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Document mis à jour le 17 juillet 2018

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LES CALCULS D’APPORTS PAR LA MÉTHODE CLTD / CLF (Ashrae 1985)

Apports – méthode CLTD/CLF 1

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SOMMAIRE

1. Bases de calcul ........................................................................................................ 4 2. Les apports internes ................................................................................................. 4 2.1. Les apports par les occupants .................................................................................... 6 2.2. Les apports par l’éclairage ......................................................................................... 6 2.3. Les apports par les appareils ..................................................................................... 7 3. Les apports par conduction........................................................................................ 8 3.1. Apports par conduction pour les parois opaques ........................................................... 8 3.1.1. Généralités .............................................................................................................. 8 3.1.2. Passage du coefficient U hiver au U Ashrae ................................................................ 10 3.1.3. Parois en contact avec le sol ..................................................................................... 11 3.1.4. Prise en compte des ponts thermiques ....................................................................... 11 3.1.4.1. Prise en compte forfaitaire ....................................................................................... 11 3.1.4.2. Calcul précis ........................................................................................................... 11 3.1.4.3. Calcul précis – exemple ........................................................................................... 13 3.2. Apports par conduction pour les parois vitrées ............................................................ 15 4. Les apports par rayonnement ................................................................................... 16 4.1. Généralités ............................................................................................................. 16 4.2. Parois vitrées inclinées ............................................................................................. 18 4.3. Calcul de l’affaiblissement global ............................................................................... 19 4.4. Prise en compte d’un masque proche (flanc ou casquette) ........................................... 20 4.5. Prise en compte d’un brise-soleil ............................................................................... 22 4.6. Prise en compte d’un ombrage par l’horizon ............................................................... 24 4.6.1. Facteur d’affaiblissement pour les parties opaques ...................................................... 24 4.6.2. Facteur d’affaiblissement pour les parties vitrées ........................................................ 24 5. Renouvellement d’air et infiltrations .......................................................................... 25 5.1. Utilitaires de calcul .................................................................................................. 25 5.2. Les infiltrations ....................................................................................................... 26 5.3. Le renouvellement d’air ........................................................................................... 27 6. Le calcul d’hygrométrie ............................................................................................ 30 6.1. Calcul de l’humidité du mélange ................................................................................ 32 6.2. Cas d’un local sans arrivée d’air extérieur .................................................................. 33 6.3. Cas d’un local climatisé avec une arrivée d’air extérieur ............................................... 34 6.4. Cas d’un local climatisé (hors CTA) avec arrivée d’air ext. et prétraitement de l’air neuf... 36 6.5. Comparaison avec la méthode de la RT 2005 .............................................................. 37 6.6. Exemples pour le calcul d’hygrométrie ....................................................................... 38 6.6.1. Local sans arrivée directe d’air extérieur .................................................................... 38 6.6.2. Local climatisé avec arrivée directe d’air extérieur ....................................................... 38


7. Particularités du calcul ............................................................................................. 40 7.1. Réduction des apports par pièce ............................................................................... 40 7.2. Apports du local / charges au niveau de la centrale ...................................................... 41 8. La méthode Climcréole ............................................................................................ 41 9. Questions / réponses ................................................................................................ 42


1. Bases de calcul Les calculs d’apports sont fondés sur le Fundamentals Ashrae de 1985. Les

facteurs de charge Clf sont issus du Fundamentals Ashrae 1997. Ces documents sont disponibles auprès de l’Ashrae.

Pour la prise en compte des masques, la procédure prévue par l’Ashrae donne des résultats cohérents mais assez peu lisibles. Il nous a semblé possible de l’améliorer et c’est donc une méthode plus directe qu’emploie ClimaWin.

Le calcul est effectué heure par heure sur l’ensemble des mois de calcul définis dans le site.

2. Les apports internes Le calcul des apports internes fait intervenir un facteur de charge Clf (cooling

load factor), qui dépend du temps écoulé depuis le déclenchement du processus engendrant les apports et de la durée journalière de ce même processus. Ce facteur de charge est appliqué aux apports sensibles par les occupants, par l’éclairage et par les machines.

Prenons un exemple : Voici le résultat imprimé au maximum à 17 h en juillet pour un local de 30 m²,

avec une puissance d’éclairage de 15 W/m². Les apports par éclairage sont ici les seuls apports du local, et le maximum du local coïncide donc avec le maximum des apports par l’éclairage.

Dans la partie « Éclairage », nous trouvons trois colonnes :

Nominal : Il s’agit de la puissance saisie, donc ici 15 W/m² x 30 m² = 450 W. Clf : C’est le facteur de charge. Ici il est calculé avec la classe d’amortissement « C ».

Total : C’est l’apport calculé avec la méthode Ashrae, produit de l’apport nominal par le facteur de charge.


https://www.ashrae.org/

Voici maintenant le résultat imprimé à 20 heures en juillet dans la même configuration :

Vous remarquez que les apports sont faibles, mais pas nuls : à 20 h, la chaleur

produite par l’éclairage de 8 à 18 h se diffuse toujours un peu dans le local, ce que traduit le facteur de charge égal à 0.13.

Voyons encore comment se présentent les impressions en présence de deux

périodes d’éclairage :

À 18 h (les apports internes ne dépendent pas du mois de calcul), cela donne :

Voici comment doit être lu ce tableau :

Sur les deux premières lignes (en fait la première ligne seule, puisque pour l’éclairage il n’y a pas d’apports latents), apparaissent les apports causés à 18 h par le fonctionnement de l’éclairage entre 8 h et 14 h.

Les deux lignes suivantes donnent les apports causés à 18 h par le

fonctionnement de l’éclairage entre 18 h et 20 h. Le facteur de charge est ici plus élevé (0.82), puisqu’il correspond aux apports causés par le fonctionnement « contemporain » de l’éclairage.

Il ne faut donc pas oublier de saisir les apports internes, même lorsque

l’occupation, l’éclairage et le fonctionnement des machines ne coïncident pas


avec le moment prévisible du maximum : ainsi la présence d’occupants de 13 h à 15 h viendra-t-elle renforcer un maximum survenant à 19 h.

2.1.Les apports par les occupants

Les apports sensibles par les occupants sont donnés par :

Appsocc = Nbocc * Asocc * Clfocc (en W) avec : Nbocc : nombre d’occupants pour la période considérée. Asocc : apport sensible par occupant pour la période considérée (en W). Clfocc : facteur de charge pour les occupants et les machines sans hotte, donné

par les tableaux Ashrae 1997. Il dépend de la classe d’inertie, de la durée totale d’occupation et du temps écoulé depuis le début d’occupation.

Les apports latents ne sont pas concernés par le facteur de charge. Les apports

latents par les occupants sont directement donnés par :

Applocc = Nbocc * Alocc (en W)

Nbocc : nombre d’occupants pour la période considérée. Alocc : apports latents par occupant pour la période considérée (en W).

2.2.Les apports par l’éclairage Le système d’éclairage ne crée pas d’apports latents. Les apports sensibles par

l’éclairage sont donnés par :

Appsécl = Pécl * Sh * Clfécl (en W) avec : Pécl : puissance d’éclairage en W/m². Surface : surface habitable du local en m².

Clfécl : facteur de charge pour l’éclairage, donné par les tableaux Ashrae 1997. Il dépend de la classe d’inertie, de la durée totale d’occupation et du temps écoulé depuis le début de l’éclairage.


2.3.Les apports par les appareils Afin de faciliter la saisie, ClimaWin distingue trois catégories d’appareils :

les appareils de bureautique : ce sont généralement les ordinateurs individuels, les écrans et tous les équipements électriques (ne créant pas d’apports latents) dont le nombre est proportionnel au nombre d’occupants.

l’appareillage électrique (hors système d’éclairage) : les appareils

considérés ici sont identiques à ceux considérés dans la catégorie « bureautique », mais leur nombre est proportionnel à la surface du local et non au nombre d’occupants.

les machines : ici, on saisira les appareils porteurs d’apports latents (par

exemple les mécanismes de cuisson), ainsi que les appareils dont la puissance ne peut être rapportée ni à la surface du local, ni au nombre d’occupants (par exemple une photocopieuse).

Les apports sensibles par les machines sont donc donnés par :

Appsmach = [Asb * Nbocc + Asapp * Sh + Asmach] * Clfmach (en W)

avec : Nbocc : nombre d’occupants pour la période considérée. Asb : apports pour la bureautique (saisis par vous-même - en

W/occupant). Asapp : apports sensibles par l’appareillage électrique (valeur saisie par

vous-même - en W/m²). Sh : surface habitable du local. Asmach : apports sensibles par les machines (saisis par vous-même - en

watts). ClfMach : facteur de charge pour les machines, donné par les tableaux Ashrae

1997. En l’absence de hotte il est identique au facteur de charge pour les occupants.


3. Les apports par conduction

3.1.Apports par conduction pour les parois opaques

3.1.1. Généralités La formule générale de calcul est :

Apports = UAshrae * dT * f (en W/m²) f est le facteur de réduction d’apports que vous saisissez dans les

caractéristiques générales du local. Il est généralement égal à 1. Tout le problème consiste à déterminer dT, différence de température entre

l’intérieur et l’extérieur. Pour une paroi adjacente à un milieu à température connue, cela ne pose pas de problème, mais pour une paroi extérieure définie comme « à l’ombre » ou « au soleil » on ne peut se contenter de considérer la température de l’air extérieur. Il faut calculer une différence de température équivalente.

Pour un mois M et une heure H donnés, la différence de température

équivalente est donnée par :

dT = CorrTemp[M] + ( LmGlobal[M] + CltdGlobal[H] ) * KaCoul

avec :

CltdGlobal : différence de température équivalente (cooling load temperature difference) corrigée. Son mode de calcul est donné ci-dessous. Les paramètres CorrTemp, LmGlobal et Kacoul permettent d’ajuster la valeur de la différence de température équivalente aux conditions particulières du site et de la paroi.

LmGlobal : c’est une correction de CLTD qui dépend de la latitude, du mois

(Latitude Month) et de l’orientation. Son mode de calcul est donné ci-dessous. CorrTemp : correction apportée à la différence de température standard.

CorrTemp permet de se ramener aux conditions réelles moyennes sur le mois. Son mode de calcul est donné ci-dessous.


KaCoul : coefficient d’absorption, fonction de la couleur de la paroi : 0.5 pour un plafond clair, 1 pour un plafond moyen, sombre ou noir, 0.65 pour un mur clair, 0.83 pour un mur moyen, 1 pour un mur sombre ou noir (la méthode Ashrae ne fait pas de distinction entre « paroi sombre » et « paroi noire » : cette nuance n’intervient que dans le calcul réglementaire).

CALCUL DE CLTDGLOBAL CltdGlobal est calculé suivant la formule :

CltdGlobal = Aff * CltdEns + (1 – Aff) * CltdOmb avec : Aff : facteur d’affaiblissement dû aux masques proches, brise-soleil et

ombrages par l’horizon. On prendra Aff = 0 pour une paroi à l’ombre. CltdEns : différence de température standard lue dans la table pour une paroi

ensoleillée. CltdOmb : différence de température standard lue dans la table pour une paroi

à l’ombre. CltdEns et CltdOmb sont lues dans les tables Ashrae 1985 et dépendent de

l’heure solaire, de l’orientation et du groupe Ashrae de la paroi. Les valeurs ont été établies dans les conditions suivantes :

Paroi sombre ; Température intérieure de 25.5°C ; Température extérieure moyenne de 29.4°C ; Rayonnement solaire caractéristique d’un site à 40° de latitude nord le 21 juin.

CALCUL DE LMGLOBAL

LmGlobal est calculée à partir des corrections de CLTD données par la table Ashrae, suivant la formule :

LmGlobal = Aff * LmEns + (1 – Aff) * LmOmb

avec :


http://www.bbs-logiciels.com/manuel/CLIMAWIN/10

Aff : facteur d’affaiblissement dû aux masques proches, brise-soleil et ombrages par l’horizon. On prendra Aff = 0 pour une paroi à l’ombre.

LmEns : valeur lue dans la table pour une paroi ensoleillée. LmOmb : valeur lue dans la table pour une paroi à l’ombre.

CALCUL DE CORRTEMP La valeur de CorrTemp est donnée par :

CorrTemp[M] = ( Ts[M] - dT0[M] / 2 ) - 3.9 - TIntÉté

Ts et dT0 sont respectivement la température sèche et la différence journalière

de température définies dans le site pour le mois considéré. Le terme 3.9 vient de la différence entre 29.4°C et 25.5°C, qui sont les températures standard extérieure et intérieure pour lesquelles ont été établis les tableaux de l’Ashrae. L’ajout du terme CorrTemp permet donc de passer des conditions standard aux conditions réelles.

3.1.2. Passage du coefficient U hiver au U Ashrae En été, on considère que le flux thermique est inversé et les échanges

superficiels sont en conséquence différents de ce qu’ils sont en hiver. On utilise donc pour le calcul des apports un coefficient « U Ashrae », qui est calculé à partir du U hiver :

U Ashrae = 1 / ( 1 / U hiver – EchangesInt – EchangesExt

+ 1 / 13.5 + 1 / 8 ) où les valeurs 13.5 et 8 traduisent les échanges superficiels été. Par exemple, pour un mur présentant un U hiver de 0.45 avec des coefficients

superficiels de 0.13 et 0.04, on aura :

U Ashrae = 1 / ( 1 / 0.45 – 0.13 – 0.04 + 1 / 13.5 + 1 / 8 ) = 0.444 W / (K.m²) La différence entre le U Ashrae et le U hiver est généralement minime dans les

constructions modernes ; elle est cependant assez importante pour des parois non isolées (U Ashrae = 1.890 pour un mur présentant un U hiver de 2).

Le U Ashrae n’est pas forcément identique au U été utilisé pour le calcul

réglementaire du confort d’été (le calcul des dérives de températures se fait pour sa part avec le U Ashrae).


Pour les ponts thermiques et les menuiseries le U Ashrae est égal au U hiver.

Pour les parois hétérogènes on calcule comme ci-dessus le U Ashrae pour la partie opaque, tandis que pour la partie vitrée le U Ashrae est égal au U hiver.

Dans la suite de ce document, lorsque nous écrirons « U » sans autre

spécification, il faudra comprendre « U Ashrae ».

3.1.3. Parois en contact avec le sol Le calcul du Ue (U équivalent) des parois spécifiques (comme les planchers sur

terre-plein, sur vide sanitaire ou sur sous-sol non chauffé) intègre la résistance thermique du sol. De ce fait, et conformément aux § 2.22 et 2.23 du fascicule 4/5 des règles Th-U, le logiciel utilise comme température adjacente la température extérieure et non celle du sol.

3.1.4. Prise en compte des ponts thermiques Les ponts thermiques peuvent être pris en compte de deux manières, en

fonction du souhait que vous avez exprimé dans les caractéristiques générales du bâtiment.

3.1.4.1. Prise en compte forfaitaire La prise en compte forfaitaire est effectuée par le biais d’une augmentation de

la hauteur retenue. Cette hauteur additionnelle sera en général la différence entre la hauteur entre-axes de planchers et la hauteur habitable.

3.1.4.2. Calcul précis Dans ce cas vous saisirez les ponts thermiques (comme pour un calcul

réglementaire) et le U de la paroi porteuse sera recalculé en conséquence. La hauteur additionnelle ainsi définie est appliquée lorsque vous choisissez

d’utiliser la hauteur thermique définie à l’échelon de l’ensemble de locaux, et seulement à ce moment. Par exemple, définissons une majoration de hauteur de 0.30 m dans les caractéristiques du bâtiment :


Puis entrons une hauteur thermique de 2.50 m dans l’ensemble de locaux :

Saisissons à présent un local et déclarons deux murs, que nous présentons ici dans l’ancienne saisie en mode tableur, mieux adaptée à notre propos :

À la hauteur près, les deux lignes sont identiques. On pourrait s’attendre à trouver une différence de l’ordre de 1% entre leurs apports respectifs. Or ce n’est pas le cas, l’écart est en fait de 12.9 %. En effet, pour la première ligne ClimaWin utilise la hauteur thermique corrigée (2.50 + 0.30 = 2.80 m) et pour la deuxième ligne, où vous avez saisi la hauteur, c’est cette hauteur qui est directement utilisée, sans ajout de compensation pour les ponts thermiques.


3.1.4.3. Calcul précis – exemple Dans ce cas vous saisirez les ponts thermiques (comme pour un calcul

réglementaire) et le U de la paroi porteuse sera recalculé en conséquence. Avec une paroi hétérogène, le calcul est identique, le pont thermique étant

intégré à la partie opaque de la paroi (la partie vitrée est inchangée). Dans le cas particulier où la paroi porteuse est entièrement vitrée, le pont thermique n’est pas pris en compte.

Les ponts thermiques définis dans le catalogue des menuiseries (appui, linteau, tableau) sont également intégrés au U de la paroi, à l’exception du cas où la menuiserie couvre la totalité de la paroi (on estime qu’il n’y a pas de ponts thermiques dans ce cas). Le calcul est identique à celui exposé ci-dessus. Mais attention, les ponts thermiques de la menuiserie sont intégrés à la paroi porteuse, ils n’ont pas d’influence sur les apports de la menuiserie elle-même. Dans le cas où une menuiserie est entrée par sa surface et non par ses dimensions, c’est la dernière largeur saisie ou proposée qui est utilisée pour déterminer la forme de la menuiserie et les dimensions respectives de l’appui, du linteau, du tableau.

Lorsqu’une menuiserie est affectée à une paroi hétérogène, ClimaWin

considère qu’elle est portée par la partie opaque de la paroi. C’est donc la surface de la partie opaque qui se trouve réduite pour le calcul des apports. La partie vitrée n’est pas affectée.


EXEMPLE DE CALCUL PRÉCIS D’UNE PAROI AVEC PONTS THERMIQUES ET VOLETS ROULANTS

Soit un mur assorti des caractéristiques suivantes : U Ashrae = 0.349 Surface brute = 11.45 m² Éléments portés par le mur : - 2 menuiseries de longueur 0.82 m et de hauteur 2 m, munies

de coffres de volets roulants non intégrés de 0.26 m de hauteur avec Ucoffre = 1.250. Il faut également tenir compte pour ces menuiseries d’un coefficient d’appui (0.11) et d’un coefficient de tableau (0,05).

- Pont thermique horizontal de longueur 3.6 m et de U = 0.700

- Pont thermique horizontal de longueur 3.6 m et de U = 0.495

La surface nette de la paroi, hors menuiseries, est de :

Snette = 11.45 – 2 * 2 * 0.82 = 8.17 m² Le U finalement utilisé pour la paroi sera :

U corrigé = [ 0.349 * ( 8.17 – 0.82 * 2 * 0.26 ) + 2 * 1.250 * 0.26 *0.82 + 3.6 * 0.700 + 3.6 * 0.495 + 0.05 * 2 *2 * 2

+ 0.11 * 2 * 0.82 ] / 8.17 = 0.994 m /(K.m²)


3.2. Apports par conduction pour les parois vitrées La formule générale de calcul est :

Apports = UAshrae * dT (en W/m²) Comme pour les parois opaques, tout le problème consiste à déterminer dT,

différence de température entre l’intérieur et l’extérieur. Il faut calculer une différence de température équivalente.

Pour un mois M et une heure H donnés, la différence de température

équivalente est :

dT = CltdVitr[H] + CorrTemp[M] CltdVitr : différence de température équivalente (cooling load temperature

difference) pour la conduction à travers les vitres ; cette valeur est lue directement dans la table de l’Ashrae.

CorrTemp : correction apportée à la différence de température standard.

CorrTemp permet de se ramener aux conditions réelles moyennes sur le mois. Son mode de calcul, déjà donné au chapitre « Apports par conduction pour les parois opaques », est de nouveau présenté ci-dessous.

CALCUL DE CORRTEMP La valeur de CorrTemp est donnée par :

CorrTemp[M] = ( Ts[M] - dT0[M] / 2 ) - 3.9 - TIntÉté

Ts et dT0 sont respectivement la température sèche et la différence journalière

de température définies dans le site pour le mois considéré. Le terme 3.9 vient de la différence entre 29.4°C et 25.5°C, qui sont les températures standard extérieure et intérieure pour lesquelles ont été établis les tableaux de l’Ashrae. L’ajout du terme CorrTemp permet donc de passer des conditions standard aux conditions réelles.


4. Les apports par rayonnement 4.1. Généralités On fait la somme des apports par rayonnement pour la partie au soleil et des

apports par rayonnement pour la partie à l’ombre :

Appray = AppEns + AppOmb avec, pour un mois M, une heure H et une orientation Or donnés : AppEns [M,H] = SHGFEns [M,Or] * Aff [M] * Clf [Type,Or,H] / 100

* Luminosité * SMenÉté / 0.87

AppOmb [M,H] = SHGFOmb [M,Or] * (1-Aff [M]) * Clf [Type,Or,H] / 100 * Luminosité * SMenÉté / 0.87

Le facteur d’affaiblissement Aff est égal à la moyenne, sur la période où le

soleil est actif, du produit des facteurs d’affaiblissement liés aux masques proches, aux brise-soleil et aux ombrages par l’horizon. On prend Aff = 0 pour un vitrage à l’ombre.

SHGF (solar heat gain factor) est la valeur brute, en W/m², des apports solaires

pour un mois, une latitude et une orientation donnés. SHGF ne dépend pas de l’heure, dont l’influence est intégrée dans le Clf. Pour un vitrage au soleil, SHGF dépend également de la latitude ; pour un vitrage à l’ombre (ou masqué), on utilise les valeurs de l’orientation nord (pour une latitude de 28° ou plus) ou une table spécifique (pour une latitude comprise entre 0 et 28° et pour une vitre horizontale). Les valeurs de SHGF sont données avec un pas de 4°, le logiciel effectuant si nécessaire une interpolation linéaire entre deux tableaux consécutifs.

Clf (cooling load factor) est le facteur de charge dépendant de la présence d’un

voilage intérieur, de l’inertie (pour un vitrage sans voilage intérieur), de l’heure et de l’orientation. Sa valeur est donnée dans la table Ashrae.

Pour un vitrage avec voilage intérieur, Clf est indépendant de l’inertie. Pour un

vitrage sans voilage intérieur, Clf connaît trois niveaux d’inertie : faible ou très faible, moyenne, forte ou très forte. Clf ne change donc pas lorsqu’on passe d’une inertie très faible à une inertie faible, ou d’une inertie très forte à une inertie forte.


SMenÉté / 0.87 est le facteur solaire Ashrae RCL*SC. La constante 0.87 fait la liaison entre le référentiel français (absence de vitre) et le référentiel américain (vitrage simple clair).

Luminosité est le facteur de luminosité défini dans le site. Il n’est pas utilisé

dans le cadre de la méthode Climcréole, la luminosité étant alors prise en compte par l’intermédiaire du choix du type de calcul : par ciel clair ou par ciel couvert. Il ne s’agit PAS de l’albédo du site mais d’un facteur relatif par rapport à des sites comparables. Vous entrerez une valeur supérieure à 1 pour des sites recevant un rayonnement indirect particulièrement important, par exemple en présence de neige.


4.2. Parois vitrées inclinées ClimaWin permet de traiter les parois inclinées de 0 (horizontale) à 60°. Au-

delà de 60°, les parois sont considérées comme des murs verticaux. Pour une paroi inclinée, les apports par rayonnement sont égaux à la somme

de deux termes : - Les apports reçus par la projection de la paroi sur le plan horizontal. - Les apports reçus par la projection de la paroi sur le plan vertical. Pour la composante horizontale, il n’y a pas de difficulté : la valeur du

rayonnement intercepté par la paroi est directement déterminée par l’angle de la paroi avec la verticale :

Il suffit donc de retenir la valeur du rayonnement sur une paroi horizontale et

de la multiplier par le cosinus de l’angle entre la paroi et le plan vertical pour retrouver la valeur de la composante horizontale.

Pour la composante verticale, c’est un peu plus compliqué : on a tout d’abord

l’impression que le même raisonnement est applicable et qu’on peut utiliser sin α, mais ce n’est pas le cas. En effet, cette façon de procéder n’est applicable qu’au moment précis où l’angle azimutal entre le soleil et la paroi est nul (c’est-à-dire, pour une paroi exposée à l’ouest, au moment où le soleil passe à l’ouest). Il faut encore tenir compte de cet angle azimutal β déterminé par l’orientation de la paroi


et la position du soleil. On effectuera donc, pour la composante verticale, le calcul comme pour un mur vertical, en affectant le résultat obtenu d’un coefficient sin α * cos β.

Pour la partie « conduction », ces coefficients doivent être appliqués non pas

directement au CLTD corrigé de la paroi, mais au CLTD brut : en effet, le CLTD corrigé est augmenté de 3.9°C, qui est la différence entre les températures standard extérieure (29.4°C) et intérieure (25.5°C) ; cette différence de température est fixe et il n’y a aucune raison de l’affecter d’un coefficient lié à l’inclinaison de la paroi.

Le groupe de mur vertical utilisé pour ce calcul est donné par le tableau

suivant :

Groupe du plafond incliné Groupe du mur utilisé 1 (plafond très léger) G (mur très léger) 2 G 3 F 4 F 5 E 6 E 7 D 8 D 9 C 10 C 11 B 12 B 13 (plafond très lourd) A (mur très lourd)

4.3. Calcul de l’affaiblissement global Le coefficient d’affaiblissement global affecté à une paroi, compris entre 0 et 1,

est donné pour une heure et un mois fixés par :

Aff = AffP * AffB * AffH

avec : AppP : coefficient d’affaiblissement dû aux masques proches. AppB : coefficient d’affaiblissement dû au brise-soleil. AppH : coefficient d’affaiblissement dû à l’ombrage par l’horizon.


4.4. Prise en compte d’un masque proche (flanc ou casquette)

Un masque proche est pris en compte par l’intermédiaire d’un facteur

d’affaiblissement. Ce facteur d’affaiblissement intervient comme facteur multiplicatif direct des apports. Il est égal à 1 en l’absence de masque.

Les flancs et les casquettes ne peuvent être pris en compte que lorsque le masque a été saisi dans le catalogue, puis récupéré directement lors de la définition du local (procédé d’ailleurs obligatoire si vous effectuez parallèlement un calcul de RT 2012) :

En récupérant directement l’occurrence « Avec » de la menuiserie « Fenêtre bois », vous activez la prise en compte des masques. Notez que cette menuiserie est déclinée en trois versions : « Petite » (1.20 m x 1.00 m), « Avec » (1.20 m x 1.40 m) et « Sans » (identique à « Avec », mais sans masques). Vous pouvez ainsi définir plusieurs menuiseries techniquement identiques, mais différemment masquées.


Pour les parois hétérogènes et les menuiseries saisies par toute autre méthode il

n’y a pas de masque proche. Notez que les coefficients « f » et « h » qui apparaissent dans le tableur des composants du local ne concernent que le calcul réglementaire et n’ont pas d’influence sur les calculs d’apports et de dérives de températures.

De 1 h (solaire) à 5 h on considère qu’il n’y a pas d’affaiblissement dû aux

masques proches (facteur d’affaiblissement = 1). Si le soleil fait un angle de plus de 75° avec la normale à la paroi, on reprend

l’affaiblissement de l’heure précédente. De 19 h à 0 h c’est la valeur calculée pour 18 h qui est utilisée.

De 6 h à 18 h, l’affaiblissement est le produit de trois termes : l’affaiblissement

dû à la casquette, l’affaiblissement dû au flanc gauche et l’affaiblissement dû au flanc droit. À titre d’exemple, voici la méthode utilisée pour le calcul d’une casquette située immédiatement au-dessus de la menuiserie lorsque le soleil fait directement face à la paroi :

L est l’avancée de la casquette, H la hauteur de la menuiserie, β la hauteur du

soleil au-dessus de l’horizon. On voit que le masque intercepte les apports solaires directs au-dessus du point C. L’affaiblissement est donc donné par :


Aff = 1 – L / H * tan β L’affaiblissement est différent lorsque la casquette est décalée au-dessus de la

menuiserie et se comporte partiellement comme un flanc. Pour ce calcul il faut également tenir compte de l’angle azimutal φ entre le soleil et la normale à la paroi. On a alors :

Aff = 1 – L / H * tan β / cos φ

4.5. Prise en compte d’un brise-soleil Un brise-soleil est caractérisé par :

- l’écartement E entre les lames (en cm) ;

- l’angle α des lames avec l’horizontale (en degrés) ; - la profondeur P des lames (en cm).

On calcule pour chaque heure un facteur d’affaiblissement dû au brise-soleil. Le principe est le même que pour les masques proches :

De 1 h (solaire) à 5 h on considère qu’il n’y a pas d’affaiblissement (facteur d’affaiblissement = 1).

Si le soleil fait un angle de plus de 75° avec la normale à la paroi, on reprend l’affaiblissement de l’heure précédente. De 19 h à 0 h c’est la valeur calculée pour 18 h qui est utilisée.


De 6 h à 18 h, l’affaiblissement est calculé en fonction des caractéristiques du brise-soleil et fait intervenir deux termes :

- un terme correspondant à la zone totalement masquée par la lame (P sin α). - un terme correspondant à la zone partiellement masquée. Pour cette zone la

lame se comporte comme une casquette (voir le schéma au paragraphe « Prise en compte d’un masque proche »). On en tire l’affaiblissement global :

Aff = 1 – ( P sin α + P cos α * tan β cos φ) / E

Avec : P : profondeur des lames. E : écartement entre les lames. α : angle des lames avec l’horizontale. β : hauteur du soleil au-dessus de l’horizon. φ : angle azimutal entre le soleil et la normale à la paroi. On calcule également un facteur d’affaiblissement pour la partie opaque de la

paroi. Ce facteur d’affaiblissement est amorti (lissé) sur la journée. Il est donné par :

AffOpaque = 1 – Affm / Hsa


AffOpaque : facteur d’affaiblissement. Affm : affaiblissement moyen calculé sur la période où le soleil est actif. Hsa : nombre d’heures où le soleil est actif. Le soleil est considéré comme actif s’il est au-dessus de l’horizon et fait avec la

normale à la paroi un angle inférieur ou égal à 75°. 4.6. Prise en compte d’un ombrage par l’horizon Un ombrage par l’horizon est pris en compte par l’intermédiaire d’un facteur

d’affaiblissement. Ce facteur d’affaiblissement est calculé différemment pour les parois opaques et pour les parties vitrées. Il intervient comme facteur multiplicatif direct des apports. Il est égal à 1 en l’absence de masque.

4.6.1. Facteur d’affaiblissement pour les parties opaques (plafonds, murs, portes, parties opaques des parois hétérogènes)

L’affaiblissement dû aux ombrages par l’horizon pour les parois opaques est

amorti (lissé) sur la journée. Il est donné par :

AffOpaque = 1 – Hma / Hsa AffOpaque : facteur d’affaiblissement. Hma : nombre d’heures où le masque est actif. Hsa : nombre d’heures où le soleil est actif.

Le soleil est considéré comme actif s’il est au-dessus de l’horizon et fait avec la normale à la paroi un angle inférieur ou égal à 75°.

Le masque est considéré comme actif s’il s’interpose entre le soleil et la paroi à

un moment où le soleil est actif.

4.6.2. Facteur d’affaiblissement pour les parties vitrées

(fenêtres, parties vitrées des parois hétérogènes) De 1 h à 6 h, on considère qu’il n’y a pas d’affaiblissement. Le facteur

d’affaiblissement pour les vitrages est calculé de 7 à 18 heures (solaires). Si à une heure donnée le masque est actif (s’il s’interpose entre le soleil et la paroi), le facteur d’affaiblissement est égal à 0. De 19 h à 0 h, on introduit un petit facteur


inertiel en utilisant la valeur calculée pour 18 h. Cette disposition évite de se lancer dans des calculs faisant intervenir trop d’éléments aléatoires (affaiblissement supplémentaire dû à l’atmosphère lorsque le soleil est bas sur l’horizon, masques de faible hauteur qui n’ont pas été saisis, réfraction, etc.).

5. Renouvellement d’air et infiltrations D’une manière générale, les apports par l’air entrant sont donnés par :

Appair = M * ΔH

avec :

M : masse de l’air entrant en g/s ; ΔH : différence d’enthalpie entre l’air extérieur et l’air intérieur (en kJ/kg d’air).

5.1. Utilitaires de calcul

ENTHALPIE SENSIBLE L’enthalpie spécifique sensible de l’air à la température T est donnée par :

Hs = ca * T (T en °C, Hs en kJ/kg) Pour ca, qui est la capacité calorifique de l’air pour des températures comprises

entre -20°C et 50°C, on retient une valeur de 1.006 kJ/(kg.K).

ENTHALPIE LATENTE L’enthalpie spécifique latente de l’air à la température T et pour un poids d’eau

W est donnée par :

Hl = W * (2501 + 1.805 * T) (T en °C, W en kg/kg d’air sec, Hl en kJ/kg)

[2501 est la chaleur de vaporisation de l’eau, en kJ/kg ; 1.805 est la chaleur

massique de la vapeur d’eau, en kJ/(kg.K)]


PRESSION ATMOSPHÉRIQUE Elle est calculée en fonction de l’altitude :

PressionAtm = 101325 * exp ( ln ( 1-0.0000225577 * Alt ) * 5.2559 )

où Alt est l’altitude en mètres.

VOLUME SPÉCIFIQUE DE L’AIR Le volume spécifique de l’air est calculé pour chaque mois et chaque heure de

la période de calcul. Il dépend de l’altitude et du poids d’eau. Il est donné par :

Vspec = 461.520 * ( 0.621978 + W ) * ( T + 273.15 ) / PressionAtm(Alt)

avec : T : température de l’air en °C. W : poids d’eau en g/kg d’air sec. PressionAtm(Alt) : pression atmosphérique à l’altitude du site.

5.2. Les infiltrations Vous renseignez la valeur des infiltrations dans les caractéristiques du local,

sur la base d’une proposition effectuée à partir du rapport infiltrations été / infiltrations hiver que vous avez saisi dans les caractéristiques générales du bâtiment. En France métropolitaine, la répartition annuelle des vents fait que les infiltrations été sont généralement inférieures aux infiltrations hiver ; en l’absence d’indications contraires, on peut utiliser un rapport été/hiver de 0.5.

Les apports sensibles par les infiltrations sont donnés par :

AppsInf = Minf * ΔHs avec : Minf : masse de l’air d’infiltration en g/s. ΔHs : différence d’enthalpie sensible entre l’air extérieur et l’air intérieur (en kJ/kg d’air).


Exemple : calcul des apports par l’air d’infiltration avec les données

suivantes :

Température extérieure = 31°C Poids d’eau extérieur = 0.001246 kg/kg Altitude = 430 m Température intérieure = 26°C Poids d’eau intérieur = 0.01190 kg/kg Débit d’infiltration = 30 m³/h Masse volumique de l’air dans ces conditions = 1.0796 kg/m³ (valeur calculée par le logiciel) Enthalpie sensible de l’air extérieur : Eext = 1.006 * 31 = 31.186 kJ/kg Enthalpie sensible de l’air intérieur : Eint = 1.006 * 26 = 26.156 kJ/kg D’où ΔHs = 31.186 – 26.156 = 5.030 kJ/kg Minf = 30 * 1.0796 / 3.6 = 8.997 g/s D’où AppsInf = 8.997 * 5.030 = 45 W

Les apports latents par les infiltrations sont donnés par :

ApplInf = Minf * ∆Hi

avec : Minf : masse de l’air d’infiltration en g/s. ∆Hi : différence d’enthalpie latente entre l’air extérieur et l’air intérieur (en

kJ/kg d’air) Exemple : (mêmes conditions que précédemment) Enthalpie latente de l’air extérieur = Eext = 0.01246 * (2501 + 1.805 * 31) = 31.860 kJ/kg Enthalpie latente de l’air intérieur = Eint = 0.01190 * (2501 + 1.805 * 26) = 30.320 kJ/kg D’où ∆Hi = 31.860 – 30.320 = 1.540 kJ/kg D’où ApplInf = 8.997 * 1.540 = 14 W 5.3. Le renouvellement d’air


Tout le problème consiste à bien cerner le débit pris en compte pour ce calcul.

En premier lieu cela dépend de l’option que vous choisissez dans les caractéristiques générales du bâtiment. Pour ce calcul vous pouvez en effet utiliser :

Le Qv calculé, qui tient compte des débits de fuite et des incertitudes sur les dispositifs de ventilation.

Le Qv de base. Le Qv est calculé suivant les règles RT 2000 ou les règles RT 2005, suivant la

nature de votre étude. Il est possible, bien entendu, de calculer les apports sans effectuer de calcul réglementaire. Le logiciel continuera à calculer correctement le Qv utilisé pour les apports, même si par inadvertance vous n’avez pas acquis le module réglementaire. Il est donc possible qu’une différence mineure intervienne sur les apports lorsque vous transformez une étude RT 2000 en RT 2005 (attention, les champs à renseigner ne sont pas les mêmes dans les deux cas). Lorsque vous n’avez pas l’intention d’effectuer simultanément un calcul réglementaire, nous vous conseillons de choisir « RT 2005 » comme type d’étude, nous pourrons ainsi vous renseigner plus facilement en cas de problème.

VALEURS PAR DÉFAUT

Dans certains cas, une partie des données nécessaires au calcul ne sont pas disponibles (notamment dans le cadre d’une étude en RT 2000). Le logiciel utilise alors les valeurs par défaut suivantes :

Température de soufflage : 13°C Température de préchauffage : 20°C

Hygrométrie de sortie de la centrale : 95 %


INFLUENCE DU SYSTÈME D’ÉMISSION

Si l’émission est assurée par des ventilo-convecteurs ou un système spécial, la température de soufflage est définie avec le système d’émission.

Dans le cadre d’une étude en RT 2000, la notion de système d’émission n’existe pas. On considère que l’émission est assurée par des ventilo-convecteurs.

Afin d’éviter une incohérence, la température de soufflage prise en compte pour le calcul ne peut être supérieure à (Tint – 1), où Tint est la température intérieure été du local en cours de calcul.

INFLUENCE D’UN ÉCHANGEUR DE CHALEUR On suppose que l’échangeur ne fonctionne que si la température intérieure est

inférieure à la température extérieure. La température à la sortie de l’échangeur, à chaque heure d’un mois donné, est calculée en fonction de la température intérieure, de la température extérieure et de l’efficacité suivant la formule :

TSortieEch = TExt – Max (TExt - Tint,0) * Eff / 100

On calcule alors les apports par le système de ventilation suivant la formule habituelle, à partir de la masse d’air apportée et des enthalpies sensibles :

AppSensibles = Mv * [ Hs(TSortieEch) - Hs(TIntEte) ] La présence d’un échangeur n’a pas d’influence sur l’hygrométrie, et les

apports latents sont donc donnés par la différence des enthalpies latentes : AppLatents = Mv * [ Hl(TExt,PoidsEauExt) – Hl(Tint,PoidsEauInt) ]


PRISE EN COMPTE D’UN PRÉRAFRAÎCHISSEMENT

Dans ce cas les apports totaux ne sont pas changés, mais ClimaWin calcule la part prise en charge au niveau de la centrale :

ChargeSensible = Mv * [ Hs(T0) – Hs(Tint) ]

où T0 est le minimum de la température de soufflage et de la température de

sortie de l’échangeur (s’il y en a un).

ChargeLatente = Mv * [ Min (Hls,Hle)- Hl(Tint,PoidsEauInt) ] où Hle est l’enthalpie latente aux conditions extérieures et Hls l’enthalpie

latente aux conditions du soufflage, en supposant une hygrométrie de sortie de 95 % :

Hls = EnthalpieLatente [ TSoufflage, PoidsEau(TSoufflage, 95, Altitude) ]

6. Le calcul d’hygrométrie L’hygrométrie intérieure peut être gérée par l’un ou l’autre des moyens

suivants, à votre choix :

Calcul par le logiciel. Contrôle de l’hygrométrie : valeur que vous fixez (option non disponible en

logement). Dans le premier cas, l’hygrométrie intérieure fait l’objet d’un calcul heure par

heure sur tous les mois de calcul. C’est la valeur la plus forte de l’humidité relative (en %) qui est retenue.

PRISE EN COMPTE DES INFILTRATIONS

Vous saisissez les infiltrations pour chaque local et elles sont toujours prises en compte. Il vous appartient donc de bien saisir une valeur nulle lorsqu’il n’y a pas d’infiltrations (notamment en cas de surpression).


AIR ENTRANT – INFLUENCE DU SYSTÈME D’ÉMISSION

L’air entrant pris en compte varie en fonction du système d’émission utilisé (le

choix du système d’émission est effectué dans le local) :

Un plancher froid ou un plafond froid n’a aucune influence sur l’air de ventilation. L’air entrant est alors constitué de deux composantes : le renouvellement d’air et les infiltrations.

Avec des ventilo-convecteurs, une CTA ou un système spécial, il faut tenir

compte de la température de soufflage définie dans le système d’émission et de la déshumidification effectuée par le système.

Attention : l’hygrométrie indiquée dans la zone de résultats est

l’hygrométrie maximale, mais elle ne survient pas obligatoirement au moment du maximum des apports. Si vous imprimez les résultats d’un local au mois et à l’heure de son maximum, ne soyez donc pas surpris

de ne pas retrouver l’hygrométrie affichée.

SSSCCCHHHÉÉÉMMMAAA DDDEEE PPPRRRIIINNNCCCIIIPPPEEE

ÉQUILIBRE

Apports latents AL

Apports sensibles AS

méch : air sortant de l’échangeur

ms : air soufflé

mpré : air préchauffé mext : air extérieur (dont infiltration

et entrée par dépression)


6.1. Calcul de l’humidité du mélange On mélange m1 kg d’air sec pris dans les conditions de température et

d’humidité (t1 w1) avec m2 kg d’air sec pris dans les conditions de température et d’humidité (t2 w2).

On obtient donc (m1 + m2) kg d’air sec. La conservation de la quantité d’eau donne le taux d’humidité du mélange :

21

2211mél mm

wmwmw++

= (1)

Et la conservation de la quantité de chaleur donne la température du mélange :

2211

222111mél m]w1,805[1,006m]w1,805[1,006

mt]w1,805[1,006mt]w1,805[1,006t

⋅⋅++⋅⋅+⋅⋅⋅++⋅⋅⋅+

= (2)

On vérifie avec ces valeurs la conservation de l’enthalpie.

NOTATIONS ET CONSTANTES • représente une masse exprimée en kg ; • représente une température exprimée en °C ; • représente une humidité exprimée en kg d’eau par kg d’air sec ;

• l’indice ext caractérise les données relatives à l’air extérieur (infiltration ou

entrée par dépression) ; • l’indice éch caractérise les données relatives à l’air sortant de l’échangeur ; • l’indice s caractérise les données relatives à l’air soufflé ; • l’indice i caractérise les données relatives à l’air intérieur ; • l’indice pré caractérise les données relatives à l’air prétraité (prérafraîchi) ; • l’indice cli caractérise les données relatives à l’air neuf traversant le système de

climatisation ; • l’indice mél caractérise les données relatives à un mélange d’air ;

• 1.006 est la capacité calorifique de l’air sec exprimée en kJ.kg-1.K-1 ; • 1.805 est la capacité calorifique de la vapeur d’eau exprimée en kJ.kg-1.K-1 ; • 2501 est la chaleur latente de vaporisation exprimée en kJ.kg-1.


6.2. Cas d’un local sans arrivée d’air extérieur Nous nous proposons de calculer la masse d’air à souffler (ms) et le taux

d’humidité intérieur (wi). Les apports latents et sensibles devant être combattus par l’air de climatisation, nous pouvons écrire pour les apports sensibles :

sSiS A)t(t1,006m =−⋅⋅ (3)

et pour les apports latents :

LSSiiSiS A))twt1,805(w)w(w(2501m =−+−⋅⋅ (4)

AS+AL correspond à la variation d’enthalpie de l’air de climatisation. La première équation nous permet de calculer ms et la seconde wi. La masse de

soufflage ms est immédiatement déduite de l’équation des apports sensibles :

)t(t1,006A

msi

SS −⋅

= (5)

En reportant cette valeur dans l’équation (4), on obtient :

S

SiLSSii A

)t(t1,006A)t1,805(2501w)t1,805(2501w −⋅⋅=⋅+⋅−⋅+⋅ (6)

d’où l’on tire :

i

SSSiS

L

i t1,8052501

)t1,805(2501w)t(t1,006AA

w⋅+

⋅+⋅+−⋅⋅= (7)

Dans la suite de ce document, nous noterons C(t) la quantité [2501 + 1.805 t]. C’est la chaleur latente totale de la vapeur d’eau à la température t.

Moyennant quoi l’équation (7) s’écrit :

)(

)()(006,1

i

SSSiS

L

i tC

tCwttAA

w⋅+−⋅⋅

= (8)

ou encore :


)()(

)(

)(

iS

SSSL

i

SSS

L

i tCmtCwmA

tC

tCwmA

w⋅

⋅⋅+=

⋅+= (9)

C’est un cas particulier de la relation que l’on va trouver dans le cas d’un local

climatisé avec arrivée d’air extérieur, que nous traitons immédiatement ci-dessous.

6.3. Cas d’un local climatisé avec une arrivée d’air

extérieur C’est le cas d’une centrale de traitement d’air avec arrivée d’air extérieur par

infiltration ou d’un autre système sans traitement de l’air neuf. Les équilibres entre apports et débits d’air donnent les équations suivantes :

SéchiéchextiextSiS A)t(t1,006m)t(t1,006m)t(t1,006m =−⋅⋅+−⋅⋅+−⋅⋅ (10)

Léchéchiiéchiéch

extextiiextiext

SSiiSi

A))twt(w1,805)w(w(2501m))twt(w1,805)w(w(2501m

))twt(w1,805)w(w(2501ms

=−⋅+−⋅⋅+

−⋅+−⋅⋅+

−⋅+−⋅⋅

(11)

La première équation permet de déterminer la masse de soufflage :

)(006,1)(006,1).(006,1

si

échiéchextiext

ttttmttmAs

ms−⋅

−⋅⋅−−⋅−= (12)

La deuxième équation permet de déterminer l’humidité intérieure :

)805,12501()()805,12501()805,12501()805,12501(

iéchextS

échéchéchextextextSSSLi tmmm

twmtwmtwmAw⋅+⋅++

⋅+⋅+⋅+⋅+⋅+⋅+= (13)

soit

)()()()()(

iéchextS

échéchéchextextextSSSLi tCmmm

tCwmtCwmtCwmAw

⋅++⋅⋅+⋅+⋅+

= (14)

L’hygrométrie du mélange (air de ventilation et air intérieur) est donnée par :

S

cliextcliSimél m

mwmmww

⋅+−⋅=

)( (15)


En l’absence de CTA on a bien sûr wmél = wi . Dans le cas d’une CTA, en toute rigueur, il faudrait calculer une wmél moyenne

pour tous les locaux desservis par la CTA. Lorsqu’il y a déshumidification, on prend pour valeur de l’hygrométrie de

soufflage )95,t(ww ss = . On calcule ensuite wi puis wmél comme ci-dessus. Pour vérifier la cohérence, on teste que l’on a bien Smél ww ≥ .

Dans le cas contraire, cela signifie qu’il n’y a pas de déshumidification et on peut écrire :

S

cliextcliSimélS m

mwmmwww

⋅+−⋅==

)( (16)

Dans ce cas, la formule (14) ne peut pas être utilisée pour calculer wi puisque

l’hygrométrie de soufflage ws dépend maintenant elle-même de l’hygrométrie intérieure wi..

Reprenons le calcul à partir de cette même formule (14) en utilisant pour ws son expression de la formule (16). On obtient :

)()()())(().()(

échéchéchextextext

ScliextcliSiLiiéchexts

tCwmtCwmtCmwmmwAwtCmmm

⋅+⋅+⋅+−⋅+=⋅++

(17)

d’où l’on tire :

)()()()]()()()[(

échéchéchextextext

SextcliLScliSiéchextSi

tCwmtCwmtCwmAtCmmtCmmmw

⋅+⋅+⋅+=⋅−−⋅++

(18)

et finalement :

)()()()(

)()()(

SScliiéchextS

échéchéchextextextSextcliLi tCmmtCmmm

tCwmtCwmtCwmAw

⋅−+⋅++⋅+⋅+⋅+

= (19)

Dans le cas où il n’y a pas de CTA, on peut écrire :

))()(()()()()(

Sisiéchext

échéchéchextextextLi tCtCmtCmm

tCwmtCwmAw

−⋅+⋅+⋅+⋅+

= (20)


6.4. Cas d’un local climatisé (hors CTA) avec une

arrivée d’air extérieur et un prétraitement de l’air neuf

Les équations d’équilibre deviennent :

SpréiprééchiéchextiextSiS A)tt(006,1m)tt(006,1m)tt(006,1m)tt(006,1m =−⋅⋅+−⋅⋅+−⋅⋅+−⋅⋅ (21)

Lprépréii

préiprééchéchiiéchiéch

extextiiextiextSSiiSi

A))twtw(805,1)ww(2501(m))twtw(805,1)ww(2501(m

))twtw(805,1)ww(2501(m))twtw(805,1)ww(2501(ms

=−⋅+

−⋅⋅+−⋅+−⋅⋅+

−⋅+−⋅⋅+−⋅+−⋅⋅ (22)

L’équation (21) permet de déterminer la masse de soufflage :

)tt(006,1)tt(006,1m)tt(006,1m)tt.(006,1mAs

mssi

préipréechiéchextiext

−⋅

−⋅⋅−−⋅⋅−−⋅−=

(23)

L’équation (22) permet de déterminer l’humidité intérieure :

)t(C)mmmm()t(Cwm)t(Cwm)t(Cwm)t(CwmA

wiprééchextS

prépréprééchéchéchextextextSssLi ⋅+++

⋅+⋅+⋅+⋅+=

(24)

Dans le système de prérafraîchissement, il peut y avoir ou pas

déshumidification et on prend )]95,(,min[ préextpré twww = .

On doit comme dans le cas précédent calculer l’hygrométrie du mélange :

s

cliextclisimél m

mwmmww

⋅+−⋅=

)( (25)

Dans un premier temps on prend )95,( ss tww = et en fin de calcul on vérifie que

smél ww ≥ .

Lorsque ce n’est pas le cas, ici encore on prend ws = wmél et un calcul similaire à celui du cas précédent amène à :


)t(C)mm()mmmm()t(C)t(Cwm)t(Cwm)t(Cwm)t(CwmA

wSsystsprééchextSi

prépréprééchéchéchextextextSextsystLi ⋅−−+++⋅

⋅+⋅+⋅+⋅+=

(26)

Et en l’absence de CTA :

)()()()()()(

SsiprééchextS

prépréprééchéchéchextextextLi tCmtCmmmm

tCwmtCwmtCwmAw

⋅−⋅+++

⋅+⋅+⋅+=

(27)

6.5. Comparaison avec la méthode de la RT 2005 La méthode de calcul de l’hygrométrie utilisée par la RT 2005 est exposée au

paragraphe 12.4 des règles Th-CE 2005.

L’élément central du calcul est ici l’émetteur et non le local, mais cela revient au même que la méthode BBS dans la mesure où la RT 2005 ne permet pas la prise en compte de deux systèmes d’émission différents dans un même local.

Comme la méthode présentée ici, elle néglige l’inertie hygroscopique des locaux.

Pour la méthode RT 2005, le prérafraîchissement et les propriétés de l’échangeur ne sont pas des éléments directs du calcul. Le calcul est directement basé sur la température de distribution, prise forfaitairement en fonction de la classe de distribution en froid. La batterie est représentée à l’aide d’un facteur de bypass : on considère que l’air sortant de la batterie est un mélange d’air à saturation à la température de la batterie et d’air non affecté par son passage.

L’hygrométrie intérieure instantanée est obtenue par intégration de l’équation des équilibres instantanés (équation 102). Dans le cas où l’action du système de climatisation se traduit par une déshumidification, on calcule avec le modèle de non déshumidification jusqu’à ce qu’on atteigne la saturation à la température de batterie, et on calcule sur le reste de l’heure avec le modèle de déshumidification.


6.6. Exemples pour le calcul d’hygrométrie

6.6.1. Local sans arrivée directe d’air extérieur Calcul dans les conditions suivantes :

Soufflage : 19°C. Température intérieure : 26°C. Altitude : 401 m. Apports sensibles internes et par l’enveloppe : 12517 W. Apports latents internes : 3750 W.

)t(t1,006A

msi

SS −⋅

= (5)

ms = 12517 / [1.006 * (26 - 19)] = 1777 C(ti) = [2501+1.805 * 26] = 2548 C(ts) = [2501+1.805 * 19] = 2535 ws (19°C, 95 %, 401) = 0.0137

)()(

)(

)(

iS

SSSL

i

SSS

L

i tCmtCwmA

tC

tCwmA

w⋅

⋅⋅+=

⋅+= (9)

L’hygrométrie intérieure est donc égale à : wi = (3750 + 1777 * 0.0137 * 2535) / 1777 / 2548 = 0.0145 kg/kg.

6.6.2. Local climatisé avec arrivée directe d’air extérieur Soufflage : 19°C. Température intérieure : 26°C. Altitude : 401 m. Apports sensibles internes et par l’enveloppe : 12517 W. Apports latents internes : 3750 W. Infiltrations : 50 m3/h. Débit soufflé : 100 m3/h. Efficacité de l’échangeur : 70 %. Pas de déshumidification.


La température extérieure à l’heure considérée (calculée à partir des

caractéristiques du site en fonction de la température maximale et de l’écart journalier de température) est text = 30.58°C.

L’hygrométrie extérieure (définie avec le site) est wext = 0.0124 kg/kg.

)(006,1)(006,1).(006,1

si

échiéchextiext

ttttmttmAs

ms−⋅

−⋅⋅−−⋅−= (12)

mext = 50 * 1.086 / 3,6 = 15.09 (1.086 est la masse volumique de l’air à la température extérieure)

téch = 26 * 0.7 + 30.58 * 0.3 = 27.37 °C méch = 100 * 1.086 / 3.6 = 30.17 ms = [ 12517 - 15.09 * 1.006 * (26 - 30.58) - 30.17 * 1.006 * (26 - 27.37) ] / [ 1.006 * (26 - 19) ] = 1793 C(ti) = [2501 + 1.805 * 26] = 2548 C(ts) = [2501 + 1.805 * 19] = 2535 C(text) = [2501 + 1.805 * 30.58] = 2556 C(téch) = [2501 + 1.805 * 27.37] = 2550 ws (19 °C, 95 %, 401 m) = 0.0137

)()()()()(

iéchextS

échéchéchextextextSSSLi tCmmm

tCwmtCwmtCwmAw

⋅++⋅⋅+⋅+⋅+

= (14)

wéch = wext = 0.0124 wi = (3750 + 1793 * 0.0137 * 2535 +15.09 * 0.0124 * 2556 + 30.17 * 0.0124 * 2550) / (1793+15.09 + 30.17) / 2548 = 0.0144 kg/kg


7. Particularités du calcul

7.1. Réduction des apports par pièce Cette option, disponible au niveau des caractéristiques générales du bâtiment,

reproduit une disposition de l’Ashrae qui permet de tenir compte des échanges de chaleur entre les locaux, en partant du principe que les apports ne sont pas simultanément maximaux partout. Il ne faut donc manifestement pas l’employer lorsque les apports des différents locaux présentent une forte simultanéité. Le coefficient de réduction est donné pour chaque local :

F = Max ( 1 - 0.0116 * SommeKA / SommeLongueurs, 0.9 )

avec :

SommeLongueurs : somme des longueurs des parois verticales du local

donnant sur d’autres espaces du bâtiment. SommeKA : somme des produits des aires de ces mêmes parois verticales par

leurs coefficients surfaciques. Il est donc important, si vous comptez utiliser la réduction des apports par

pièce, de bien saisir les murs intérieurs, même s’ils n’interviennent que très faiblement dans la charge thermique des locaux.

NB : Si vous utilisez l’option de réduction des apports par pièce, les

apports totaux de l’ensemble de locaux seront supérieurs à la somme des apports des locaux dont il est constitué. Vous ne devez donc pas utiliser cette fonction pour des ensembles de locaux ne comportant

chacun qu’un seul local, sous peine d’obtenir un résultat embrouillé et difficilement exploitable.

Ne confondez pas ce facteur de réduction avec le coefficient f, saisi avec les

caractéristiques du local et qui est appliqué aux parois opaques.


7.2. Apports du local / charges au niveau de la centrale

En présence d’une CTA, ClimaWin distingue :

Les apports globaux : c’est la puissance nécessaire pour compenser les apports internes, les apports par l’enveloppe et les apports par l’air extérieur. C’est le besoin total en climatisation.

Les apports des locaux : c’est le besoin non traité dans la centrale. En

l’absence de CTA il est égal aux apports totaux.

Les apports traités au niveau de la centrale : ce sont les apports compensés par la présence d’un échangeur et/ou par rafraîchissement de l’air dans la centrale.

8. La méthode Climcréole La méthode Climcréole a été développée en 1995 (logiciel Réverdom), en

liaison avec le CSTB, afin de calculer au mieux les apports en Martinique, en Guadeloupe, en Guyane française. Mais bien entendu elle donne aussi des résultats satisfaisants pour tous les climats comparables. Ses spécificités sont les suivantes :

Utilisation des valeurs de CLTD spécifiques aux DROM à la place des

valeurs génériques de la méthode Ashrae. Utilisation des valeurs de SHGF spécifiques aux DROM, les valeurs de Clf

n’étant pas modifiées.

Pour les parois ventilées les apports par conduction sont réduits.

Le CSTB a pu établir le rayonnement global incident sur les parois pour un ciel clair et pour un ciel diffus. Il est donc possible de calculer dans l’un et l’autre cas, ce choix s’effectuant lors de la saisie des caractéristiques du site. Le facteur de luminosité utilisé dans le cadre de la méthode Ashrae n’intervient pas.


LES PAROIS VENTILÉES DANS LE CADRE DE LA MÉTHODE CLIMCRÉOLE

Pour une paroi ventilée la différence de température équivalente est réduite de

70 % :

CltdGlobal = 3.9 + 0.3 * ( Cltd - 3.9 ) Cltd est calculé de manière classique avec les valeurs spécifiques aux DROM

(voir le paragraphe « Apports par conduction pour les parois opaques »). Le terme « 3.9 », représentant la différence de température standard entre l’extérieur et l’intérieur, est préalablement soustrait car il est bien évident que cette valeur ne doit pas être affectée par la réduction de 70 % de Cltd.

9. Questions / réponses Q : J’ai saisi des apports par l’éclairage de 100 W et je trouve des apports

maximaux par l’éclairage de 94 W. Les apports maximaux ne devraient-ils pas être égaux à 100 W ?

R : C’est à cause de l’amortissement : imaginez un local éclairé par une lampe

de 100 W de 14 à 16 heures. L’énergie thermique totale produite par la lampe sera de 2 x 100 = 200 Wh. Placez-vous maintenant à 16 h 10, un peu après l’extinction de la lampe. La lampe est encore à une température nettement supérieure à la température ambiante, et continue à transmettre une certaine énergie thermique au local. Comme cette énergie est forcément prise sur les 200 Wh produits entre 14 et 16 heures, on en déduit que les apports moyens durant la période d’éclairage sont inférieurs à la puissance nominale de la lampe.

On affecte donc les apports internes d’un coefficient d’amortissement Clf (cooling load factor) inférieur à 1 (les apports latents ne sont pas concernés par ce coefficient). Ce facteur de charge varie en fonction de la durée du processus (ici la durée d’éclairage), du temps écoulé depuis le début du processus, et il dépend aussi de la classe d’amortissement que vous avez choisie. Cette classe d’amortissement est déterminée par la nature des planchers, la nature des cloisons, le revêtement de sol et/ou la présence de voilages intérieurs.

Cette méthode de calcul peut produire un résultat en apparence assez paradoxal : les apports à 9 h du matin sont plus forts si l’éclairage va de 8 h à 13 h que s’il va de 8 h à 12 h. En effet, l’amortissement s’effectue sur 24 heures et à 9 h on récupère une fraction plus ou moins importante des apports de la veille.


Q : Mes apports proviennent pour 80 % de l’ensoleillement et j’obtiens un

maximum à 23 heures, bien après le coucher du soleil. Je m’attendais plutôt à un maximum à 17 heures. Le calcul n’est-il pas complètement erroné ?

R : Non ! C’est à cause de l’amortissement intégré à la méthode CLTD/CLF. En

raison de l’inertie thermique du bâtiment, les apports perçus présentent un décalage de plusieurs heures avec les apports reçus et le maximum de chaleur peut arriver au milieu de la nuit (référez-vous à votre expérience personnelle des périodes caniculaires…). Par ailleurs les parois lourdes, celles des groupes A et B, restituent le maximum de chaleur vers une heure du matin. Et n’oubliez pas non plus que les apports internes sont soumis à un facteur de charge : les apports par les occupants, par exemple, continuent à être ressentis après le départ des dits occupants.

Q : Mon bâtiment regarde le nord-ouest et les apports par rayonnement

semblent très élevés pour une telle orientation. R : N’oubliez pas que pour une latitude moyenne le soleil se couche à peu près

au nord-ouest au solstice d’été. Ce résultat n’est pas systématique, mais il n’est pas anormal.

Q : Comment se fait-il que pour un calcul à la Martinique j’obtienne des

apports de 4 700 W par temps clair et de 5 000 W par temps couvert ? R : Nous n’aurions pas intégré un calcul par temps couvert si cela n’arrivait

jamais ! Le rayonnement diffus est très important dans ces régions, notamment en raison de la proximité de la mer, et l’intégration de ce phénomène est précisément un des objectifs de la méthode Climcréole.

Q : La somme des apports des locaux est supérieure aux apports totaux de

l’unité. Comment est-ce possible ? R : Certains de vos locaux sont définis comme « non climatisés ». Leurs apports

sont donnés à titre indicatif mais ne sont pas comptabilisés dans le total de l’unité.


Q : Les occupants m’apportent 150 W à 19 h alors que le local n’est occupé que jusqu’à 18 h.

R : C’est à cause du facteur de charge Clf : les apports internes ne sont reçus par

la pièce qu’avec un certain retard, et continuent à se répandre même après le départ des occupants.

Lorsque vous utiliserez la méthode RTS, vous constaterez l’apparition d’une étrangeté bien plus grande, les apports par les occupants donnant l’impression d’apparaître AVANT le début de l’occupation !

Q : Le maximum tombe en janvier à une heure du matin ! R : Cela peut se produire essentiellement dans deux cas : pour un local à

occupation permanente dépourvu d’autres apports (local entièrement cerné par d’autres locaux), les apports sont constants pour la journée et le logiciel indique « 1 h en janvier », tout comme il pourrait indiquer n’importe quel autre moment de la journée et de l’année. Mais les apports solaires peuvent également se trouver à l’origine d’un maximum nocturne, à cause de l’effet d’amortissement.

Q : ClimaWin travaille-t-il en heures légales ou en heures solaires ? R : En heures légales. Pour un site à l’étranger, les caractéristiques horaires

légales sont saisies avec les caractéristiques du site et le changement d’heure est censé s’effectuer fin mars et fin octobre. Dans les sites traités par Climcréole et plus généralement en France ultramarine (à l’exception de Saint-Pierre et Miquelon), il n’y a pas d’heure d’été.

Q : Le maximum d’apports pour ma paroi exposée au nord est négatif et il est

atteint à 3 h en juillet ! R : Pour une paroi lourde, à forte inertie, la température extérieure prise en

compte est très fortement lissée sur la journée et peut ne pas atteindre la température intérieure de consigne. Ainsi, avec une température extérieure maximale de 31°C et un écart de température journalier de 14°C, la température moyenne est de (31 – 14 / 2) = 24°C, et avec une température de consigne de 26°C cela peut très bien conduire à des apports négatifs pour un mur exposé au nord. Bien entendu, ce phénomène ne se produit pas pour un mur exposé au sud (dans l’hémisphère nord).


Q : C’est très bizarre. Je déclare un local comme Climatisé. Les apports sont

donnés à titre indicatif. Au vu de ses apports, je décide de ne pas le climatiser. Pourquoi le simple fait de passer de Climatisé à Non climatisé fait-il varier les apports latents ?

R : Lorsque le local n’est pas climatisé, on suppose que l’hygrométrie n’est plus

contrôlée. La chaleur latente ne se traduit plus alors en apports latents, mais par une dérive de l’hygrométrie.

Q : En simple flux, la température de soufflage n’est pas demandée lors de la

saisie de la CTA. Quelle température le logiciel utilise-t-il ? R : Dans ce cas c’est la température indiquée dans le système d’émission qui est

utilisée. En cas de saisie incohérente (système d’émission en chauffage seul, par exemple), c’est une température de 12°C qui est retenue.

Q : Les apports augmentent quand j’ajoute un voilage intérieur ! R : Lorsque vous ajoutez un voilage intérieur, il faut en tenir compte dans le

facteur solaire été. Le champ « Voilage intérieur » permet simplement de prendre en compte le fait qu’à facteur solaire égal, un voilage intérieur ne se comporte pas comme un voilage extérieur.

Q : L’impression indique un U de 0.480 pour une paroi dont le U vaut 0.413 ! R : C’est à cause des ponts thermiques, qui sont intégrés directement à la paroi

porteuse par le biais d’une augmentation du U. Q : Je n’arrive pas à imprimer les calculs d’apports. R : Votre local est peut-être défini comme « non climatisé ». Dans ce cas

ClimaWin donne tout de même la valeur des apports à titre indicatif, mais les résultats ne sont pas imprimables (et ils ne sont pas ajoutés au total des apports de l’unité).


LES CALCULS D’APPORTS PAR LA MÉTHODE CLTD CLF (Ashrae … · 1. Bases de calcul . Les calculs...

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