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6.4 Effet d’accumulation

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6.4.1 Effet d’accumulation du bâtiment

Echauffement

L’échauffement d’un bâtiment ou d’un local par les sources de chaleur internes telles que les personnes, l’éclairage et les appareils ainsi que les apports solaires par les fenêtres dépend de la capacité d’accumulation thermique des surfaces entourant l’espace. Pour apprécier la capacité d’accumulation thermique on peut employer la masse spécifique d’accumulation Mj des éléments de construction (voir chapitre 2.2). La masse spécifique d’accumulation du local m′ s’obtient de la façon suivante:

(6.29)

Cette masse m‘ rapportée à la surface du local permet de classifier les types de construction selon leurs masses spécifiques d’accumulation (→classes de masses spécifiques [6.3]):

Tab. 6.9: Classification des locaux en fonction de leur masse spécifique d’accumulation selon la recommandation SIA 382 [6.3]

Refroidissement

Le refroidissement d’un bâtiment ou d’une pièce ou plus généralement d’un accumulateur de chaleur peut être décrit par une fonction exponentielle (similaire à la décharge d’un condensateur, voir annexe, part. 9.1.6).

Courbe de refroidissement
Fig. 6.9: Courbe de refroidissement

6.4.2 Effet d’accumulation du terrain et déperditions thermiques contre le terrain

Valeurs caractéristiques du terrain

Les propriétés thermiques du terrain dépendent de nombreux facteurs: densité, taux de saturation, granulométrie, types de particules des minéraux qui le forment, présence ou absence de gel. Par conséquent ces propriétés thermiques varient fortement d’un lieu à l’autre et, pour le même lieu, d’une profondeur à l’autre. Elles peuvent aussi varier dans le temps si le taux d’humidité varie ou suite aux cycles de gel et dégel.

Les valeurs des propriétés du terrain utilisées pour la détermination des déperditions thermiques, y compris les valeurs mesurées, doivent être représentatives du terrain aux abords du bâtiment pour la période de calcul considérée (par exemple la saison de chauffage).

Le tableau suivant indique la plage des conductibilités thermiques pour différents terrains non gelés.

La capacité thermique par unité de volume peut être calculée comme suit:

Tab. 6.10: Valeurs caractéristiques du terrain [6.25]

(6.30)

Pour la plupart des matériaux cS ≈ 1000 J · (kg · K)–1, et pour l’eau cW ≈ 4180 J · (kg · K)–1 à 10 °C. On obtient les capacités thermiques moyennes suivantes pour les matériaux présentés au tableau 6.10:

Calcul des déperditions thermiques mensuelles

Pour tenir compte de la grande capacité d’accumulation thermique du terrain, les transferts thermiques sont représentés par une composante stationnaire ou moyenne ainsi qu’une composante périodique annuelle. La composante stationnaire se fonde sur la différence entre la température intérieure moyenne annuelle et la température extérieure moyenne annuelle. La composante périodique fait référence aux amplitudes des oscillations de la température intérieure et extérieure autour de leurs valeurs moyennes.

Pour les calculs selon la norme EN ISO 13370 [6.25], on admet que les températures à l’intérieur et à l’extérieur oscillent de manière sinusoïdale autour de leurs moyennes annuelles:

(6.31)

Les définitions de θ‒e et θe^ sont représentées à la figure 6.10. Les températures intérieures suivent des fluctuations similaires.

Remarques:

  • On peut admettre que mmin = 1 (température minimale à mi-janvier) dans l’hémisphère nord et mmin = 7 (température minimale à mi-juillet) dans l’hémisphère sud.
  • Pour les calculs, seules les températures moyennes annuelles et les amplitues annuelles sont indispensables. Ces valeurs peuvent être déduites des valeurs mensuelles.
Fluctuation de la température extérieure durant une année
Fig. 6.10: Fluctuation de la température extérieure durant une année

Le flux de chaleur moyen durant le mois m est donné par:

(6.32)

Remarques:

  • L’équation suppose que pour l’oscillation annuelle de la température intérieure, θi^ est inférieure en hiver par rapport à l’été. Dans le cas inverse, le signe de θi^ doit être négatif.
  • Pour des calculs basés sur l’hypothèse d’une température intérieure constante, θi^ = 0 et Hpi n’a pas besoin d’être considéré.

Coefficients de transfert thermique H

Les coefficients périodiques de transfert thermique sont basés sur la profondeur de pénétration périodique δ, c.à.d. la profondeur dans le sol à laquelle (pour un flux de chaleur unidimensionnel) l’amplitude de température est réduite à 1/e de l’amplitude à la surface (voir aussi section 2.2.1). Pour un cycle annuel de température, δan est donné par:

(6.33)

Des valeurs indicatives annuelles δan sont rassemblées au tableau suivant:

Tab. 6.11: Profondeur de pénétration périodique des sols (T: 1 année)

(6.34)

Le coefficient de transfert de chaleur suite aux oscillations de la température extérieure sur un cycle annuel est formé de deux termes: un terme lié aux murs de la cave et un terme supplémentaire lié au radier de la cave.

(6.35)

Les déperditions thermiques mensuelles de la cave s’obtiennent de la manière suivante:

(6.36)


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