Définition des flux de chaleur
On appelle flux de chaleur traversant une surface donnée la quantité de chaleur qui s'écoule, pendant l'unité de temps.
La chaleur se déplace du corps le plus chaud au plus froid jusqu'à ce que la température se stabilise.
Tout les corps (solide, liquide ou gazeux) subissent ce phénomène d'échange de chaleur.
L'utilisation de matériaux isolants ou d'un matériau conducteur permet d'intervenir sur l'intensité de la chaleur transmise.
Le premier ralenti le passage de la chaleur, le deuxième le facilite.
La chaleur se transmet par conduction, rayonnement et convection.
Ces modes d'échange sont bien souvent "cumulés".
L'unité de mesure légale de la chaleur est le Watt (W).
La conduction ou conductibilité
La chaleur se transmet sans déplacement de matière, par contact moléculaire entre un ou plusieurs corps qui se touchent.
Il suffit de chauffer l'extrémité d'un morceau de métal pour que la chaleur s'y propage.
Quantité de flux de chaleur transmis par conduction: Q.
exemple: un rondin de métal isolé.
Longueur: e en mètre
On chauffe l'une des extrémités d'une barre cylindrique de métal à une température ti, l'autre extrémité étant en contact avec de l'eau dans un récipient à une température te.
Le flux de chaleur transmis peut se quantifier:
- proportionnel à la surface: S
- proportionnel à la différence de température ti - te inversement proportionnel à la longueur de la barre de métal: e
- Q = (ti - te) x S x C / e
- Q en watts
- ti, te en °C
- S en mètre carré
- e en mètre
- C est le coefficient de proportionnalité de conductibilité (lambda) qui dépend du milieu considéré.
Il s'exprimera donc en W/°C.m.
Quelques valeurs de C:
Cuivre 386 / fer 70 / pierre dure 2.2 / pierre tendre 1.0 / bois 0.15 à 0.25 / air 0.025 / eau 0.6
La convection
Définition: Transmission de chaleur dans un milieu fluide (liquide ou gaz) par déplacement des particules (molécules
ou amas de molécules).
Contrairement aux principes de la conduction et des rayonnement, la convection induit un déplacement de la matière.
Si la convection est naturelle, les parties les plus chaudes du fluide montent et créent des moments de convection dans
ce dernier, c'est le principe du radiateur dans une pièce : au contact du radiateur, l'air de la pièce s'échauffe et s'élève.
Si la convection est forcée, l'échange de chaleur est accéléré car le fluide est poussé mécaniquement contre le solide.
C'est le cas des circuits à air ou un ventilateur souffle l'air de la pièce contre les éléments chauffant.
Quantité de flux de chaleur transmis par convection: Q.
Soit une paroi de S m² qui se trouve à une température t.
L'air qui se trouve en son contact est à une température t supérieure.
Le flux de chaleur transmis par l'air à la paroi peut se quantifier:
- proportionnel à la surface S
- proportionnel à la différence de température t - 0
- Q = (t - 0) x S x a
- Q en Watt
- t , 0 en °C
- S en mètre carré
- a étant le coefficient de proportionnalité, on l'appellera: coefficient de convection.
Il s'exprime en W/m².°C.
Le coefficient "a" représente donc le nombre de watts qui sont reçus par une surface de 1m² pour une différence de
température entre la surface et l'air de 1 °C.
"a" dépend de la nature de la paroi, mais surtout de la vitesse avec laquelle l'air la "lèche".
Pour l'air calme, dans une pièce fermée, a est compris entre 4 et 6 pour les parois, il est égal à 4 au contact du corps humain.
Si l'air est en mouvement, à une vitesse qui dépasse pas 10m/s, a = 15 v.
A l'extérieur la vitesse de l'air est en moyenne 0.9 m/s, et a = 12W/m².°C.
Le rayonnement
Définition : Transmission directe de la chaleur par envoi de radiations d'un corps chaud sur un corps froid.
Tous les corps émettent de l'énergie sous forme d'ondes électromagnétiques. Lorsque deux corps sont en présence,
cette énergie rayonnante devient chaleur : chaque corps absorbe une partie de l'énergie rayonner par l'autre, une
partie est réfléchie et une troisième peut traverser le corps si celui-ci est transparent. aucun transport de matière
n'est nécessaire pour se transfert d'énergie du corps le plus chaud au plus froid.
Dans un local, tout corps rayonne de la chaleur vers ceux qui sont à une température est plus basse. Le corps qui émet
le rayonnement se refroidit, le corps qui reçoit le rayonnement se réchauffe.
Quantité de flux de chaleur transmis par rayonnement: Q.
Soit une paroi de S m² qui se trouve à une température 0 .
Les autres parois de la pièce sont censées être à la température t de de l'air ambiant.
Si t > 0 les autres parois de la pièce rayonnent , à travers l'air, de la chaleur vers la surface considérée.
Le flux de chaleur transmis peut se quantifier
:
- proportionnel à la surface S
- proportionnel à la différence de température t - 0.
- Q = (t - 0 ) x S x c
- Q en Watt
- t , 0 en °C
- S en mètre carré
- C est le coefficient de proportionnalité, on l'appelle : coefficient de rayonnent.
Transmission de chaleur par les parois
Cas d'une paroi simple.
La quantité de chaleur de flux transmis par la surface d'une paroi dont les faces sont à des températures différentes
est égale à la totalité des flux émis par convection plus rayonnement.
Q = ( ti - 0 ) x S x ( a + c)
- Q en Watt
- t , 0 en °C
- S en mètre carré
- a est le coefficient de convection.
- c est le coefficient de rayonnement.
Pour chaque face le coefficient Cf sera simplifié: Cf en W/m²°C = (a + c)
Coefficient global d'une paroi
Si ti inférieur à te le flux de chaleur passera de l'intérieur vers l'extérieur.
Après un laps de temps l'équilibre thermique s'établira, la face interne de la paroi se trouvera à une température d'équilibre 0i inférieure ti et la face externe à une température 0e inférieure à te.
Lorsque le régime est établi les températures ti, 0i, 0e,te , reste constantes.
Il n'y donc pas d'accumulation ni de perte de chaleur par la paroi, pour une surface donnée S m², le flux de chaleur qui passera dans chacune des trois étapes suivantes est égal:
a) enceinte intérieure + air intérieur ( ti) face intérieure de la paroi (Oi) (rayonnement plus convection: coefficient unique hi) Q = ( ti - Oi ) x S x hi
b) face intérieure de la paroi (Oi) face intérieure de la paroi (Oe)
(conduction: coefficient c) Q = ( Oi - 0e ) x S x (c / e)
c) face extérieure de la paroi (Oe) enceinte extérieure + air extérieure (te)(rayonnement plus convection: coefficient unique he) Q = ( 0e - te ) x S x he
donc: 1/K = (1/hi) + (e/c) + (1/he)
d'ou le coefficient global de transmission: Q = (ti - te) x S x K
en Watt /m².°C
Cas d'une paroi composée
La paroi est constitué de plusieurs matériaux différents pour lesquels il faut décomposer le calcul.
donc: 1/K = (1/hi) + (e1/c1) + ( e2/c2) + (e3/c3) + (1/e)
d'ou le coefficient global de transmission: Q = (ti - te) x S x K
en Watt /m².°C.
Calculs des déperditions thermiques
Calculer les déperditions c'est déterminer la quantité de chaleur à fournir à un local pour y maintenir une température.
Cette chaleur fournie compense les pertes par les parois et l'aération du local, on peux synthétiser les différentes
déperditions thermiques d'un bâti, causées:
- par transmission à travers les parois,
- par les liaisons entre les parois,
- par les sols,
- par la ventilation.
La somme de ces déperditions doit être minorée de l'énergie "gratuite", induite:
- par les appareils ménagers,
- par l'éclairage,
- par les machines,
- par les personnes (et en fonction de l'activité physique),
- par l'ensoleillement (particulièrement par les vitrages).
La réglementation thermique 2005
S'applique aux bâtiments neufs résidentiels et tertiaires (à l'exception de ceux dont la température normale d'utilisation
est inférieure ou égale à 12°C, des constructions provisoires (d'une durée d'utilisation inférieure à deux ans), des
bâtiments d'élevage ainsi que des bâtiments chauffés ou climatisés en raison de contraintes liées à leur usage).
Concerne les projets dont le dépôt de la demande de permis de construire est postérieur au 1er septembre 2006.
Est définie par les articles L.111-9, R.111-6 et R.111-20 du Code de la construction et de l'habitation et leurs
arrêtés d'application.
La RT 2005 s'inscrit dans la continuité de la RT 2000.visiter le site RT 2000.
Elle en reprend la structure réglementaire ainsi que les principes qui permettent au maître d'ouvrage de choisir la
solution la plus économique pour atteindre la performance exigée.
Les textes réglementaires sont téléchargeables sur le site www.logement.gouv.fr rubrique performance énergétique,
logement.gouv.fr
legifrance.gouv.fr
L'économie d'énergie
La consommation globale d'énergie du bâtiment pour les postes de chauffage, eau chaude sanitaire, refroidissement, auxiliaires, ainsi que d'éclairage dans le cas d'un bâtiment tertiaire, doit être inférieure à la consommation de référence de ce bâtiment. Celle-ci correspond à la consommation qu'aurait ce même bâtiment pour des performances imposées des ouvrages et des équipements qui le composent.
La réglementation laisse donc au concepteur la possibilité d'utiliser des équipements ou matériaux de performance inférieure à la référence, dans la limite des garde-fous, et sous réserve d'être plus performant que la référence dans les autres postes de déperdition.
La RT 2005 introduit également une limite supérieure de consommation pour les logements. La consommation d'énergie de ces bâtiments pour le chauffage, le refroidissement et l'eau chaude sanitaire doit en effet être inférieure à une valeur limite qui dépend du type de chauffage et du climat.
Le confort d'été
La température intérieure conventionnelle atteinte en été doit être inférieure à la température de référence.
"Les gardes fous"
Des performances minimales sont requises pour une série de composants (isolation, ventilation, système de chauffage...).
Introduites par la RT 2000, ces performances minimales ont été renforcées par la RT 2005, notamment au niveau des
déperditions par les ponts thermiques.
Conformément à l'arrêté du 24 mai 2006, la vérification de la conformité d'un bâtiment à la RT2005 est réalisée soit par calcul, soit par application d'une solution technique agréée par arrêté.
Dans tous les cas, cette vérification donne lieu à l'établissement d'une synthèse d'étude thermique standardisée.
Ce document doit être fourni à la personne chargée d'établir le diagnostic de performance énergétique à la construction.
Sur demande, il doit aussi être fourni aux personnes habilitées à contrôler l'application de la RT2005.
DES ECONOMIES D'ENERGIE ET DE CHARGES IMPORTANTES POUR UN SURCOUT DE CONSTRUCTION MINIME
La RT2005 étant fondée sur un renforcement de la performance énergétique globale du bâtiment, les concepteurs et les maîtres d'ouvrage ont la possibilité de choisir entre plusieurs composants intervenant dans la performance énergétique globale.
Ainsi, si le concepteur travaille en amont la conception bioclimatique et énergétique de son bâtiment, le "surcoût" de construction par rapport à la RT2000 sera très faible: il sera en moyenne de l'ordre de 2%, pourcentage qu'il faut comparer aux économies d'énergie qui seront d'au moins 15% par rapport à un bâtiment construit selon la RT2000.
Les bâtiments pour lesquels les surcoûts seront vraisemblablement les plus importants, tout en restant inférieurs à 5%, sont les bâtiments pour lesquels il faudra recourir à une nouvelle technologie. Ce sera le cas par exemple pour certaines maisons individuelles qui devront être équipées, dans les départements les plus froids, de planchers rayonnants électriques ou qui devront traiter les ponts thermiques des planchers intermédiaires.
Par rapport à des constructions RT2000, les économies sur la facture énergétique sont assez disparates selon l'énergie de chauffage et la localisation.
Pour une maison individuelle de 100 m² de surface habitable:
- chauffée à l'électricité par effet joule: économie de 120 à 210 €, pour des factures, hors usages spécifiques, dans une fourchette de 540 à 1230 €
- chauffée au gaz: économie de 40 à 100 €, pour des factures, hors usages spécifiques, dans une fourchette de 370 à 800 €
