Calcul du bilan thermique mensuel d’un bâtiment: LESOSAI

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1 Calcul du bilan thermique mensuel d’un bâtiment: LESOSAI

2 Bilan thermique Déperditions Gains
Transmission thermique Aération Eau chaude Chaleur stockée Pertes techniques Gains Gains internes Gains solaires passifs Gains solaires actifs Chaleur restituée Apports d'énergie onéreuse Le bilan énergétique est une comptabilité des entrées et des sorties d'énergie du bâtiment pendant une période de temps donnée. Ce bilan doit évidemment être équilibré, par conservation de l'énergie. Le bilan énergétique détaille donc toutes les pertes et tous les gains, les sommes des gains et des pertes étant égales si la période de consommation est suffisamment grande (par exemple une année, voire un mois s'il n'existe pas de capacité de stockage particulièrement grande). Total des déperditions = Total des gains

3 Délimitation du système
Volume chauffé Isolation thermique Avant de calculer le bilan, il convient de délimiter le système étudié dans l'espace et dans le temps, et de définir les utilisations de l'énergie et les vecteurs énergétiques que l'on va considérer. Sans cette précaution, on ne peut définir ni les flux d'énergie (qui doivent traverser une frontière spatiale), ni l'énergie consommée (l'énergie utilisée est l'intégrale de la puissance pendant une certaine période de temps), ni les limites énergétiques du système (s'occupe-t-on du chauffage seulement ou du chauffage, cuisson, éclairage et sanitaire, ou encore de la totalité des besoins énergétiques en incluant les matières consommées et produites ainsi que leur transport?) La délimitation spatiale consiste à définir les frontières du domaine étudié, au travers desquelles passent les flux d'énergie à calculer. Pour un bâtiment, cette frontière est généralement constitué par: l'enveloppe du bâtiment les compteurs d'entrée des sources d'énergie de réseau (électricité, gaz, chauffage à distance) les entrées des combustibles (mazout, charbon, bois) les surfaces de captage d'énergie solaire les raccordement d'entrée de l'eau froide les raccordements de sortie des égouts Pour calculer un budget énergétique global, il convient aussi de définir l'entrée des matières premières et la sortie des objets finis, en particulier pour une usine.

4 Les flux d'énergie dans le bâtiment
Le diagramme de Sankey (ou diagramme des flux d'énergie) représente, par des flèches de largeur correspondant à leur amplitude, les flux d'énergie traversant une frontière donnée.

5 Utilité du bilan Calcul de la consommation d'énergie
Détection des points faibles Etude de variantes Scénarios de rénovation Mise à l'enquête

6 Bilan thermique instantané
La chaleur produite dans le bâtiment est Soit perdue vers l'extérieur Soit stockée dans la structure, augmentant ainsi sa température Calcul détaillé: Résolution de l'équation de la chaleur pour la conduction Equation de Navier Stokes pour la ventilation

7 Besoins en chauffage Qh = Ql-h·Qg Besoins: déperditions - gains utiles
Facteur d'utilisation, h, dépend du rapport gains/pertes de l'inertie thermique du bâtiment, caractérisé par une constante de temps

8 Constante de temps du bâtiment
Rapport entre la capacité thermique du bâtiment et le coefficient de déperditions La constante de temps caractérise l'inertie thermique intérieure de l'espace chauffé, Elle est proportionnelle à la capacité thermique intérieure effective, c'est-à-dire la chaleur stockée dans la structure du bâtiment si la température intérieure varie de manière sinusoïdale avec une période de 24 heures et une amplitude de 1 K. Ce chiffre peut être approximatif ; une précision relative 10 fois moindre que celles des déperditions est suffisante.

9 Facteur d'utilisation si  1 si  =1 (g = rapport gains/pertes)

10 Facteur d'utilisation Courbes donnant le facteur d'utilisation des gains dans les logements, en fonction du rapport apports/déperditions et de la constante de temps du bâtiment (EN 832)

11 Résultat de 15 ans d'expérience
Calcul du bilan thermique d'une construction Selon SIA 380/1, Minergie®, EN832 et prEN 13790 Résultat de 15 ans d'expérience Installation et utilisation simplifiées Conforme aux dernières normes suisses et européennes Permet le calcul de bâtiments à plusieurs zones, selon la méthode la plus précise proposée dans SIA 380/1

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13 LESOSAI: outils disponibles
Déperditions par le sol Calcul d’incertitude Graphiques mensuels Calcul du coefficient de transmission thermique U d'éléments de construction Calcul du profil de température et d'humidité dans les parois Calcul de l’ombrage

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15 Fournit les formulaires conformes aux exigences officielles

16 Calcul U, T et humidité

17 Calcul de l'ombrage

18 Exemple LESOSAI Sud

19 Exemple LESOSAI Bâtiment parallélipidédique de 10m x 10m au sol, hauteur 6 m (2 étages), situé dans le climat de Lausanne Isolation des éléments de construction: Uparois = 0.3 W/m2K Utoit = 0.2 W/m2K Udalle sol = 0.4 W/m2K Fenêtres: 20 m2 en façade sud, 10 m2 pour chacune des façades est et ouest, 5 m2 en façade nord Variantes fenêtres: double vitrage standard (U = 3 W/m2K) double vitrage avec couche IR (1.5 W/m2K)