensoleillés Ti – Te = 22 + 1 = 23°C
Mur M3 et Mur M4 Cloison en contact avec un local non
conditionné
Ti – Te = 22 – 12 = 10°C
Vitre du MUR M2 Double vitrage standard ensoleillés Ti – Te = 22 + 1 = 23°C
Porte du Mur M4 En contact avec un local non
conditionné
Ti – Te = 22 – 12 =
10°C
Plancher Au dessus de terre plein Ti – TSP = 22 – 10 =
12°C
Toiture Exposée à l’extérieur et ensoleillée Ti – Te = 22 + 1 = 23°C
Tableau3. 10:les écarts de températures sur les faces, le plancher et la toiture (Hiver).
 Calcul des déperditions des parois, illustré sur le tableau 3.11 :
Paroi U (en W/m².°C) A (en m²) Ti – Te (en °C) Q (en Watts)
Mur M1 0,59 16,31 23 221,326
Mur M2 0,59 13,91 23 188,758
Mur M3 2,4 13,44 10 322,56
Mur M4 2,4 9,95 10 238,8
Surface vitrée 2,85 2,64 23 173,052
Porte 3,4 1,98 10 67,32
Plancher 1,89 17,93 12 406,652
QCL = 2539,542 W = 2,539 kW
Page 62
Toiture 0,55 17,93 23 226,814
Déperditions par transmission à travers les parois et vitrage QP = 1845,282
Tableau3. 11:les déperditions de chaleur par transmission à travers les parois et les
vitrages (hiver).
2.1.2. Déperditions par les liaisons
QT = QP + QL
Donc QT = 1845,282 + 92,264
QT = 1937,546 W
2.2. Déperditions par renouvellement d’air
 Charge sensible
Qs = 0,34 × Dr× (Ti - Te)
Qs =0,34× 57,38/3600× [22 + 1]
Qs = 0,124 W
 Charge latente
QL = Dv × ρair × Lv × (Yi - Ye)
Les valeurs de températures et d’humidité sont recueillies dans le tableau 3.11 :
A l’intérieur du
local
A l’extérieur du local
Température (°C) 22 -1
Humidité relative (%) 50 70
Humidité absolue (kg d’eau/kg d’air) 0,0085 0,0025
Température humide (°C) 15,02 -2,69
Tableau3. 12:température et humidité à l’intérieur et à l’extérieur du local
Donc
QR = 274,444 W
 Les besoins thermiques en chauffage :
QCH = 2211,99 W = 2,211 kW
Page 63
V. Simulation sous HAP 4.9
1. Présentation de l’outil de calcul HAP
HAP désigne “ Hourly Analysis Program“ [26] est un puissant logiciel d’analyse horaire
destiné pour les ingénieurs énergétiques, les concepteurs/constructeurs, les bureaux d’études
et les professionnels de l’énergie impliqués dans le calcul de la consommation énergétique des
locaux. Son calcul respect la norme Américaine ASHRAE (American Society of Heating,
Refrigeerating and Air Conditioning Engineers). Il tient compte des conditions géographiques
et climatiques de la zone de construction ainsi que les propriétés physiques de l’enveloppe et
de plusieurs autres conditions spécifiques.
Le HAP utilise une interface graphique permettant à l’utilisateur un accès rapide et efficace
aux différents rubriques et de saisir les donnes nécessaire au calcul. Une approche modulaire
permettant de définir les composants du bâtiment et les apports internes et externes de
l’énergie, ce qui permet d’obtenir une flexibilité maximale pour la configuration des données
et de convenir à une large gamme d’applications (bâtiments résidentiels et tertiaires).
2. Données climatiques
Les données climatiques qu’il convient d’utiliser pour la simulation thermique sont par défaut
celles de la station météorologique DTTF de Gafsa correspondants à la zone géographique du
projet.
3. Interface du logiciel HAP
L’interface de démarrage du logiciel intègre une fenêtre principale présentant plusieurs
rubriques: les données météorologiques de la région, les locaux du bâtiment considéré,
l’exposition des murs et leurs compositions, la localisation et le type des fenêtres et des
portes, la composition des planchers, des toitures et des différents autres composants du
système.
On va illustrer notre étude par de différentes captures d’écrans figurant les étapes de saisie de
données ainsi que leurs dispositions, avec l’outil HAP.
Dans la fenêtre principale du programme, tout d'abord il faut créer un nouveau projet ou
ouvrir un projet existant, figure 3.11 :
Page 64
Figure 3. 11:interface d’ouverture ou de création d’un nouveau projet
Ensuite, il faut définir les différents éléments de la librairie du projet nécessaires, renfermant
les calendriers horaires ainsi que les murs extérieurs, les toitures, les fenêtres et les portes,
figure 3.12 :
Figure 3. 12:les composants du projet et la librairie.
MÉMOIRE DE MASTER EN DIAGNOSTIC DES SYSTÈMES ÉNERGÉTIQUES
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MÉMOIRE DE MASTER EN DIAGNOSTIC DES SYSTÈMES ÉNERGÉTIQUES

  • 1. République Tunisienne ****** Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique République Tunisienne Université de Gafsa ****** Institut Supérieur Des Sciences et de Technologie de l’Énergie de Gafsa MÉMOIRE DE MASTER Présenté en vue de l’obtention du Diplôme National de Master Professionnel En Sciences et Technologie de l’Énergie Spécialité : Diagnostic et Maintenance des Systèmes Énergétiques Par : Mejdi ABASSI Intitulé Étude énergétique d’un bâtiment neuf Zarrouk Gafsa Soutenu le : 31/05/2016 devant le jury composé de : Mr : Abdessalem JBARA Docteur Ingénieur en génie énergétique, Président Mr : Tawfik KOUISSI Docteur en Physiques, Examinateur Mme: Sana BANNOUR Docteur en génie énergétique, Encadreur Mr : Mounir HFIDHI Ingénieur architecte Encadreur industriel Année Universitaire : 2015/2016
  • 2. Page 2 Dédicace A mon dieu tout puissant qui m’a donné la faculté de connaître et de comprendre. Je dédie ce mémoire : A ma famille qui m’ont soutenu et m’encouragent Et à tous mes collègues et mes amis
  • 3. Page 3 Remerciements Je voudrais en ces ligne, exprimer ma reconnaissance et gratitude à : Mme Sana BANNOUR, mon encadreur académique, maitre assistant à l’ISSTEG, pour ses conseils, se critiques et ses efforts multiples, et pour son aide ; merci pour votre entière disponibilité, votre compréhension qui m’ont permis de réaliser ce travail Mr Mounir HFIDHI, mon encadreur industriel, architecte d’intérieur pour son aide, encouragement, mon profond respect. Mme Abir BEN AHMED, ingénieur conseillé en fluides pour sa disponibilité, ses explications, son aide précieuse. Je remercie également tous mes enseignants de l’ISSTEG, Je remercie Mr Abdesslem JBARA, président Je remercie Mr Tawfik KOUISSI, examinateur Ainsi que les membres de jury, qui nous ont fait l’honneur d’examiner ce travail et de le juger. Enfin je remercie toutes les personnes qui m’ont soutenu
  • 4. Page 4 SOMMAIRE INTRODUCTION GENERALE .......................................................................................... 15 Chapitre 1: MISE AU POINT BIBLIOGRAPHIQUE....................................................... 17 Introduction ....................................................................................................................................... 17 I. Bâtiment à faible consommation d’énergie............................................................................... 17 1. Bâtiments et concepts............................................................................................................ 17 2. Définition d’un bâtiment à faible consommation énergétique .............................................. 18 3. Différents types de déperditions de chaleur .......................................................................... 19 II. Caractéristiques d’un bâtiment à faible consommation............................................................. 21 1. Conception bioclimatique de l’habitat................................................................................... 21 1.1. L’emplacement et l'orientation.......................................................................................... 21 1.2. La forme du bâtiment ........................................................................................................ 23 1.3. Une forte isolation thermique............................................................................................ 23 1.3.1. L’inertie thermique........................................................................................................ 24 1.3.2. Le vitrage....................................................................................................................... 24 1.3.3. Une parfaite étanchéité.................................................................................................. 24 1.4. Chauffages......................................................................................................................... 25 1.5. L'utilisation des énergies renouvelables ............................................................................ 25 1.5.1. Energie solaire............................................................................................................... 25 1.5.2. L'énergie éolienne domestique ...................................................................................... 27 1.5.3. Géothermie .................................................................................................................... 27 2. Réglementations thermique des bâtiments ............................................................................ 27 2.1. Intérêt de la réglementation............................................................................................... 27 2.2. Réglementation française .................................................................................................. 28 2.3. La règlementation thermique des bâtiments en Tunisie (RTBT) .................................... 31 Conclusion......................................................................................................................................... 32 Chapitre 2: BILAN THERMIQUE ...................................................................................... 34 Introduction .............................................................................................................................. 34 I. Les déperditions thermiques ............................................................................................. 34 1. Définition................................................................................................................................... 34
  • 5. Page 5 2. Les bases de calcul du bilan thermique [19].............................................................................. 35 2.1. Apports externes.................................................................................................................... 35 2.1.1. Déperditions thermiques par transmission .................................................................... 35 2.1.1.1. Déperditions par les parois ........................................................................................ 35 2.1.1.2. Déperditions par les liaisons...................................................................................... 37 2.1.1.3. Les parois vitrées....................................................................................................... 37 2.1.2. Déperditions par renouvellement d’air.......................................................................... 38 2.1.2.1. Charge sensible.......................................................................................................... 39 2.1.2.2. Charge latente............................................................................................................ 39 2.1.3. Déperditions vers les espaces non chauffés................................................................... 40 2.2. Charges dues aux apports internes ........................................................................................ 41 2.2.1. Apports d’origines des occupants.................................................................................. 41 2.2.2. Apports d’éclairage ....................................................................................................... 41 2.2.3. Apports par les équipements ......................................................................................... 41 2.2.4. Charges dues au rayonnement solaire ........................................................................... 42 2.2.4.1. Rayonnement sur les murs......................................................................................... 42 2.2.4.2. Rayonnement sur les vitrages ................................................................................... 43 II. Le calcul des besoins énergétiques................................................................................ 44 1. Besoins en chauffage (Hiver).................................................................................................... 44 2. Besoins en climatisation (Eté)................................................................................................... 45 Conclusion................................................................................................................................ 45 Chapitre 3: Etude de cas........................................................................................................ 47 Introduction :............................................................................................................................ 47 I. Description générale du bâtiment ..................................................................................... 47 II. Données climatologiques et géographiques .................................................................. 49 1. Zones climatiques réglementaires ............................................................................................. 49 2. Conditions de températures et d’humidités ............................................................................... 50 3. Conditions de base de calcul du bilan ....................................................................................... 51 III. Description constructive................................................................................................ 52 1. Les murs .................................................................................................................................... 53 2. Plancher..................................................................................................................................... 54 3. Toiture ....................................................................................................................................... 54 4. Menuiserie................................................................................................................................. 55
  • 6. Page 6 IV. Calcul du bilan thermique ............................................................................................. 55 1. Calcul du bilan d’été.................................................................................................................. 55 1.1. Charges dues aux apports externes........................................................................................ 55 1.1.1. Calcul des déperditions thermiques par transmission.................................................... 55 1.1.2. Déperditions par renouvellement d’air......................................................................... 58 1.2. Charges dues aux apports internes....................................................................................... 59 1.2.1. Apports dus aux occupants ........................................................................................... 59 1.2.2. Apports par éclairage .................................................................................................... 59 1.2.3. Apport par les équipements.......................................................................................... 59 1.2.4. Apports dus aux rayonnements solaires ....................................................................... 59 1.2.4.1. Rayonnement sur les murs........................................................................................ 59 1.2.4.2. Rayonnement sur les vitres....................................................................................... 60 1.3. Déperditions .......................................................................................................................... 60 2. Calcul du bilan d’hiver.............................................................................................................. 61 2.1. Calcul des déperditions thermiques par transmission............................................................ 61 2.1.1. Déperditions par les parois ............................................................................................ 61 2.1.2. Déperditions par les liaisons.......................................................................................... 62 2.2. Déperditions par renouvellement d’air.................................................................................. 62 V. Simulation sous HAP 4.9 .............................................................................................. 63 1. Présentation de l’outil de calcul HAP ....................................................................................... 63 2. Données climatiques.................................................................................................................. 63 3. Interface du logiciel HAP.......................................................................................................... 63 3.1. Les propriétés climatologiques ......................................................................................... 65 3.2. Rubrique des espaces :....................................................................................................... 67 3.2.1. Les systèmes.................................................................................................................. 73 3.2.2. Validations des résultats de calcul pour le bilan de la chambre enfant :...................... 74 3.2.3. Résultat du bilan thermique général par HAP............................................................... 75 Conclusion................................................................................................................................ 75 Chapitre 4 : Dimensionnement des systèmes de climatisation........................................... 77 Introduction .............................................................................................................................. 77 I. Principe de fonctionnement du système VRV.................................................................. 77 II. Présentation du logiciel VRV Xpress............................................................................ 78 1. Unités intérieures....................................................................................................................... 78
  • 7. Page 7 2. Unités extérieures :.................................................................................................................... 80 3. Tuyauterie.................................................................................................................................. 81 4. Câblages .................................................................................................................................... 81 Conclusion................................................................................................................................ 82 Conclusion Générale .............................................................................................................. 83 Références bibliographiques ................................................................................................. 84 Annexe 1 .................................................................................................................................. 86 Annexe2 ................................................................................................................................... 87 Annexe 3 .................................................................................................................................. 89 Annexe 4 .................................................................................................................................. 90 Annexe 5 .................................................................................................................................. 92
  • 8. Page 8 Liste des Figures Chapitre 1 FIGURE 1. 1 :BESOINS ET COUTS D’AMELIORATIONS ENERGETIQUES................. 17 FIGURE 1. 2: EQUILIBRE ENERGETIQUE D’UN BATIMENT........................................ 18 FIGURE 1. 3: THERMOGRAPHIE D’UNE ENVELOPPE EXTERIEURE . ....................... 20 FIGURE 1. 4: POSITIONNEMENT DU RAYONNEMENT SOLAIRE .............................. 21 FIGURE 1. 5: DEVELOPPEMENT DE LA DEMANDE DE CHALEUR . .......................... 25 FIGURE 1. 6: EVOLUTION DES DIFFERENTES REGLEMENTATIONS ....................... 29 FIGURE 1. 7: EVOLUTION DES EXIGENCES REGLEMENTAIRES .............................. 30 CHAPITRE 2 FIGURE 2. 1:DIFFERENTES DEPERDITIONS DE CHALEUR [18].................................. 34 FIGURE 2. 2:VUE DE COUPE D’UNE FENETRE INSTALLEE. ....................................... 38 CHAPITRE 3 FIGURE 3. 2:PLAN DE L’HABITAT D’ETUDE................................................................. 47 FIGURE 3. 3:DIMENSIONS DE LA CHAMBRE A ENFANTS. ......................................... 48 FIGURE 3. 4;PLAN DE LA CHAMBRE A ENFANT VU PAR AUTOCAD....................... 48 FIGURE 3. 5 : ZONES CLIMATIQUES REGLEMENTAIRES DE LA TUNISIE . ............ 49 FIGURE 3. 6:LES VARIATIONS MENSUELLES DE TEMPERATURES ......................... 50 FIGURE 3. 7:LES VARIATIONS MENSUELLES DE L’HUMIDITE ................................ 51 FIGURE 3. 8:LE BATIMENT EN COURS DE CONSTRUCTION...................................... 53 FIGURE 3. 9:COMPOSITION D’UN MUR EXTERIEUR DE 35 CM. ................................ 53 FIGURE 3. 10:COUCHE D’ISOLANT LOGEE DANS LE CLOISON DU MUR. .............. 54 FIGURE 3. 11 : UNE FINE COUCHE DE PLASTIQUE ...................................................... 54 FIGURE 3. 12:INTERFACE D’OUVERTURE OU DE CREATION D’UN PROJET ......... 64 FIGURE 3. 13:LES COMPOSANTS DU PROJET ET LA LIBRAIRIE. .............................. 64 FIGURE 3. 14:CHOIX DU SYSTEME METRIQUE DE CALCUL...................................... 65 FIGURE 3. 15:LES PARAMETRES DE RELOCALISATION ............................................ 66 FIGURE 3. 16:LES TEMPERATURES SECHES ET HUMIDES DE LA REGION. ........... 66 FIGURE 3. 17:LES GAINS SOLAIRES MAXIMUMS SELON L’ORIENTATION . ......... 67 FIGURE 3. 18:RUBRIQUE DES ESPACES COMPOSANT LE BATIMENT..................... 67 FIGURE 3. 19:CREATION DE LA CHAMBRE................................................................... 68 FIGURE 3. 20:SAISIE DES CHARGES INTERNES DE LA CHAMBRE........................... 68 FIGURE 3. 21:ETABLISSEMENT DE LA NATURE DU PROGRAMME . ....................... 69 FIGURE 3. 22:ETABLISSEMENT DU CALENDRIER DE FONCTIONNEMENT............ 69 FIGURE 3. 23:SAISIE DES DONNEES DES MURS EXTERIEURS .................................. 70 FIGURE 3. 24:COMPOSITION D’UN MUR EXTERIEUR.................................................. 70 FIGURE 3. 25:INTERFACE DES ESPACES VITRES.......................................................... 71 FIGURE 3. 26:EXPOSITION DES TOITURES ET SURFACES.......................................... 71
  • 9. Page 9 FIGURE 3. 27:COMPOSITION DE LA TOITURE. .............................................................. 72 FIGURE 3. 28:DONNEES DU DEBIT D’INFILTRATION D’AIR...................................... 72 FIGURE 3. 29:LES DONNEES DES MURS (CLOISONS) INTERIEURS. ......................... 73 FIGURE 3. 30: CHOIX DU SYSTEME DE VENTILATION. .............................................. 73 CHAPITRE 4 FIGURE 4. 1:INTERFACE PRINCIPALE DE L’OUTIL VRV XPRESS............................. 78 FIGURE 4. 2:LES CARACTERISTIQUES DE L’UNITE INTERIEURE ............................ 79 FIGURE 4. 3:CHOIX DES UNITES EXTERIEURES........................................................... 80 FIGURE 4. 4:SCHEMAS DE TUYAUTERIE DU SYST DECLIMATISATION................. 81 FIGURE 4. 5:SCHEMAS DE CABLAGE. ............................................................................. 81
  • 10. Page 10 Liste des Tableaux Chapitre 2 TABLEAU 2. 2 : VALEUR MOYENNE DES ECHANGES THERMIQUES ..................... 37 TABLEAU 2. 3:LES COEFFICIENTS DE TRANSMISSION THERMIQUE ..................... 38 TABLEAU 2. 4:COEFFICIENT D’ABSORPTION Α POUR MURS, TOITS ..................... 43 TABLEAU 2. 5:FACTEUR DE RAYONNEMENT SOLAIRE [21]. .................................... 43 TABLEAU 2. 6;FACTEUR DE REDUCTION G POUR FENETRE PROTEGEES ............ 44 Chapitre 3 TABLEAU3. 1:CONDITIONS DE BASE DE CALCUL DU BILAN THERMIQUE ......... 51 TABLEAU3. 2:LES COEFFICIENTS DE TRANSMISSION THERMIQUES..................... 52 TABLEAU3. 3 : COMPOSITION DE LA TOITURE [25]. ................................................... 55 TABLEAU3. 4:LES AIRES DES SURFACES DES DIFFERENTES PAROIS.................... 56 TABLEAU3. 5:LES ECARTS DE TEMPERATURES SUR LES FACE.............................. 57 TABLEAU3. 6:LES DEPERDITIONS DE CHALEUR PAR TRANSMISSION ................. 57 TABLEAU3. 7:CARACTERISTIQUES PHYSIQUES DU MILIEU INTER ET EXT .................................................................................................................................. 58 TABLEAU3. 8:INTENSITE DE RAYONNEMENT SUR LES MURS. ............................... 60 TABLEAU3. 9:LES DEPERDITIONS PAR RAYONNEMENT SUR LES VITRES........... 60 TABLEAU3. 10:LES ECARTS DE TEMPERATURES SUR LES FACES.......................... 61 TABLEAU3. 11:LES DEPERDITIONS DE CHALEUR PAR TRANSMISSION ............... 62 TABLEAU3. 12:TEMPERATURE ET HUMIDITE ............................................................. 62 TABLEAU3. 13:LES DEPERDITIONS DE CLIMATISATION DE LA CHAMBRE ......... 74 TABLEAU3. 14:BILAN THERMIQUE DE LA CHAMBRE A ENFANT. .......................... 74 TABLEAU3. 15:BILAN THERMIQUE TOTAL DE LA MAISON...................................... 75 CHAPITRE 4 TABLEAU 4. 1:PUISSANCE NECESSAIRE POUR CHAQUE LOCAL ............................ 79 TABLEAU 4. 2: PUISSANCE NECESSAIRE POUR LES UNITES EXTERIEURE. ......... 81 TABLEAU 4. 3: NIVEAU SONORE PONDERE POUR CHAQUE UNITE INTER ........... 82
  • 11. Page 11 Nomenclature Variable Désignation Unité Sp1 Température de surface du point 1 °C Sp2 Température de surface du point 2 °C V Volume d’air m3 A Aire de surface M2 λ Conductivité thermique W/m.k PV photovoltaïque WC Watt crête ou puissance maximale K Coefficient d’isolation global W/m²K Te Température du milieu extérieur °C Ti Température du milieu intérieur °C QL Déperdition linéique W QP Déperdition par les parois W QT Déperdition de transmission W U Coefficient de transmission surfacique W/m²K A Aire de surface m² Rg Resistance thermique globale m²k/W 1/hi Resistance thermique superficielle des échanges intérieurs m²k/W 1/he Resistance thermique superficielle des échanges extérieurs m²k/W e épaisseur m Ψ Coefficient de transmission linéique W/m.k L Longueur de la liaison m Ac Aire de surface de verre m² Am Aire de surface de menuiserie m² Uw Coefficient de transmission des vitrages W/m²K Qs Charge en chaleur sensible W
  • 12. Page 12 Dr Débit volumique de renouvellement d’air m3 /h ρair Masse volumique de l’air kg/m3 Cpair capacité thermique massique de l’air J/Kg.K QL charge en chaleur latente W Dv débit volumique de ventilation m3 /h Lv chaleur latente de vaporisation à la température de l’air J/Kg YI humidité absolues intérieure Kg d’eau/kg d’air sec YE humidité absolues extérieure Kg d’eau/kg d’air sec QR charge totale par renouvellement d’air W Q𝐥𝐧𝐜 Déperditions vers les espaces non chauffés W τ coefficient de réduction de température - TN température du local non chauffé °C QOCC Gain de chaleur par occupant W Np nombre d’occupants Ms gain par chaleur sensible par personne W Ml gain par chaleur latente par personne W Q équ gain par chaleur des équipements W n nombre d’appareil Ps gain par chaleur sensible de l’appareil W Pl gain par chaleur latente de l’appareil W QRm quantité de chaleur traversant le mur α coefficient d’absorption de la paroi F coefficient de rayonnement
  • 13. Page 13 solaire Am surface de la paroi m² Rv rayonnement solaire absorbé sur la surface du mur W/m² QRv quantité de chaleur traversant le vitrage W g facteur de réduction Av surface vitrée m² QSOL quantité de chaleur solaire W QG Apports de chaleur globale W QCH Déperdition de chauffage W QCL Déperditions de refroidissement W TSP Température de sous plancher °C M mur AM Aire du mur m² Aplancher Aire du plancher m² Atoiture Aire de toiture m² ΔT Ecart de température °C φ densité d’éclairage W/m² Rq PF Puissance Frigorifique totale requise W Rv TC Puissance Froid révisée W PF Puissance Frigorifique totale maximale W Rq PS Puissance Frigorifique sensible requise W PS Puissance Frigorifique sensible maximale W T° Chaud Température intérieure en chauffage d °C Rq PC Puissance calorifique requise W PC Puissance Calorifique maximale W BECTh besoins énergétiques annuels du bâtiment liés au confort thermique kWh/m2 .an BECh Besoins énergétiques annuels pour le chauffage kWh/an BERef Besoins énergétiques annuels kWh/an
  • 14. Page 14 pour le refroidissement STC Surface totale conditionnée m² Tch température intérieure de base de chauffage °C Tref température intérieure de base de refroidissement °C Abréviations Variable Désignation HAP Hourly Analysis Program VIR Vitrage à isolation renforcée STEG Société Tunisienne d’Electricité et de Gaz CO2 Dioxyde de carbone EEB Efficacité énergétique des bâtiments WBCSD World business Council for Substainable Développent RT réglementation thermique BBC Bâtiment à basse consommation Bépos bâtiments à énergie positive Bbio Indice de conception bioclimatique Tic Indice de température intérieure conventionnelle Cep Indice de consommation en énergie primaire RTBT Règlementation Thermique des Bâtiments en Tunisie ASHRAE American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers ANME Agence Nationale de la Maitrise d’Energie ZT Zone territoriale INM Institut National de Météorologie DTTF Aéroport international de Gafsa- Ksar VRV Volume de Réfrigérant Variable
  • 15. Page 15 INTRODUCTION GENERALE L’un des défis majeurs de notre siècle est celui du développement durable. Aujourd’hui, notre planète doit affronter une grande crise écologique et une diminution des ressources naturelles. Il s’avère une nécessité primordiale de lutter contre le saccage de la nature et faire économiser les ressources et d’assurer un développement économique durable en produisant et en consommant autrement. Le confort et le bien-être des occupants se révèlent être au cœur des préoccupations des professionnels du bâtiment. En effet, surveiller le confort et le bien être des occupants favorise l’efficacité de chacun dans son travail mais nous permet aussi d’effectuer des économies d’énergies. Les usages considèrent que le confort est un élément essentiel de leur vie, que ce soit chez eux, dans leur lieu de travail ou en dehors. Ce besoin de confort accru apparait donc comme une évolution irréversible et avec la multiplication des appareillages qui consomment l’énergie. Ces faits obligent les concepteurs à consacrer plus d’attention à l’énergétique des bâtiments, à étudier les dispositions et les phénomènes des équipements, leur utilisation réelle et à intégrer cette préoccupation dans la conception des bâtiments. L’étude du projet se fera en quatre parties, dans le premier chapitre on s’intéresse à la mise au point bibliographique sur la conception d’un bâtiment à faible consommation d’énergie ainsi qu’aux différentes réglementations thermiques. Le deuxième chapitre sera consacré au dressage du bilan thermique du bâtiment dont on déterminera les notions de base pour le calcul des déperditions de climatisation et de chauffage. La troisième partie sera déduite par un calcul théorique d’une zone de la construction (une seule chambre) dont on comparera ensuite les résultats avec ceux trouvés, à l’aide du logiciel HAP, à savoir comme une forte preuve de crédibilité à montrer pour l’étude thermique de l’ensemble du bâtiment en cours de naissance. Le dernier chapitre envisagera un dimensionnement du système de climatisation en choisissant le meilleur de point de vue qualité et rendement. Enfin cette étude sera clôturée par une conclusion générale présentant les principaux résultats de ce projet.
  • 16. Page 16 Chapitre 1 : MISE AU POINT BIBLIOGRAPHIQUE
  • 17. Page 17 Chapitre 1: MISE AU POINT BIBLIOGRAPHIQUE Introduction L’exigence pour le développement économique dans le monde entier est immédiate et l’efficacité énergétique est devenue l’un des grands enjeux de notre époque, dont le secteur des bâtiments en est l’une des composantes majeures. En Tunisie, la consommation énergétique dans le secteur du bâtiment passe successivement de la 3ème position, après les secteurs industriel et du transport, à la première position à l’horizon 2020 [1]. Cette tendance est due à une augmentation des besoins de chauffages et de climatisations expliquée par une croissance annuelle d’environ 30% de la consommation d’électricité des ménages en matière de climatisation, et avec une puissance de pointe en été [1]. Dans ce cadre, on va s’intéresser, tout d‘abord, aux bâtiments de faible consommation en énergie dont on présentera leurs différentes caractéristiques. Ensuite, on va présenter la réglementation thermique 2012 à travers l’énumération des ces exigences. I. Bâtiment à faible consommation d’énergie 1. Bâtiments et concepts La construction d’un bâtiment optimisé sur le plan énergétique engendre un faible coût lié aux besoins de l’énergie, figure1.1. De plus, la quantité d’énergie à prévoir pour la climatisation, le chauffage et l’eau chaude est déterminée dés les premières étapes du projet. Un premier entretien avec l’architecte, en ce qui concerne l’énergie, doit être effectué pour aborder les points importants de la conception à la réalisation. Figure 1. 1 :Besoins et coûts d’améliorations énergétiques.
  • 18. Page 18 Un bâtiment peut être considéré comme une boite artificielle qui protège ce qu’elle abrite des conditions climatiques comme les températures extérieures, le vent, la pluie et le soleil. Le confort intérieur dépend en grande partie de deux facteurs : - La température intérieure - L’humidité Il est évident qu’une pièce de température élevée et d’un fort taux d’humidité est moins confortable. Les parois extérieures du bâtiment constituent l’enveloppe, fonctionnant comme un échangeur avec les conditions climatiques externes et emmagasinant de la chaleur en cas d’exposition au rayonnement solaire et dégageant de la chaleur vers l’extérieur en raison de la ventilation ou d’une faible isolation de l’enveloppe. L’enveloppe procède à protéger le bâtiment et permet de maintenir un équilibre thermique entre les apports d’énergies et les pertes de chaleur, figure1.2. Figure 1. 02: Equilibre énergétique d’un bâtiment. 2. Définition d’un bâtiment à faible consommation énergétique Le bâtiment à faible consommation d’énergie est un concept moderne qui résulte des études d’améliorations successives de la performance énergétique des bâtiments. En comparaison avec les bâtiments non isolés ou classiques, on parle d’une consommation réduite concernant la logique future de construction de nouvelles générations de bâtiments. Le bâtiment à faible consommation d’énergie est moins énergivore qu’un bâtiment existant, ce qui présente un écart technologique de consommation qui nécessite un effort de
  • 19. Page 19 développement de l’efficacité énergétique du bâtiment (orientation, isolation, ventilation et système de climatisation) Ce sont des bâtiments éco-énergétiques qui renferment une enveloppe bien isolée et avec un système de climatisation et de chauffage efficace et nécessite donc moins d’énergie. La construction d’une maison à faible énergie demande une consommation réduite en énergie primaire, établie dans le cadre de la Réglementation thermique [2]. La conception d’un bâtiment de bonnes performances énergétiques suppose deux grands axes :  Diminuer les pertes thermiques  Augmenter les gains solaires Et plus précisément, les points-clé de l’habitat pour minimiser les besoins énergétiques sont :  Une conception bioclimatique  Le renforcement de l’Isolation thermique  Une bonne étanchéité à l’air  Bonne performance des équipements techniques  Faire appel aux énergies renouvelables Ces fondements se traduisent en termes de projet par une réflexion au niveau de la localisation, l’exposition du bâtiment et du choix des surfaces vitrées, tout comme des choix techniques (isolation, équipements, etc.) 3. Différents types de déperditions de chaleur Les Bâtiments perdent de la chaleur vers l'environnement par une combinaison de fuites d'air et de la conduction thermique à travers l'enveloppe du bâtiment, Les pertes conductives à travers la structure du bâtiment peuvent être divisées en deux catégories:  Des pertes surfaciques ou localisées Ce sont les pertes de chaleur à travers les principaux éléments de la structure du bâtiment (toiture, murs, fenêtres et plancher).  Des pertes de chaleur de pont thermique Un pont thermique est une zone ponctuelle ou linéaire qui se localise dans l’enveloppe d’un bâtiment et présentant une variation de la résistance thermique. Il s’agit d’un point de la construction où la barrière (enveloppe) isolante est rompue. Ce sont des faiblesses au sein de la structure d'un bâtiment où la chaleur et / ou de froid est transféré à un taux sensiblement
  • 20. Page 20 plus élevé que dans la zone de l'enveloppe environnante. Ce sont les pertes de chaleur à travers les vitrages, les jonctions et les éléments de structure constituant l’enveloppe, figure1.2. La figure1.3 montre une photographie spéciale (photo en infrarouge) prise grâce à une caméra thermographique présentant les caractéristiques thermiques du bâtiment. Les zones les plus claires (jaunâtre) étant les parties de l’enveloppe les plus chaudes et les zones les plus foncées (en rouge/bleu) montrant celles les plus froides. Cela permet d’identifier les zones les plus clairs de l’enveloppe indiquant les fuites de chaleurs sous forme de pertes. Sur cette image, le point du mur Sp2 correspondant à la zone de charpente du plancher porte une coloration jaune- orangée indiquant une température d’environ 6,5°C sur l’échelle des températures à droite de la figure, alors qu’elle n’atteint que 1°C dans la zone Sp1 du mur (coloration bleuâtre). La chaleur s’échappe de la charpente du plancher et par les cadres des fenêtres en raison des ponts thermiques existants. Figure 1. 3: Thermographie d’une enveloppe extérieure d’un bâtiment. Dans la pratique, ces effets de différentes pertes se combinent souvent. Un exemple classique est celui de la dalle de balcon, où les problèmes se produisent si la connexion des dalles n’est pas sérieusement prise en considération. Les balcons et bords des dalles exposées sont considérés comme les plus critiques ponts thermiques dans l'enveloppe du bâtiment. Le phénomène de pont thermique n’est pas curable complètement et existera toujours, il s'agit alors de chercher à le limiter en améliorant la conception du bâtiment.
  • 21. Page 21 C’est la raison pour laquelle dans ces types de bâtiments, il est important d’avoir de très fortes résistances thermiques pour les parois et de s’assurer absolument d’avoir de faibles pertes de chaleur par les jonctions (en unissant par exemple, la couche isolante de l’enveloppe entre les murs et la toiture). II. Caractéristiques d’un bâtiment à faible consommation 1. Conception bioclimatique de l’habitat L’architecture bioclimatique, un rendement énergétique élevé, est celui qui vise à atteindre un niveau élevé de confort thermique en adaptant la conception, la géométrie, l’orientation et la construction des bâtiments aux conditions climatiques de leur environnement. Ceci est dû à une architecture adaptée à l’environnement, sensible à l’impact causé par la nature, et tente de minimiser la consommation d’énergie et, avec elle, la pollution de l’environnement. Cette conception se base sur les systèmes de collecte solaire passifs, des galeries contrôlées par les systèmes de ventilation, les régulateurs de la température et de l’humidité. La bio-construction cherche à minimiser autant que possible les émissions de gazes pour aider à créer un développement durable qui ne détruit pas la planète. 1.1. L’emplacement et l'orientation Il faut penser à la façon dont le soleil se déplace à travers la journée et toute l'année quand on commence à concevoir notre plan. L’implantation sélective, l’ombrage, et la stratégie de construction permettent d’économiser de l'argent sur les factures de chauffage et d'éclairage. En outre, une maison avec beaucoup de lumière naturelle est plus agréable d'être dedans. La Conception du plancher doit prévoir utiliser le soleil toute la journée. Il faut imaginer une maison comme quatre quadrants distincts, chacun avec son propre potentiel de la lumière du jour et de la chaleur libre, en fonction de la position du soleil pendant la journée, figure1.4. Figure 1. 4: Positionnement du rayonnement solaire en été et en hiver.
  • 22. Page 22  L’exposition Est Le soleil du matin est dominant dans les chambres orientées à l'est. La localisation de la salle à manger ou le coin du petit-déjeuner et la cuisine auront le plus de potentiel de lumière au début de la journée. Il est également un bon endroit pour un plancher dense qui peut absorber une partie de la chaleur solaire pour la journée.  L’exposition Sud Est souvent la plus intéressante pour respecter le confort d’été et récupérer les apports solaires gratuits l’hiver. La lumière du soleil est la plus forte sur le mur sud. Ceci est le quadrant droit pour le salon et les autres espaces qui seront utilisés tout au long de la journée. Pour le gain de chaleur, des chambres avec des fenêtres orientées vers le sud sont un bon choix pour les matériaux denses comme la pierre, la brique ou le béton. L’orientation vers le Sud est également favorable aux systèmes à énergie solaire (capteurs solaires thermiques pour le chauffage et l’eau chaude, panneaux photovoltaïques pour la production d’électricité). En été, le soleil arrive verticalement et n'entrera pas dans la maison, dont les baies peuvent être protégées par une avancée (balcon ou brise-soleil par exemple) ou des stores à lamelles orientables.  L’exposition Ouest Tôt, la lumière du soir de l'ouest est à un angle faible. Parce que le soleil est si bas dans le ciel, les fenêtres orientées vers l'ouest obtiennent la lumière directe du soleil flamboyant à travers eux. Cela rend les chambres orientées à l'ouest un mauvais choix pour les salles de télévision parce que la lumière forte rend les écrans plus difficiles à voir. Dans les régions froides, ceci est la dernière chance de la journée pour profiter du soleil; Dans les régions chaudes, les arbres du coté ouest protègent les chambres par création d’ombre et laissent passer les rayons solaires [3].  L'exposition Nord Est la partie la plus froide. Les chambres du Nord ont la lumière moins naturelle. Ils ont également le plus grand potentiel pour la perte de chaleur par les fenêtres. Ceci est un bon endroit pour les salles de bains, les entrées, et d'autres pièces où la lumière naturelle n’est pas aussi importante. Cela dit, les peintres et les artisans pourraient apprécier généreusement les fenêtres orientées vers le nord en raison de la qualité de la lumière.
  • 23. Page 23 1.2. La forme du bâtiment La forme d’une maison à faible énergie doit être simple et compacte. Elle devrait suivre la règle que la zone de l'enveloppe du bâtiment doit être aussi faible que possible. Une forme compacte n'a que deux avantages:  Elle coûte moins chère à construire car elle nécessite moins de matériaux et surtout, moins de main d'œuvre.  Elle est facile et économe à chauffer : L’équipement de chauffage est bien sûr placé au centre de l'habitation pour une diffusion optimale. Théoriquement, un bâtiment idéal aurait la forme d'une sphère comme tous les objets ayant un volume déterminé, la sphère est celle qui a la surface la plus petite. Dans la réalité, la construction d'une maison en forme de sphère est ni pratique ni possible. Néanmoins, le bâtiment doit encore être aussi compact que possible. Pour vérifier l'optimalité d'une certaine forme de maison, on calcule le ratio volume-aire (V/A) : le taux entre le volume chauffé (V) et la mesure de la surface de la maison (A). Les maisons dont les ratios plus élevés sont plus économes en énergie. Les formes de construction plus efficaces énergétiquement dans la plupart des cas impliquent également des dépenses de construction inférieures, car il y a moins de mur / toit / fondation pour le même espace [4]. 1.3. Une forte isolation thermique L'isolation thermique est utile, il aide à propos de réduire les coûts de chauffage et améliore le confort et contribue à l'augmentation de la valeur du bâtiment. Cette isolation va permettre d’éviter tout les dégâts structurels qui peuvent se produire lorsque les composants de l’enveloppe d'un bâtiment sont humidifiés. Une bonne isolation thermique contribue à faire augmenter la température de surface du côté de la chambre et réduire ainsi la possibilité que de l'eau se condense le long des parois extérieures. En outre, les ponts thermiques (Défauts structurels tels que des fissures, des fuites ou les corps insuffisamment isolé) seront évités. Un pare-vapeur peut être utilisé contre le mur pour empêcher la pénétration de l’humidité à partir des locaux du bâtiment. Le pouvoir isolant d'un matériau provient de l'air qu'il emprisonne. Il existe un grand nombre de matériaux dont les capacités de transferts thermiques sont variables [5].
  • 24. Page 24 1.3.1. L’inertie thermique L’inertie thermique sera conditionnée principalement par une propriété dite la capacité thermique. Cette capacité thermique exprime la faculté d’un matériau à absorber et à stocker de l’énergie. L’inertie thermique d’un bâtiment sera jugée par la masse du matériau mis en œuvre. Cependant, l’emploi de matériaux lourds à forte capacité thermique contribue efficacement à stabiliser les températures à l’intérieur des bâtiments. En été, plus l’inertie thermique de l’habitation augmente, plus les variations de température de jour et de nuit sont faibles. Elle permet donc de lisser les températures extrêmes [6] 1.3.2. Le vitrage Depuis longtemps le simple vitrage est utilisé pour protéger nos habitations de la chaleur et du froid, mais il protège très faiblement. Le double vitrage à isolation renforcée (VIR) à un pouvoir isolant deux à trois fois supérieur à celui d’un double vitrage classique, et plus de quatre fois supérieur à celui d’un simple vitrage. Le triple vitrage est constitué de trois verres et disposant de deux couches faiblement émissives déposées du côté interne des lames d’air. Le coefficient de transmission thermique est excellent, de l’ordre de 0,6 à 0,8 W/m2 .K (contre 1,1 à 1,2 environ pour les VIR), donc un coefficient faible traduit une isolation performante [7]. Aujourd’hui le simple vitrage à atteint ses limites, les dernières réglementations thermiques, les progrès technologiques et les préoccupations environnementales l’ont placé pour isolation inadaptée. Ce type de fenêtre, cependant, ne répond plus aux exigences en matière d'isolation thermique et phonique et ne sera plus approuvé pour les bâtiments neufs. Dans les nouvelles constructions, le double vitrage est devenu la norme. 1.3.3. Une parfaite étanchéité Un bâtiment étanche à l’air augmente le confort de l’utilisateur et empêche les dommages structurels (moule). La nécessité d'une enveloppe étanche du bâtiment est souvent sous estimée, car il est supposé que les murs doivent "respirer", par conséquent, ils devraient être en quelque sorte perméable à l’air. Un bâtiment étanche à l’air peut avoir naturellement des petites « fuites » qui cependant, doivent êtres maintenues dans un certain cadre.
  • 25. Page 25 En pratique, le problème ne réside pas dans le fait que les bâtiments sont étanches à l’air, mais plutôt qu'ils ne sont pas suffisamment étanche à l’air et donc involontairement on assiste à des pertes d'énergie élevés et représentent un risque accru de dommages structurels. 1.4. Chauffages Différentes technologies de chauffage entrent en question. L’optimisation des coûts de chauffage peut être loin de l'optimisation de la demande de chaleur nécessaire à la maison. A cet effet, par exemple, certains appareils de chauffage avec des carburants sont considérés comme faibles en termes de coûts de chauffage. Avec une enveloppe performante et étanche à l’air, les besoins en chauffages sont très réduits. Le développement des moyens d’isolations et des matériaux de constructions ne cesse de faire diminuer les exigences en chauffage. Des études sont faites dans une commune en Allemagne montrent un abaissement des besoins en chauffage d’une façon constante durant la période 1950 à 2010. La demande en chaleur est mesurée en kWh/m². La figure1.5 montre qu’en 2010, les besoins en chauffages sont aux alentours de 85 kWh. Figure 1. 05: Développement de la demande de chaleur spécifique (région d’Allemagne) [8]. Ainsi la puissance des générateurs de chaleur tels que les chaudières sera réduite ce qui nécessite un équipement bien dimensionnés et le recours aux sources d’énergies renouvelables. 1.5. L'utilisation des énergies renouvelables 1.5.1. Energie solaire Elle est ancienne, mais moderne depuis un certain temps que jamais : le soleil. L'étoile centrale est non seulement la base de la vie sur terre, mais également un élément clé de l'approvisionnement en énergie renouvelable. Dans le conduit de la révolution énergétique, les
  • 26. Page 26 possibilités de l'utilisation de l'énergie solaire sont à nouveau poussées vers le centre de l'attention du public. Contrairement aux combustibles fossiles, l'énergie solaire est disponible pratiquement dans l'étendue illimitée, du climat neutre et gratuit. La Tunisie dispose des atouts lui permettant de se cibler vers l’industrie des équipements pour l'exploitation de l'énergie solaire. Trois systèmes peuvent êtres mises en jeu: le photovoltaïque (PV), le solaire thermique et la photothermie. Le photovoltaïque est la conversion de la lumière du soleil en électricité. Cela se produit grâce à l'effet photoélectrique. En Tunisie, l'énergie solaire présente des atouts avantageux pour la production de l'électricité. Avec une utilisation optimale des technologies développées, il est possible, en effet, de produire de l'électricité et contribuer à renforcer l'offre pour satisfaire une demande accrue. La technologie photovoltaïque est encore trop coûteuse pour être totalement compétitive face aux énergies fossiles. Les prix d’investissement en Tunisie ont abaissé de 27% durant la période de 2010 à 2013 et le coût d’installation reste encore plus cher d’environ 40% par rapport au coût en Europe estimé par watt crête (Wc) [9]. Des moyens thermiques d'énergie solaire qui convertissent l'énergie solaire en chaleur, qui chauffe l'eau de chauffage ou l’eau chaude sanitaire. Les panneaux solaires montés sur le toit, sur la façade ou sur terre remplacent des modules de la photovoltaïque. Le système doit être orienté de telle sorte qu'il recueille autant de rayons de soleil dans les meilleures conditions. La qualité des panneaux ou modules joue un rôle crucial pour le rendement du système. Le troisième système, la photothermie, combine les principes de l’énergie photovoltaïque et solaire thermique. Les systèmes associés sont également appelés «collecteurs hybrides». L'avantage est certainement le fait que l'intéressé n'a pas le choix de décider pour le manque d'espace pour un seul système. Il est de même, si cela paraît paradoxal, possible de réaliser des systèmes de refroidissement avec de la chaleur solaire. Par chance, notre pays se trouve dans une zone très avantageuse en termes de rayonnement car la Tunisie est l'une des régions du monde où sont enregistrées les valeurs les plus élevées du rayonnement direct du soleil. De plus, les conditions climatiques sont favorables en termes de température, d'humidité et de vent qui sont meilleures en Tunisie que dans d'autres pays. Cela permet l'exploitation de l'énergie solaire à moindre coût.
  • 27. Page 27 1.5.2. L'énergie éolienne domestique Les petites éoliennes portent un grand intérêt pour les propriétaires voulant faire une indépendance en énergie électrique. Ils peuvent offrir la possibilité de produire de l’électricité en les installant sur le toit ou dans le jardin. L'énergie éolienne produite peut être utilisée dans leur propre ménage et réduit ainsi la facture d'électricité. Le surplus d’énergie peut être injecté dans le réseau public et de recevoir en contrepartie selon la Loi sur les énergies renouvelables, une compensation par la société STEG. Les petites éoliennes ont souvent une puissance supérieure à 5 kW correspondante à une maison de famille et atteignent une altitude d’installation allant jusqu'à 25 mètres. Plus la vitesse moyenne du vent est élevée plus l'investissement est élevé. Avec une forte auto- consommation de l'énergie éolienne propre et dans les bonnes conditions de vent, la petite éolienne est beaucoup plus rentable [10]. 1.5.3. Géothermie L'énergie géothermique est une forme d'énergie relativement peu utilisée, mais cette forme d'énergie pourrait aider dans le monde entier pour réduire les émissions de CO2 et de réduire notre consommation de combustibles fossiles. Il est une forme extrêmement durable de l'énergie, qui est constamment réapprovisionné à partir du noyau de la terre. La chaleur géothermique est la chaleur qui est présente à l’intérieur de la terre. Formée de 70% de la chaleur produite par la désintégration radioactives des atomes instables de la matière. 2. Réglementations thermique des bâtiments 2.1. Intérêt de la réglementation Le rapport international du projet de recherche sur l’efficacité énergétique dans les bâtiments (EEB), élaboré par le conseil mondial des entreprises pour le développement durable WBCSD (World Business Council for Substainable Development) et organisé à Genève en 2009, révèle que la consommation d’énergie dans les bâtiments peut être réduite de 60% d’ici à 2050 [11]. Ce rapport préconise l’adoption de codes de construction stricts (réglementations thermiques) et la mise en place des labels de qualité énergétiques. Donc l’intérêt global des la réglementation thermique est : Limiter la consommation globale d’énergie des bâtiments: l’économie d’énergie s’appuie sur deux aspects :
  • 28. Page 28 Un aspect environnemental : limiter la consommation permet de lutter contre l’effet de serre (réchauffement de l’atmosphère) et de préserver les ressources énergétiques. Un aspect social : réduire la facture payée par les occupants. Exiger des résultats de performances énergétiques des bâtiments par différents méthodes en laissant le choix au concepteur (architecte, ingénieur en fluide et énergétique, expert en énergétique,..). Amélioration des performances énergétiques par la progression et l’évolution des textes réglementaires adoptés. 2.2. Réglementation française 2.2.1. Présentation Suite au premier choc pétrolier de 1973, une nécessité de réflexion sur la maitrise de l’énergie s’est imposée en France. Une première mesure de réglementation thermique (RT) marquant le début de la politique énergétique s’était instauré en 1974 et concernant les bâtiments neufs destinés à l’habitation et imposant une isolation des parois extérieures de l’enveloppe et une régulation des systèmes de chauffage. Il s’agit alors d’une stratégie permettant de réduire la facture énergétique. Cette réglementation compte la première d’une série de réglementations : RT 1976, RT 1982, RT 1988, RT 2000, RT 2005, RT 2012 et la RT 2020 (prévision). Le champ d’application de ces réglementations couvre progressivement tous les bâtiments neufs et existants et qui intégrera une réflexion de maitrise de plus en plus globale. A partir de la RT 2005, ces réglementations fixent la performance énergétique minimale à respecter pour les bâtiments neufs et existants sur les besoins de chauffages, de climatisation, de ventilation, de production d’eau chaude sanitaire, d’éclairage et d’intégration des énergies renouvelables [12]. Ainsi, de 1974 à 2013, l'amélioration de la performance énergétique des bâtiments et des systèmes ont permis de réduire de manière importante la consommation énergétique. Selon la figure1.6 la consommation énergétique passe de 470 kWhep/m2 /an (équivalant à une classe G) à 50 kWhep/m2 /an (équivalant à une classe A). La RT 1974 instaure le coefficient G comme « déperditions globales » d’un logement, et s’agissant de l’isolation des parois, aucune exigence n’a été formulée concernant le coefficient d’isolation global « K ». Son instauration et le mode de calcul n’a été finalisé qu’en 1977 et à subit une dizaine de modifications jusqu’au milieu des années 2000.
  • 29. Page 29 Figure 1. 6: Evolution des différentes Règlementations Thermiques [13]. La réglementation thermique en vigueur est la RT2012, elle impose pour toute construction neuve une réduction par 3 de la consommation moyenne par rapport à la RT 2005, figure1.7. Elle exprime des exigences en énergie primaire et fixe le plafond de 50 kWh/m²/an comme valeur moyenne du label BBC. Cette consommation est modulée en fonction de plusieurs paramètres :  La situation géographique (zone climatique)  L’altitude de situation du bâtiment  La surface moyenne du bâtiment isolé ou accolé  Les émissions de CO2 pour les énergies renouvelables. Les bâtiments à énergie positive (Bépos) seront la norme à partir de 2020. Quant aux bâtiments existants, les nouvelles règles imposent de réaliser leur rénovation avec des objectifs de diminution des consommations énergétiques.
  • 30. Page 30 Figure 1. 7: Evolution des exigences réglementaires de consommation énergétique des bâtiments neufs [14]. 2.2.2. La réglementation thermique RT2012 [15] La RT2012 est une réglementation performante basée sur trois indicateurs qui expriment des exigences de résultats relatives à la performance du bâtiment : Exigence relative à l’indice « Bbio » qui caractérise l’impact de la conception bioclimatique sur la performance énergétique du bâtiment. Le Bbio doit être inferieur à une valeur maximale « Bbio max ». Bbio ≤ Bbio max Exigence relative à l’indice « Tic » qui caractérise la température intérieure conventionnelle du bâtiment. C’est une exigence relative au confort d’été. Le « Tic » du bâtiment doit être inferieur à une valeur de référence Tic ≤ Tic ref Exigence relative à l’indice « Cep » caractérisant la consommation du bâti en énergie primaire. Cet indice doit être inferieur à une consommation conventionnelle maximale.
  • 31. Page 31 2.3. La règlementation thermique des bâtiments en Tunisie (RTBT) C’est depuis les années 2000 que la Tunisie bénéficiait d’une situation énergétique défavorable caractérisée par une balance déficitaire et depuis, le pays devient un grand importateur d’énergie devant le déclin net de la productivité en hydrocarbures et la demande nationale accrue. Le gouvernement tunisien à mis en place une stratégie nationale de maitrise de l’énergie dans le secteur du bâtiment. Cette stratégie à été développée selon une approche globale visant l’amélioration aussi bien de la qualité thermique de l’enveloppe du bâtiment que des performances énergétiques de ses installations techniques. Cette approche vise à faire évoluer, progressivement, le marché de la construction des bâtiments vers des pratiques de plus en plus efficaces en énergie, et ce, à travers des mesures réglementaires (obligatoires ou volontaires) souvent accompagnées par des mesures incitatives. La Réglementation Thermique des Bâtiments en Tunisie (RTBT) représente l’une de ces mesures. Le secteur des bâtiments est un grand consommateur d’énergie, il utilise près de 30% de la consommation nationale et devrait voir ses besoins continuer à augmenter jusqu’en 2030 [16]. Il serait alors le premier consommateur national d’énergie. Depuis quelques années, ce secteur bénéficie d’un dispositif réglementaire et incitatif visant à réduire la consommation d’énergie par la conception de bâtiments plus éco-énergétiques grâce à une architecture adaptée et l’utilisation de matériaux et de techniques de construction énergétiquement efficaces. La réglementation thermique en Tunisie est un projet piloté par le Ministère de l'équipement, de l'habitat et de l'aménagement du territoire, le conseil de l’ordre des architectes, des associations promoteurs immobiliers et d’autres organismes. Les règlements de construction sont des textes réglementaires qui visent à assurer que les politiques énoncées dans la législation pertinente, sont effectuées. L’approbation des règlements de construction est nécessaire pour la plupart des travaux de construction en Tunisie. Ces réglementations visent à limiter les besoins du bâtiment en chauffage et refroidissement. La Loi n°2004-72 du 2 août 2004, relative à la maîtrise de l’énergie, stipule que «Les projets de construction de nouveaux bâtiments et les projets d’extension des bâtiments existants doivent répondre à des spécifications techniques minimales de maîtrise de l’énergie fixées par
  • 32. Page 32 arrêté conjoint du ministre chargé de l’équipement et de l’habitat et du ministre chargé de l’énergie»[17]. Ces spécifications ont effectivement été fixées par l’arrêté 1 du 23 juillet 2008, modifié par l’arrêté du 17 décembre 2010 pour les immeubles de bureaux et assimilés et par l’arrêté du 1er juin 2009 concernant les immeubles à usage résidentiel [17]. L’article 4 de l’arrêté du ministère de l’équipement, de l’habitat et de l’aménagement du territoire du 17 avril 2007, porte intérêt sur le calcul des besoins énergétiques annuels du bâtiment liés au confort thermique (BECTh) et qui sont déterminés selon la formule [17]. 𝑩𝑬𝑪𝑻𝒉 = 𝑩𝑬𝑪𝒉 + 𝑩𝑬𝑹𝒆𝒇 𝑺𝑻𝑪 Avec :  BECTh : besoins énergétiques annuels liés au confort thermique d’un bâtiment exprimés en kWh/ (m2 .an),  BECh : Besoins énergétiques annuels pour le chauffage exprimés en kWh/an et calculés sur la période d’hiver pour une température intérieure de base Tch = 20°C.  BERef : Besoins énergétiques annuels pour le refroidissement exprimés en kWh/an et calculés sur la période d’été pour une température intérieure de base Tref = 26°C.  STC : Surface totale conditionnée exprimée en m² et égale à la somme des surfaces des planchers des espaces chauffés en hiver et/ou refroidis en été. Conclusion Dans ce chapitre, on a présenté les différents critères à respecter afin de concevoir une maison à faible consommation en énergie. Les besoins énergétiques d’un bâtiment doivent êtres conformes à la réglementation thermique. Ces besoins sont déterminés par le calcul du bilan thermique, ceci fera l’objet du chapitre qui suit.
  • 33. Page 33 Chapitre 2 : BILAN THERMIQUE
  • 34. Page 34 Chapitre 2: BILAN THERMIQUE Introduction Le calcul du bilan thermique permet d’estimer la puissance de l’installation pour combattre les déperditions d’un local et de maintenir la température intérieure constante. Dans ce chapitre on va s’arrêter sur quelques notions importantes pour le calcul du bilan. I. Les déperditions thermiques 1. Définition Ce sont les pertes de chaleur que subit un bâtiment par ses parois et ses échanges de fluide avec l’extérieur. Ces déperditions se font essentiellement par la toiture, le renouvellement d’air, les murs, les vitrages et le sol et les ponts thermiques, figure2.1. Figure 2. 1:Différentes déperditions de chaleur [18]. Les déperditions calorifiques du bâtiment doivent être calculées suivant la norme et indépendamment du système de chauffage. Ce calcul consiste à déterminer la puissance nécessaire au maintien en température des locaux. Elle évalue la quantité de chaleur à fournir pour le chauffage d’un local de température donnée. Cette chaleur nécessaire est capable de compenser les pertes d’énergie par les différents moyens de déperdition du bâti. Trois paramètres principaux doivent être pris en compte :
  • 35. Page 35  Température extérieure Te, l’installation devrait être calculée en fonction des conditions climatiques les plus sévères.  Température d’ambiance à l’intérieur des locaux Ti,  Les locaux non chauffés : La présence de locaux non chauffés au voisinage des locaux chauffés influe sur le dimensionnement de l’installation.  Objectifs du calcul des déperditions Le calcul doit être effectué pour répondre à trois finalités :  La plus évidente étant le dimensionnement des systèmes de chauffages, par le calcul de la puissance utile nécessaire de l’installation pour y parvenir dans les conditions extrêmes. Ces conditions sont rares, on opte ainsi pour des conditions de bases permettant de maintenir le confort pendant les périodes de froid exceptionnel. C’est la température extérieure minimale constatée en moyenne sur une région en fonction de l’altitude, qui est considérée comme température de base et qui va définir par la suite la puissance nécessaire à l’installation (lorsqu’il n’y a pas de soleil et que les apports internes sont nuls).  Le calcul des déperditions est un outil de vérification de l’efficacité en intégrant le matériel le plus adapté et éviter ainsi le gaspillage d’énergie.  Enfin, le calcul des déperditions permet d’estimer les consommations énergétiques qui permettent de vérifier la conformité à la réglementation thermique. 2. Les bases de calcul du bilan thermique [19] 2.1. Apports externes 2.1.1. Déperditions thermiques par transmission Elles se subdivisent en déperditions surfaciques, par les parois proprement dites QP, et en déperditions linéiques QL, par les liaisons entre les parois (ponts thermiques) ou par les planchers sur terre plein. Les déperditions QT (en Watt) s’écrit : QT = QP + QL (1.1) 2.1.1.1. Déperditions par les parois Ces pertes à travers un mur extérieur, un mur en contact avec un local non chauffé, un plancher en contact avec le sol. Les déperditions surfaciques sont les plus importantes et les déperditions par les planchers sont de type linéique ; c’est le périmètre des planchers qu’il faut prendre en considération.
  • 36. Page 36 Les déperditions thermiques par transmission surfaciques Qp (en Watt) d’un volume à travers les parois, sont données par : QP = U × A × (Ti – Te ) (1.2) Où :  A représente la surface intérieure de chaque élément de la paroi, elle s’exprime en m².  Ti est la température intérieure  Te est la température extérieure ou celle du local non chauffé. S’il s’agit d’une paroi extérieure, d’une paroi en contact avec le sol ou d’une paroi donnant sur un espace non chauffe, Te est considérée comme la température extérieure de base et s’il s’agit d’une paroi donnant sur un local non résidentiel dont la température est connue, Te sera la température intérieure minimale de ce local. Si un tel local de température indéfinie, il sera considéré comme un local non chauffé. U (anciennement k) en W/m²K, représente la puissance calorifique perdue par m² de paroi, c’est le coefficient de transmission surfacique qui se définit par la quantité de chaleur traversant 1 m² de paroi lors d’une différence de température de 1 degré entre deux ambiances. Elle peut être exprimée par : 𝑈 = 1 𝑅𝑔 (1.3)  𝑹𝒈 : Resistance thermique globale de la paroi (m².K/W) → Plus U est faible, plus la paroi est performante. et 𝑅𝑔 = 1 ℎ𝑖 + ∑ 𝑒 𝜆 + 1 ℎ𝑒 (1.4)  1/hi : Resistance thermique superficielle des échanges intérieurs en m².K/W, tableau 2.1.  1/he : Resistance thermique superficielle des échanges extérieurs en m².K/W, tableau 2.1.  e: épaisseur du matériau en m  λ: conductivité thermique du matériau en W/m.k
  • 37. Page 37 Tableau 2. 1 : valeur moyenne des échanges thermiques superficiels intérieurs (1/hi) et extérieurs (1/he). 2.1.1.2. Déperditions par les liaisons Ce sont les déperditions thermiques linéiques, appelées aussi les ponts thermiques QL (en Watt) exprimées par : QL = Ψ × L × (Ti – Te ) (1.5)  Ψ: coefficient linéique de liaison (W/m.k)  L : longueur de la liaison en m  TI : est la température intérieure du local  TE : est la température extérieure. Le calcul des déperditions linéiques s’avère peu complexe vu l’innombrable coefficient linéique existant pour les murs, planchers et les plafonds et pour les ouvrants. On estime alors les déperditions par les ponts thermiques à 5% environ de la valeur totales des déperditions surfaciques. 2.1.1.3. Les parois vitrées La performance d’un vitrage se mesure par un coefficient de transmission thermique « Uw», représentant la quantité de chaleur en Watt qui traverse une paroi de 1m² quand la différence de température entre l’intérieur et l’extérieur d’un logement est de 1°C. a. Les ouvrants
  • 38. Page 38 Le calcul s'effectue en distinguant le vitrage de la menuiserie. Les surfaces correspondantes, Ac (surface de verre) et Am (surface de menuiserie) sont celles indiquées ci-dessous, figure2.2 : Figure 2. 2:vue de coupe d’une fenêtre installée. La surface Ac ne comprend donc pas la partie du volume verrier en feuillure. De même, la surface Am ne comprend pas la partie de la menuiserie prise dans la maçonnerie. La somme Ac + Am est égale à la surface en tableau, A, à laquelle est rapporté le coefficient UW de la paroi vitrée [19]. b. Les vitrages courants Le coefficient Uw des vitrages simples et doubles constitués de feuilles de verre clair de 4 mm [25] est donné dans le tableau2.2. Type de vitrage description Coefficient de transmission Uw en W/m²K Simple vitrage Un vitrage de 4 mm 4.5 Double vitrage standard 2 plaques de verre de 4 mm séparées par une lame d’air de 12 mm 2.85 Double vitrage de faible émissivité Comporte un revêtement spécial qui diminue la chaleur perdue vers l’extérieur 1.7 à 1.9 Tableau 2. 2:les coefficients de transmission thermique des vitrages simples et doubles. 2.1.2. Déperditions par renouvellement d’air Il est nécessaire d’assurer un renouvellement de l’air à l’intérieur de la maison par de l’air neuf et de chasser de l’air vicié. Cet apport d’air va assurer un approvisionnement adéquat en
  • 39. Page 39 air neuf pour les occupants et diluer la concentration des divers polluants émis dans l’ambiance (dioxyde de carbone, fumées de cigarettes etc..). Un taux de renouvellement d’air de 15% est généralement admis dans un logement résidentiel [17]. On aura recours a une ventilation avec récupération de chaleur (efficacité de 50% à 85%) pour réaliser un apport d’air neuf avec le minimum de pertes de chaleur. Ces déperditions peuvent êtres dues par charge sensible et par charge latente. 2.1.2.1. Charge sensible L’air neuf introduit dans le local peut être réchauffé ou refroidit. L’énergie ainsi consommé est donnée par : Qs = Dr × ρair × Cpair × (Ti – Te) (1.7) Qs = 0,34 × Dr× (Ti – Te) (1.8)  Qs : charge en chaleur sensible en W  Dr : débit volumique de renouvellement d’air en m3 /h  ρair: la masse volumique de l’air en kg/m3 (=1,225 kg/m3 au niveau de la mer à 15 °C)  Cpair : capacité thermique massique de l’air en J/Kg.K (=1000 J/Kg.K)  ρair× Cpair = 0,34, chaleur volumique de l’air (capacité à emmagasiner la chaleur par rapport à un volume d’air), s’exprime en J/m3 .K ou en Wh/m3. K (1 Wh/m3 .K = 3600 J/m3 .K).  Ti, Te : températures intérieure et extérieure du local. 2.1.2.2. Charge latente L’air extérieur diminue l’humidité à l’intérieur du local, en particulier pendant l’été. L’énergie de déshumidification nécessaire est donnée par : QL = Dv × ρair × Lv × (Yi – Ye) (1.9)  QL: charge en chaleur latente en W  Dv : débit volumique de ventilation en m3 /h  ρair: la masse volumique de l’air en kg/m3 (1,225 kg/m3 au niveau de la mer à 15 °C)  Lv : chaleur latente de vaporisation à la température de l’air en J/Kg (2,34.106 J/Kg)  YI,YE: humidité absolues intérieure et extérieure du local, s’expriment en kg d’eau/kg d’air sec.
  • 40. Page 40 La charge totale par renouvellement d’air est donc : QR = Qs + QL (1.10) 2.1.3. Déperditions vers les espaces non chauffés Un local non chauffé (lnc) est un comble ou un vide sanitaire pour lequel le chauffage n’existe pas ou risque d’être interrompu pendant de longues périodes. Les déperditions à travers les parois en contact avec des locaux non chauffes sont pondérées par un coefficient τ, sans dimension, dit « coefficient de réduction de température ». La valeur de τ est comprise entre 0 et 1 [20]. Les déperditions thermiques Q𝐥𝐧𝐜 (en Watt/K) par transmission par degré d’écart à travers une paroi en contact avec un local non chauffé sont données par la formule suivante : Q𝐥𝐧𝐜 = τ × [∑(U× A) + ∑(Ψ × L)] (1.11) ou encore Q𝐥𝐧𝐜 = τ × QT (1.12) Avec :  U en (W/m²K) est le coefficient de transmission surfacique de chaque partie.  A en (m²) est la surface intérieure de chaque partie surfacique.  Ψ en (W/m²K) est le coefficient de transmission linéique de chaque liaison.  Len (m) est la longueur intérieure de chaque liaison.  τ est le coefficient de réduction de température, il est soit : Calculé dans le cas général. Ou déterminé forfaitairement.  Calcul de τ dans le cas général : Le coefficient τ est obtenu en considérant le bilan énergétique du local non chauffé. Le coefficient τ est donné par la formule : 𝛕 = 𝑻𝒊−𝑻𝑵 𝑻𝒊−𝑻𝒆 (1.13) Avec :  Ti en (°C) est la température intérieure.  TN en (°C) est la température du local non chauffé.
  • 41. Page 41  Te en (°C) est la température extérieure. 2.2. Charges dues aux apports internes 2.2.1. Apports d’origines des occupants Le corps humain apporte de la chaleur sensible (par notre corps à 37°C) et de la chaleur latente (par notre production de vapeur d’eau en respiration et en transpiration). Il est assimilé à un générateur thermique d’intensité variable suivant :  L’activité de l’individu et son métabolisme  La température de l’air sèche du local  Le degré d’hygrométrie du local L’expression de ces apports exprimée en Watt est : QOCC = Qs + Ql (1.14) Avec Qs = Np × Ms (1.15) et Ql = Np × Ml (1.16)  Qs : gain par chaleur sensible en Watt  Ql : gain par chaleur latente en Watt  Np : nombre d’occupants  Ms : gain par chaleur sensible par personne en Watt  Ml : gain par chaleur latente par personne en Watt 2.2.2. Apports d’éclairage Les appareils d’éclairage sont considères comme une source de chaleur sensibles. Cette chaleur peut être dégagée par rayonnement, convection et conduction. Une lampe à incandescence transforme l’énergie électrique en grande partie en chaleur dissipée par rayonnement (90%) et le reste sous forme de lumière, alors qu’une lampe à fluorescence dégage environ 75% de chaleur et 25% d’énergie lumineuse. 2.2.3. Apports par les équipements La plupart des appareils constituent à la fois ne source de chaleur sensible et latente. Le tableau donne les apports de chaleur pour les machines et les appareillages, (tableau 2.3 Annexe). Ces apports sont exprimés en Watt par l’expression: 𝑸𝑬𝑸𝑼 = ∑ 𝒏𝒊 𝒊 × (𝑷𝒔 + 𝑷𝒍) (1.17)
  • 42. Page 42  QEQU: gain par chaleur des équipements en Watt  ni : nombre d’appareil i  Ps : gain par chaleur sensible de l’appareil en Watt  Pl : gain par chaleur latente de l’appareil en Watt 2.2.4. Charges dues au rayonnement solaire Le rayonnement solaire est en fait une importante source de chaleur durant la journée, son influence est nettement remarquable à travers les vitrages qu’aux murs. Il est utile de déterminer ces apports suivant les types de vitrages utilisés. 2.2.4.1. Rayonnement sur les murs Le rayonnement solaire dépend de l’exposition des murs, de l’orientation et de l’altitude. Le calcul du gain solaire sera effectué suivant l’heure de charges de réfrigération maximale pour le bilan d’été. Cette heure de réfrigération maximale devra coïncider avec l’heure des apports solaires maximum. La quantité de chaleur traversant le mur exprimée en Watt est : QRm = α × F × Am × Rm (1.18) • α = coefficient d’absorption de la paroi recevant le rayonnement • Am = surface de la paroi en m² • F = facteur de rayonnement solaire • Rm = rayonnement solaire absorbé sur la surface du mur en W/m² Le coefficient d’absorption α dépend de la couleur et de la nature du mur, tableau 2.3. Le facteur de rayonnement F indique la part de chaleur absorbée par la surface et transmise à travers le mur du local, tableau2.4. La valeur du rayonnement solaire Rm sur un mur, tableau Annexe, dépend :  De la latitude sous laquelle le local se trouve,  De l’orientation du mur,  De l’heure pour laquelle le calcul sera effectué
  • 43. Page 43 Tableau 2. 3:coefficient d’absorption α pour murs, toits et fenêtres [21]. Tableau 2. 4:facteur de rayonnement solaire [21]. 2.2.4.2. Rayonnement sur les vitrages Le rayonnement solaire dépend de l’orientation des vitres, de l’altitude du logement et de l’heure pour laquelle les calculs seront effectués. La quantité de chaleur traversant le vitrage exprimée en Watt: QRv = α × g × Av × Rv (1.19) • α = coefficient d’absorption du vitrage • g = facteur de réduction, tableau2, est fonction du mode de protection de la fenêtre contre le rayonnement solaire. • Av = surface vitrée (m²) • Rv = intensité du rayonnement solaire sur les vitrages W/m² ; elle est définie de la même manière.
  • 44. Page 44 Tableau 2. 5;facteur de réduction g pour fenêtre protégées [21]. Soit QSOL la quantité de chaleur traversant les murs et les vitres. Les apports solaires s’expriment en Watt par : QSOL = QRm + QRv (1.20) II. Le calcul des besoins énergétiques 1. Besoins en chauffage (Hiver) Soit QG (exprimé en Watt) les apports globaux dus aux apports internes, à ceux de l’éclairage, à ceux solaires et à ceux des différents appareils utilisés dans le bâtiment. QG = QOCC + QECL+ QEQU + QSOL (1.21) Avec :  QOCC: apports internes des occupants  QECL : apports dus à l’éclairage  QEQ : apports dus aux équipements  QSOL : apports solaires. Les besoins en chauffages sont donnés par : QCH = Dp + QL + QR - (QOCC + QECL+ QEQU + QSOL) (1.22) Alors: QCH = QT + QR - QG (1.23) Avec :  DT : déperditions thermiques par transmission  QG : les apports globaux (gains) Donc : QCH = QT + QR
  • 45. Page 45 En pratique, pour le bilan en chauffage les apports internes seront négligés ainsi que les apports solaires, puisque le bilan thermique calorifique se calcule suivant les conditions les plus défavorables. Les besoins en chauffages exprimés en Watt se résument alors par : (1.24) 2. Besoins en climatisation (Eté) Les besoins en climatisations sont déterminés en Watt par : QCL = QP + QL + QR + (QOCC + QECL+ QEQU + QSOL) (1.25) QCL = QT + QR + (QOCC + QECL+ QEQU + QSOL) (1.26) Alors (1.27) Conclusion L’élaboration du bilan thermique permet de déduire les besoins énergétiques de chauffage et de climatisation. Elle permet d’avoir une estimation prévisionnelle de l’énergie à partir des données climatologique fournie pour la région considérée et de définir la relation de dépendance entre le milieu ambiant à l’intérieur du logement et le climat environnant. Dans le chapitre suivant, on va appliquer ce bilan sur notre projet. QCL = QT + QR + QG QCH = QT + QR
  • 46. Page 46 Chapitre 3 : ETUDE DE CAS
  • 47. Page 47 Chapitre 3: Etude de cas Introduction : Dans ce chapitre, on va, tout d’abord, calculer les besoins calorifiques et frigorifiques annuels par m² du bâtiment considéré en fonction des propriétés thermo-physiques de son enveloppe, de la zone climatique, du taux des baies vitrées des espaces chauffés ou non ainsi que leurs répartitions selon les différentes orientations géographiques. Ensuite, on va déterminer les charges de climatisation et du chauffage à l’aide du logiciel HAP du groupe CARRIER Entreprise. I. Description générale du bâtiment La maison étudiée est une villa à structure multizones dont la face principale est orientée vers le Sud-est. Le plan d’architecture descriptif d’une maison individuelle composée de deux chambres à coucher, une chambre de séjour, un salon, une cuisine, deux salles de bain et un garage, figure3.1, située à Gafsa au sud ouest de la Tunisie dont les coordonnées géographiques sont :  Latitude : 34,434  Longitude : 8,750 Pour des raisons d’absence de bases de données climatiques pour une telle latitude, nous retenons pour cette étude :  une latitude de 35°;  Elévation : 264m.  Longueur totale : 14,87 m,  Largeur totale: 14,72 m Figure 3. 1:Plan de l’habitat d’étude.
  • 48. Page 48 Outre les dimensions remarquables sur le plan, les caractéristiques du local sont :  Hauteur sous-plafond : 3,2 m  Hauteur du mur extérieur : 3,5 m Une vue macroscopique de la chambre à enfants destinée pour un calcul théorique du bilan de climatisation et de chauffage est présenté sur la figure3.2. Figure 3. 2:Dimensions de la chambre à enfants. La même vue du plan élaboré par le logiciel AutoCAD sur la figure3.3: Figure 3. 3;plan de la chambre à enfant vu par AutoCAD.
  • 49. Page 49 II. Données climatologiques et géographiques 1. Zones climatiques réglementaires La définition des données météorologiques de base nécessaire pour le calcul des bilans thermiques et le dimensionnement des installations de climatisations et de chauffage en Tunisie est fondée sur la collecte et l’analyse des données, issues des stations météorologiques reparties sur le territoire tunisien. Les données climatiques sont relevées et enregistrées d’une façon quotidienne suivant une base de traitement statistique conformément à une méthode préparée en Tunisie, qui s’inspire de la méthode ASHRAE et qui entre dans le cadre de la réglementation thermique des bâtiments neufs. Les stations météorologiques disposent de données climatiques complètes se rapportant aux zones climatiques préalablement définies par l’ANME [22]. L’ANME à réalisé un zonage simplifié pour la formulation de la réglementation thermique des bâtiments : La zone méditerranéenne ZT1correspond à la zone littorale allant du gouvernorat de Bizerte à celui de Médenine. La région de Gafsa s’installe dans le cadre de la zone climatique réglementaire ZT2, figure3.4, comme une zone géographique renfermant aussi les gouvernorats de Jendouba, Béja, Kef, Siliana, Kairouan, Kasserine et Sidi Bouzid La zone ZT3 comprend les gouvernorats de Tozeur, de Kébili et de Tataouine dans le sud tunisien. Figure 3. 4 : Zones climatiques réglementaires de la Tunisie [22].
  • 50. Page 50 2. Conditions de températures et d’humidités Les données climatiques sont basées sur des valeurs de températures mensuelles maximales et minimales durant la période de 5 ans 2011-2015. Ces données ont été fournies pat l’Institut National de Météorologie (INM), et ont été établies sous forme de graphique, figure 3.5, afin d’estimer les besoins énergétiques de l’habitat. Les valeurs mensuelles maximales et minimales de l’humidité relatives de la région de Gafsa sont issues du site : weatheronline.co.uk et dont on a recueilli les données durant la période de plus de trois ans 2013-2016, figure 3.6. Ces données sont utiles pour l’estimation du bilan thermique concerné. Figure 3. 5:les variations mensuelles de températures à la région de Gafsa (Source :INM) -10.00 0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 Jan-11 Apr-11 Jul-11 Oct-11 Jan-12 Apr-12 Jul-12 Oct-12 Jan-13 Apr-13 Jul-13 Oct-13 Jan-14 Apr-14 Jul-14 Oct-14 Jan-15 Apr-15 Jul-15 Oct-15 Jan-16 Température (°C) Date du 01 Janvier 2011 au 01 Decembre 2015 Gafsa DTTF Température Max Température Min
  • 51. Page 51 Figure 3. 6:les variations mensuelles de l’humidité à la région de Gafsa [23] 3. Conditions de base de calcul du bilan Le tableau3.1 présente les différentes températures de base utilisées pour le calcul du bilan d’été et d’hiver. Saison Eté Hiver Température extérieure sèche Te (°C) 44 -1 Température humide extérieure (°C) 24,9 - 2,8 Température d’un local conditionnée Ti (°C) 24 22 Température d’un local non conditionnée (°C) 34* 12* Température de sous plancher TSP(°C) 26* 10* Humidité relative extérieure (%) 23 70 Humidité relative intérieure (%) 50 50 Tableau3. 1:conditions de base de calcul du bilan thermique [INM] * N.B : - les valeurs indiquées sont issues de la référence [24]
  • 52. Page 52 - les valeurs de températures extérieures et d’humidité sont des valeurs moyennes extraites des données de l’INM. Le tableau3.2 donne les coefficients de transmission de la chaleur des différentes parois étudiées : Paroi Coefficient de transmission thermique U [W/m²K] Mur extérieur 0,59 Mur intérieur (cloison) 2,4 Porte 3,4 Vitre 2,85 Plancher 1,89 Toiture 0,55 Tableau3. 2:les coefficients de transmission thermiques des différentes parois [25] III. Description constructive Le bâtiment est en cours de construction, figure 3.7, situé à la cité de Zarrouk de la ville de Gafsa. Il est reparti sur une superficie de 519 m² et dispose d’une base en béton armé de surface 207 m². Les poteaux en béton sont construits et les façades vont êtres en maçonnerie en double cloison avec des revêtements des deux cotes intérieur et extérieur, en mortier de bâtard et de ciment. Le bâtiment comporte une zone interne qui est considérée comme un espace non conditionné. Par la suite il sera pris comme étant une seule zone homogène pour l’outil de calcul HAP.
  • 53. Page 53 Figure 3. 7:le bâtiment en cours de construction. 1. Les murs La hauteur intérieure des murs (hauteur sous-plafond) est de 3,2 m pour tous les murs intérieurs et la hauteur extérieure est de 3,5 m pour tous les murs extérieurs. Les murs extérieurs sont en maçonneries en double cloison de 35 cm, figure3.8, séparés par une lame d’air de 7cm ou est logé un isolant en polystyrène de 4 cm, figure3.9, chaque cloison est en brique creuse dont la coté interne de 15 cm et la coté externe de 10 cm. Le revêtement du coté intérieur est un mortier bâtard (composé de 50% chaux et 50% ciment) et de mortier ciment du coté externe. Figure 3. 8:Composition d’un mur extérieur de 35 cm.
  • 54. Page 54 Figure 3. 9:couche d’isolant logée dans le cloison du mur. 2. Plancher Il s’agit d’un plancher bas, en contact avec le sol. Les planchers ne sont pas le siège de transfert de chaleur sur leur partie surfacique vu qu’à la longue, le terre plein sur lequel le plancher est construit tend à se mettre à la même température que le logement. Par contre, il peut y avoir des pertes vers le milieu extérieur à cause des ponts thermiques à la liaison du plancher avec les murs. On peut ainsi prendre, dans les conditions limites, une température de sous plancher de 26°C [24]. Le planché est formé d’une dalle flottante composée d’une couche de 10 cm de béton armé et de trillé de fer raccordés en lignes croisés qui repose sur un lit de sable de 10 cm couvrant une couche de hérissons de 15 cm composée de pierres sèches compactés. Une fine lame de plastique, figure3.10, pour isolation contre l’humidité de 0,2 cm est ajoutée sur la couche de sable. Figure 3. 10 : une fine couche de plastique reposant sue le sable. 3. Toiture La toiture est l’élément de la construction recevant le plus d’irradiation solaire pendant la saison chaude. Pendant l’hiver, l’air chaud plus léger s’élève et vient de se loger sous la toiture, ce qui constitue en réalité un facteur important de perte de chaleur. La toiture doit être
  • 55. Page 55 impérativement isolée. De ce fait, l’isolation protège les locaux des surchauffes provoquées par l’ensoleillement de la toiture en été et conserve de la chaleur sous la toiture en hiver. La toiture est formée, tableau 3.3, d’une couche de mortier bâtard de 1,5 cm sur la face interne, d’une couche de brique-hourdi de 16 cm, une couche de béton armée et de trillé de fer de 7 cm, une couche isolante de polystyrène de 5 cm, une couche de mortier ciment de 1,5 cm et enfin d’une étanchéité. Couche (de l’intérieur vers l’extérieur) Epaisseur (cm) Conductivité thermique (W/m.K) Mortier bâtard 1,5 1,15* Hourdi 16 16 1,1 Béton armé 7 1,4 Polystyrène 5 0,036 Mortier ciment 1,5 1,4* Tableau3. 3 : Composition de la toiture [25]. Le coefficient de transmission thermique de cette toiture est égal à 0,55 W/m²K. La pose de l’isolant sur la toiture est une opération délicate vu les contraintes climatiques extérieures (ensoleillement, pluies,..) appliquées sur celle-ci provoquant des phénomènes de dilatation et de rétractions de la couche de couverture et de l’étanchéité. 4. Menuiserie  Fenêtre : Les fenêtres sont simples à double vantaux avec une dimension de 2,2 m de largeur sur 1,2 m de hauteur.  Porte : les portes sont en bois de dimensions 2,2 m par 0,9 m. IV. Calcul du bilan thermique Tout d’abord, on procède par faire le calcul théoriquement du bilan thermique d’une chambre de la villa (du coté sud-ouest) et le reste sera effectué en utilisant le logiciel HAP. 1. Calcul du bilan d’été 1.1. Charges dues aux apports externes 1.1.1. Calcul des déperditions thermiques par transmission Afin de calculer les déperditions on doit déterminer :
  • 56. Page 56  Evaluation des surfaces des murs, des vitres, des portes, du plancher et de toiture Soient les mesures de surfaces suivantes:  AM = aire de la surface de la paroi des murs  AV = aire de la surface de la paroi vitrée  AP = aire de la surface des portes  Aplancher= aire de la surface du plancher  Atoiture= aire de la surface de toiture Le tableau3.4 présente l’aire des surfaces globale et nette des différentes parois du local en utilisant la formule : Aire de surface du mur (A) = hauteur du mur × largeur du mur. Type de surface Designation Surface globale Surface nette Murs exposés (extérieurs) M1 (Nord- ouest) A1 = 3,5 × 4,66 = 16,31m² AM1 = 16,31m² M2 (Sud-ouest) A2 = 3,5 × 4,73 = 16,55m² AM2 = A2- AVM2= 13,91 m² Murs intérieurs (cloisons) M3 A3 = 3,2 × 4,20 = 13,44m² AM3 = 13,44m² M4 A4 = 3,2 × 3,73 = 11,93 m² AM4 = A4- APM4=9,95 m² Les ouvrants Vitre du Mur M2 AVM2 = 2,2 × 1,2 = 2,64 m² AVM2 = 2,64 m² Porte du Mur M4 APM4 = 0,9 × 2,2 = 1,98 m² APM4 = 1,98 m² Plancher Aplancher = 4,20 × 4,27 = 17,93 m² Aplancher = = 17,93 m² Toiture Atoiture = 4,20 × 4,27 =17,93 m² Atoiture = 17,93 m² Tableau3. 4:les aires des surfaces des différentes parois de la chambre à enfants.  Ecarts de température Le tableau3.5 des écarts de températures évalués en se référant aux conditions de températures de base de l’été du tableau 3.1: l’écart de température : ΔT=Te - Ti
  • 57. Page 57 Parois Type de paroi ΔT Mur M1 et Mur M2 Murs extérieurs ensoleillés Te – Ti = 44 – 24 = 20°C Mur M3 et Mur M4 Cloison en contact avec un local non conditionné Te – Ti = 34 – 24 = 10°C Vitre du MUR M2 Double vitrage standard ensoleillés Te – Ti = 44 – 24 = 20°C Porte du Mur M4 En contact avec un local non conditionné Te – Ti = 34 – 24 = 10°C Plancher Au dessus de terre plein TSP – Ti = 26 – 24 = 2°C Toiture Exposée à l’extérieur et ensoleillée Te – Ti = 44 – 24 = 20°C Tableau3. 5:les écarts de températures sur les faces, le plancher et la toiture (Eté). En utilisant les résultats des deux tableaux 3.4 et 3.5 et en les intégrant dans la formule on trouve, tableau 3.6 Paroi U (en W/m².°C) A (en m²) Te – Ti (en °C) Q (en Watts) Mur M1 0,59 16,31 20 192,458 Mur M2 0,59 13,91 20 164,138 Mur M3 2,4 13,44 10 322,56 Mur M4 2,4 9,95 10 238,8 Surface vitrée 2,85 2,64 20 150,48 Porte 3,4 1,98 10 67,32 Plancher 1,89 17,93 2 67,775 Toiture 0,55 17,93 20 197,23 Déperditions par transmission à travers les parois et vitrage QP = 1400,761 Tableau3. 6:les déperditions de chaleur par transmission à travers les parois et les vitrages (Été).
  • 58. Page 58 Donc les déperditions par les liaisons sont : QL = 5% × QP QL = 70,03 W 1.1.2. Déperditions par renouvellement d’air Le taux de renouvellement d’air est généralement de 1Volume/heure dans un logement résidentiel. Le débit volumique d’air D : D (en m3/h) = volume du local(en m3) × taux de renouvellement (volume/heure). Pour un renouvellement d’air de 1 vol/h, le débit d’air amené dans la chambre à enfant de volume 57,37 m3 équivaut à 57,37 m3 /h, soit 15,93 l/s.  Charge sensible Qs Qs = 0,34 × Dr× (Ti - Te) Qs =0,34× 57,37/3600 × [44 - 24] Qs = 0,108 W  Charge latente QL QL = Dv × ρair × Lv × (Yi - Ye) Dans le tableau 3.7, on regroupe les données de températures et d’humidité suivant le milieu et ceci en utilisant le diagramme de l’air humide, annexe 3: Caractéristiques du milieu A l’intérieur du local A l’extérieur du local Température (°C) 24 44 Humidité relative (%) 50% 23% Humidité absolue (kg d’eau/kg d’air) 0,0096 0,0135 Température humide (°C) [pour le logiciel HAP] 16,7 24,9 Tableau3. 7:Caractéristiques physiques du milieu intérieur et extérieur du local Donc la charge latente QL = 57,38 /3600 × 1,225× 2,34.106 × (0,0135-0,0096) QL = 178,186 W On a QR= Qs+ QL Alors QR = 178,294 W
  • 59. Page 59 1.2. Charges dues aux apports internes 1.2.1. Apports dus aux occupants La chambre est occupée par deux individus, Np=2. Ces derniers sont considérés comme des sujets de degrés d’activités : assis ou au repos dans un local de 24°C. On trouve d’après le tableau 1 de l’annexe 1 : Ms=67 W et Ml=35 W En utilisant la formule 1.14, on obtient : QOCC = 204 W 1.2.2. Apports par éclairage Soit la densité d’éclairage φ = 5W/m² et A la surface de la chambre. Les apports sont donc : QECL= φ × A = 5 × 17,93 QECL= 89,65 W 1.2.3. Apport par les équipements La chambre est équipée par un ordinateur de puissance 250W (tableau 2, annexe 1). QEQU = 250 W 1.2.4. Apports dus aux rayonnements solaires 1.2.4.1. Rayonnement sur les murs On a QRm = α × F × Am × Rm Or α= 0,4 (d’après le tableau 2.3) Et pour k= 0,59; F= 0,029 (d’après le tableau 2.4) La valeur du rayonnement solaire Rm se détermine en suivant les étapes suivantes : Etape 1: Orienter les locaux pour déterminer la pointe de réfrigération. La figure 1 de l’Annexe 2, précise pour un local donné, le nombre de murs exposés et leurs différentes orientations. Etape 2: Déterminer l’heure de charges de réfrigération maximales dans les locaux. Pour ce local, les parois Nord-ouest (SO) et Sud-ouest (NO) sont ensoleillées. Les murs exposés sont en nombre de 2 et l’orientation des locaux prend celle du n°14 correspondante aux murs SO-NO (Tableau 3 de l’annexe 2). Les apports de chaleur les plus élevés sont enregistres à 15h sur les deux parois, nous choisissons de faire le bilan à 15h. On détermine les intensités du rayonnement sur les murs d’après le tableau 3 de l’annexe 2.
  • 60. Page 60 Murs Rm (en W/m²) Mur 1 (NO) 360 Mur 2 (SO) 480 Tableau3. 8:intensité de rayonnement sur les murs. 1.2.4.2. Rayonnement sur les vitres Les vitres sont à double vitrage standard et nous lisons dans le tableau 2.3, ∝ = 0,9. Les vitres sont protégées à l’extérieur par des persiennes en PVC et nous lisons dans le tableau2.5, g = 0,22 On détermine l’intensité du rayonnement à 15h sur les vitres du mur M2 Sud-ouest à partir du tableau 4 de l’annexe 2 : 325 W/m² 1.3. Déperditions Les déperditions par rayonnement sur les vitres se calculent suivant la formule : QRv = α × g × Av × Rv Le tableau 3.9 illustre la valeur de ces déperditions : Coefficient d’absorption α Facteur de réduction g Surface de la paroi vitrée Rv Vitre du MUR M2 (Sud-ouest) 0,9 0,22 2,64 385 QRv= 201,247 Déperditions par rayonnement sur la paroi vitrée QRv= 201,247 W Tableau3. 9:les déperditions par rayonnement sur les vitres. On a : QSOL = QRm + QRv QSOL = 145,56 +201,247 Alors QSOL = 346,807 W
  • 61. Page 61  Les besoins thermiques en climatisation : 2. Calcul du bilan d’hiver 2.1. Calcul des déperditions thermiques par transmission 2.1.1. Déperditions par les parois Le tableau 3.10 établit les différents écarts de températures selon le type de la paroi à étudier : Parois Type de paroi Ecarts de température Mur M1 et Mur M2 Murs extérieurs ensoleillés Ti – Te = 22 + 1 = 23°C Mur M3 et Mur M4 Cloison en contact avec un local non conditionné Ti – Te = 22 – 12 = 10°C Vitre du MUR M2 Double vitrage standard ensoleillés Ti – Te = 22 + 1 = 23°C Porte du Mur M4 En contact avec un local non conditionné Ti – Te = 22 – 12 = 10°C Plancher Au dessus de terre plein Ti – TSP = 22 – 10 = 12°C Toiture Exposée à l’extérieur et ensoleillée Ti – Te = 22 + 1 = 23°C Tableau3. 10:les écarts de températures sur les faces, le plancher et la toiture (Hiver).  Calcul des déperditions des parois, illustré sur le tableau 3.11 : Paroi U (en W/m².°C) A (en m²) Ti – Te (en °C) Q (en Watts) Mur M1 0,59 16,31 23 221,326 Mur M2 0,59 13,91 23 188,758 Mur M3 2,4 13,44 10 322,56 Mur M4 2,4 9,95 10 238,8 Surface vitrée 2,85 2,64 23 173,052 Porte 3,4 1,98 10 67,32 Plancher 1,89 17,93 12 406,652 QCL = 2539,542 W = 2,539 kW
  • 62. Page 62 Toiture 0,55 17,93 23 226,814 Déperditions par transmission à travers les parois et vitrage QP = 1845,282 Tableau3. 11:les déperditions de chaleur par transmission à travers les parois et les vitrages (hiver). 2.1.2. Déperditions par les liaisons QT = QP + QL Donc QT = 1845,282 + 92,264 QT = 1937,546 W 2.2. Déperditions par renouvellement d’air  Charge sensible Qs = 0,34 × Dr× (Ti - Te) Qs =0,34× 57,38/3600× [22 + 1] Qs = 0,124 W  Charge latente QL = Dv × ρair × Lv × (Yi - Ye) Les valeurs de températures et d’humidité sont recueillies dans le tableau 3.11 : A l’intérieur du local A l’extérieur du local Température (°C) 22 -1 Humidité relative (%) 50 70 Humidité absolue (kg d’eau/kg d’air) 0,0085 0,0025 Température humide (°C) 15,02 -2,69 Tableau3. 12:température et humidité à l’intérieur et à l’extérieur du local Donc QR = 274,444 W  Les besoins thermiques en chauffage : QCH = 2211,99 W = 2,211 kW
  • 63. Page 63 V. Simulation sous HAP 4.9 1. Présentation de l’outil de calcul HAP HAP désigne “ Hourly Analysis Program“ [26] est un puissant logiciel d’analyse horaire destiné pour les ingénieurs énergétiques, les concepteurs/constructeurs, les bureaux d’études et les professionnels de l’énergie impliqués dans le calcul de la consommation énergétique des locaux. Son calcul respect la norme Américaine ASHRAE (American Society of Heating, Refrigeerating and Air Conditioning Engineers). Il tient compte des conditions géographiques et climatiques de la zone de construction ainsi que les propriétés physiques de l’enveloppe et de plusieurs autres conditions spécifiques. Le HAP utilise une interface graphique permettant à l’utilisateur un accès rapide et efficace aux différents rubriques et de saisir les donnes nécessaire au calcul. Une approche modulaire permettant de définir les composants du bâtiment et les apports internes et externes de l’énergie, ce qui permet d’obtenir une flexibilité maximale pour la configuration des données et de convenir à une large gamme d’applications (bâtiments résidentiels et tertiaires). 2. Données climatiques Les données climatiques qu’il convient d’utiliser pour la simulation thermique sont par défaut celles de la station météorologique DTTF de Gafsa correspondants à la zone géographique du projet. 3. Interface du logiciel HAP L’interface de démarrage du logiciel intègre une fenêtre principale présentant plusieurs rubriques: les données météorologiques de la région, les locaux du bâtiment considéré, l’exposition des murs et leurs compositions, la localisation et le type des fenêtres et des portes, la composition des planchers, des toitures et des différents autres composants du système. On va illustrer notre étude par de différentes captures d’écrans figurant les étapes de saisie de données ainsi que leurs dispositions, avec l’outil HAP. Dans la fenêtre principale du programme, tout d'abord il faut créer un nouveau projet ou ouvrir un projet existant, figure 3.11 :
  • 64. Page 64 Figure 3. 11:interface d’ouverture ou de création d’un nouveau projet Ensuite, il faut définir les différents éléments de la librairie du projet nécessaires, renfermant les calendriers horaires ainsi que les murs extérieurs, les toitures, les fenêtres et les portes, figure 3.12 : Figure 3. 12:les composants du projet et la librairie.