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Calcul des déperditions
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CALCUL DES DEPERDITIONS

Préambule

Le mode de calcul est détaillé dans les règles de calcul des caractéristiques thermiques utiles des parois de construction (règles Th - K 77 et de ses nombreux additifs)

Ceci n'est qu'un résumé des points importants concernant le calcul des déperditions

Calcul des déperditions

Les déperditions de base sont calculées en régime continu et indépendamment du système de chauffage.

Calcul déperdition, déperditions, thermique, thermiques, paroi, parois

Les déperditions de base d'un local comprennent :

  • Les déperditions de base par transmission de chaleur à travers les parois DBP
  • Les déperditions de base par renouvellement d'air DBR
DB = DBP + DBR ...... en Watt/°C

Déperditions de base par transmission

Les déperditions par transmission à travers une paroi, pour une différence de température de 1 °C entre les ambiances que sépare cette paroi, sont données par la formule suivante :

DP = S(U.A) + S(Y.L) ...... en Watt/°C
  • U (ou anciennement K) = Coefficient de transmission surfacique en W/m²°C défini par le ThK-77
  • A = Surface intérieure de chaque élément de paroi ; si la paroi est composée d'un seul élément, S (U A) s'écrit U A ; U est exprimé en W/m².K et A en m².
  • Y = Coefficient de transmission linéique en W/m°C des liaisons d’éléments de parois donnant sur l’extérieur défini par le ThK-77.
  • L = longueur intérieure de chaque liaison en m.

Déperditions de base par transmission à travers les parois pour un local donné

Les déperditions de base d'un local par transmission à travers les parois sont calculées par la formule suivante :

DBP = S . DP (ti - te) ......en Watt
  • ti = est la température intérieure de base exprimée en °C : sa signification et sa valeur sont données au chapitre 5 ;
  • te = est une température extérieure exprimée en °C

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 chauffé, te est la température extérieure de base

S'il s'agit d'une paroi donnant sur un local non résidentiel dont le programme de chauffage est connu, te est la température intérieure minimale de ce local. Si une telle température minimale n'est pas définie, le local est considéré comme non chauffé.

Exemple de calcul de déperditions d'un projet sur Excel

Excel calcul déperditions, déperdition, projet, étude, mur extérieur



TEMPERATURE DE BASE

Température intérieure de base

Sauf indications contraires données dans les pièces du marché, on prend les valeurs fixées dans le Code de la Construction et de l'Habitation.

A la date de mise à jour des présentes règles, le décret 88-319 du 5 avril 1988 en vigueur fixe à 18 °C la température résultante que les équipements de chauffage doivent permettre de maintenir au centre des pièces des logements.

Toutefois, les pièces du marché peuvent fixer des températures différentes d'une pièce à l'autre.

Température extérieure de base

Sauf indication contraire des pièces du marché, la température extérieure à prendre en compte est la température extérieure de base déterminée comme suit.

Pour définir la température de base, utiliser la carte ci-dessous pour trouver la zone correspondante et se reporter sur le tableau ci-après pour trouver la température de base en fonction de la tranche d'altitude du lieu considéré.

Carte de France de température extérieure pôur le calcul des déperditions

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Sites météo pour les calculs thermiques

Dans le programme de déperditions est intégré une bibliothèque des sites météo définissant les paramètres climatiques adoptés en général pour les calculs thermiques, notamment concernant les calculs des déperditions.

Sites météo, météorologiques, altitude, température extérieure, degré jour, département, insolation annuelle


COEFFICIENTS DE TRANSMISSION THERMIQUE (U)

Coefficient de transmission thermique, matériaux, résistance, conductivité 

Le mur est constitué généralement de plusieurs couches de matériaux d'épaisseurs et de conductivités thermiques différentes, l'équation de calcul devient :

Coefficient de transmission thermiqueconductivité et résistance thermique

où :

  • U ou K = Coefficient de transmission thermique (W/m² °C)
  • e/l = Représente la somme des rapports des différentes couches,
  • e = Epaisseur du ou de chaque matériau (m)
  • l = Conductivités thermiques utiles du ou de chaque matériau de construction (W/m. °C)
  • 1/hi, 1/he = résistances thermiques d'échanges superficiels intérieurs et extérieurs (m² °C/W)
  • R = Résistance thermique du ou de chaque matériau (m² °C/W)
  • T1 = Température intérieure du local chauffé (°C)
  • T2 = Température extérieure (°C)
  • Tw1, Tw2= Température de contact sur la paroi à l'intérieur et à l'extérieur du local (°C)

Coefficient d'échange superficiel

On admet conventionnellement que les résistances thermiques d'échanges superficiels intérieurs (1/hi ) et extérieurs (1/he ) ont les valeurs données dans le tableau ci-dessous, tableau où figure également la somme de ces résistances :

Coefficient d'échange superficiel, résistance thermique

Bibliothèque des coefficients de transmission thermique pré déterminés

Les principaux coefficients de transmission thermique sont déterminés dans une bibliothèque disponible sur un fichier Excel (sur demande). Il suffit simplement de modifier l'épaisseur des matériaux ou de supprimer la ligne des matériaux non utilisés selon l'étude en cours.

Bibliothèque de coefficient K de transmission thermique sur Excel

 

Coefficients de transmission des parois en contact avec le sol

On distingue les planchers bas, les murs et les planchers hauts enterrés.

Calcul déperditions pour les locaux enterrés

Pour les planchers bas (2.41) et les murs (2.42), les déperditions pour 1K d'écart de température entre l'intérieur et l'extérieur (d) sont données par la formule :

d = k . L ......en Watt/K
  • k est le coefficient de transmission linéique du plancher bas ou du mur dont on donne respectivement les valeurs aux paragraphes 2.4.1 et 2.4.2 ; il s'exprime en W/m.K ;
  • L est le pourtour extérieur du plancher ou du mur ; il s'exprime en mètres.

Cette méthode de calcul intègre les déperditions aux liaisons mur - plancher bas, mur - plancher intermédiaire et mur - refend.

Pour les planchers hauts (2.43), les déperditions pour 1 K d'écart de température entre l'intérieur et l'extérieur sont calculées comme s'il s'agissait d'un plancher haut en contact avec l'extérieur. Ces déperditions sont donc égales au produit de la surface intérieure du plancher par son coefficient K.

Bibliothèque de coefficient linéïque

 


COEFFICIENTS DE TRANSMISSION LINEIQUE

Les coefficients linéiques k donnés pour les liaisons avec les refends et les planchers et pour les angles de parois sont comptées 2 fois comme le montrent les schémas ci-dessous.

Coefficient linéïque parois pour le calcul des déperditions

Affectation des coefficients linéïques dans le calcul des déperditions

Les valeurs du coefficient k des liaisons les plus courantes sont données au chapitre VI Pour les liaisons ne figurant pas au chapitre VI , on se reportera éventuellement à l'Avis Technique concernant le procédé de construction considéré.

Faute de trouver les valeurs du coefficient U (anciennement "k") au chapitre VI ou dans un Avis Technique, on fera le calcul comme indiqué ci-dessous.

On distingue quatre types de parois :

  • les parois à isolation répartie,
  • les parois à isolation extérieure,
  • les parois à isolation intérieure,
  • les parois sandwichs béton-isolant léger.

 


OUVRANTS

Le calcul s'effectue en distinguant le vitrage de la menuiserie. Les surfaces correspondantes, Ac (surface de clair) et Am (surface de menuiserie) sont celles indiquées ci-dessous  :

Coefficient de transmission thermique vitrages, chassis, menuiserie, métalliques

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 K de la paroi vitrée.

Vitrages courants

Le coefficient U des vitrages simples et doubles constitués de feuilles de verre clair non traité de 4 mm est donné dans le tableau ci-dessous

Coefficient K des vitrages simples et doubles sans chassis

Menuiseries métalliques sans coupure thermique

Le coefficient U (ou anciennement K) des menuiseries en aluminium ou en acier des fenêtres et portes-fenêtres battantes ou coulissantes est donné dans le tableau ci-dessous  :

Coefficient K des fenêtres et portes métalliques, aluminium

Valeurs des coefficients U (anciennement "K") des parois vitrées courantes

La paroi vitrée (vitrage + menuiserie)

D'une façon générale, le coefficient K d'une paroi vitrée nue est donné par l'expression :

Kn  = Ks + Km  (1 - s) ......en W/m².K
  • U ou (anciennement K) = Coefficient de transmission thermique du vitrage.
  • Km = Coefficient de la menuiserie.
  • s = apport (Ac /A) de la surface de clair à la surface en tableau.

Ces valeurs sont données dans les tableaux suivants. Elles s'appliquent à la surface en tableau et ne prennent pas en compte le coefficient de transmission linéique de l'encadrement de baie.

On donne dans tous les cas les valeurs du coefficient K de la paroi vitrée nue, Kn .

Coefficient U (anciennement "k") moyen jour-nuit

Dans les pièces du volume habitable, on admet que les parois vitrées sont équipées, à parts égales de degrés-heures, d'une part de voilages, et d'autre part, de l'ensemble voilages, rideaux et fermetures si ces dernières sont prévues au projet. Cette proportion résulte du constat que les rideaux et fermetures sont fermés sur 20 % des parois vitrées durant le jour et 75 % la nuit. Les degrés-heures de jour représentant environ 45 % du total des degrés-heures et celles de nuit 55 %, la part des déperditions avec rideaux et fermetures a pour valeur :

0,20 × 0,45 + 0,75 × 0,55 ~ 0,50

Ceci conduit à la définition d'un " coefficient U ou K moyen jour-nuit " dont l'expression est :

Cette valeur ne doit être utilisée que pour les fenêtres et portes-fenêtres situées dans le volume habitable des logements ou dans les chambres des bâtiments hospitaliers.

Ouvrants avec châssis PVC : Coefficient Km du châssis: 2,5 W/(m².K)

Coefficient K de tranmission thermique des ouvants avec chassis en PVC

Ouvrants avec châssis bois : conductivité thermique utile du bois : 0,23 W/m.K

Coefficient K de transmission thermique des fenêtres en chassis bois

Fenêtres et portes-fenêtres avec châssis métallique

Coefficient de transmission thermique des fenêtres et portes fenêtres avec chassis métalliques

Fenêtres et portes-fenêtres avec châssis métallique à rupture de pont thermique Coefficient Km de menuiserie : 5 W/(m².K)

Coefficient K de transmission thermique des fenêtres et portes-fenêtres avec chassis métallique à rupture de pont

Véranda

Coefficient K de transmission thermique des vitrages pour vérandas

Fenêtres et châssis fixes de bâtiments industriels

Coefficients de perméabilité

Perméabilité globale = 0,25 A0 + (m x suf ouvrants) + (v x long; volet)

(AO = surf des orifices de ventilation non auto réglable en cm2)

Type de menuiseries extérieures valeur de m (/m2)
Simple fenêtre :  
  •  de classe A3
  •  de classe A2
  •  de classe A1
  •  non classée
  • 0,3
  • 0,8
  • 2
  • 4
Double fenêtre :  
  • 1 fenêtre de classe A3 + 1 fenêtre quelconque
  •  2 fenêtres de classe A2
  •  1 fenêtre de classe A2 + 1 fenêtre quelconque A1
  •  1 fenêtre de classe A1 + 1 fenêtre non classée
  •  2 fenêtres de classe A1
  •  1 fenêtre de classe A1 + 1 fenêtre non classée
  •  2 fenêtres non classée
  • 0,3
  • 0,5
  • 0,7
  • 0,8
  • 1,2
  • 1,7
  • 2,4
Portes donnant sur l'extérieur  
  •  porte avec seuil et joint d'étanchéité
  •  porte courante
  •  porte courante avec plots en feuillure
  • 1,2
  • 8
  • 20
Trappes de combles perdu  
  •  avec joint d'étanchéité
  •  sans joint
  • 0,8
  • 4
Perméabilité des caissons de volets roulants v (ml)
  • - coffre extérieur sans communication avec l'intérieur
  •  - coffre extérieur en communication avec l'intérieur
  •    . et coffre intérieur avec joints calfeutrés
  •    . autre coffre
  • 0
  • 0,2
  • 1,5

 


DEPERDITIONS VERS LES ESPACES NON CHAUFFES

Par espace non chauffé, on entend un local non chauffé, un comble ou un vide sanitaire.

Les déperditions par degré à travers une paroi en contact avec un espace non chauffé sont données par la formule :

DP = Tau [S (U . A) + S (k . L)] ......en Watt/°C
  • U ou (anciennement K) = Coefficient de transmission surfacique en W/m²°C défini par le ThK-77
  • A = Surface intérieure de chaque élément de paroi ; si la paroi est composée d'un seul élément, S (K A) s'écrit K A ; K est exprimé en W/m².K et A en m².
  • k = Coefficient de transmission linéique en W/m°C des liaisons d’éléments de parois donnant sur l’extérieur défini par le ThK-77.
  • class=Section5>L = longueur intérieure de chaque liaison en m.
  • Tau est le " coefficient de réduction de température ", égal au rapport (ti - tn)/(ti - te), dans lequel ti est la température intérieure, tn la température de l'espace non chauffé, et te la température extérieure.

La valeur de Tau est obtenue en écrivant que la température de l'espace non chauffé résulte d'un équilibre entre les apports de chaleur venant directement ou indirectement des locaux chauffés et les déperditions directes ou indirectes vers l'extérieur.
Ceci conduit à la formule :

Tau = De/Ac + De
  • Ac = Apports de chaleur directs ou indirects pour un degré d'écart entre les locaux chauffés et l'espace non chauffé.
  • De = Déperditions directes ou indirectes vers l'extérieur pour un degré d'écart entre l'espace non chauffé et l'extérieur.

La valeur de Tau résulte de l’écriture de l’équilibre thermique entre le local chauffé et l’espace non chauffé :

  • AC : Apports du local chauffé vers l’espace non chauffé, par degré d’écart (qi-qn)
  • DE : Déperditions de l’espace non chauffé, renouvellement d’air compris, vers l’extérieur, par degré d’écart (qn-qe)

Taux de renouvellement d'air pour locaux non chauffés (N dans DTU) et Taux de réduction du delta T de température.


DEPERDITIONS DES PAROIS CHAUFFANTES

Il y a lieu de majorer les déperditions d’une paroi chauffante en contact avec l’extérieur ou un espace non chauffé, pour tenir compte des pertes d’énergie vers ce dernier lors du dimensionnement des éléments chauffants. Le chapitre 2,4 du ThG-91 expose divers cas de figures, on retiendra le cas courant du plancher chauffant en contact avec un local non chauffé :

                                 en W/°C

  • Ri = Résistance thermique du plancher au-dessus du plan chauffant, prise égale forfaitairement à 0,2 m²°C/W
  • D = Somme des déperditions du local chauffé, y compris le renouvellement d’air
  • C = Fraction des déperditions couvertes par le plancher chauffant, en général 100%
  • U ou (anciennement K) = Coefficient de déperditions du plancher
  • Tau = Coefficient de réduction de température de l’espace non chauffé.

 


DEPERDITIONS PAR RENOUVELLEMENT D’AIR

Expression des déperditions de base par renouvellement d'air

Les déperditions de base par renouvellement d'air d'un logement ont pour expression :

DBR = 0,34 (ß . Qv + a . Qs) . (ti - te) ......en Watt/°C
  • te = température extérieure de base définie.
  • ti = température intérieure.
  • 0,34 = chaleur volumique de l'air, exprimée en Wh/m³.°C
  • Qv = Débit spécifique de ventilation, exprimé en m³/h ; c'est le débit d'air dû au fonctionnement des dispositifs de ventilation : amenées et extractions mécaniques, conduits à tirage naturel
  • Qs = Débit supplémentaire de ventilation dû à l'effet du vent, exprimé en m³/h
  • a et ß = sont des coefficients de majoration dont voici les valeurs :

    tableau sans légende dans: 4.1 expression des déperditions de base par renouvellement d'air

Calcul pièce par pièce

Les déperditions de base par renouvellement d'air DBRi de la pièce i, sont déterminées à partir de celles de l'ensemble du logement par la formule :

DBRi = DBR . a . Pi/P
  • DBR = Déperditions de base par renouvellement d'air de l'ensemble du logement calculées conformément à l'article 4.1  ;
  • a = Paramètre égal à 1 si le logement est à simple exposition, et à 2 si le logement est à double exposition.
  • P = Perméabilité à l'air globale du logement ;
  • Pi = Perméabilité à l'air de la pièce i. On admet, pour le calcul de Pi, que la perméabilité à l'air des parois opaques extérieures est répartie au prorata des surfaces des parois opaques extérieures du logement ; la perméabilité Pi s'écrit alors :

COMMENTAIRE

Dans le cas d'un logement à double exposition, les débits d'air neuf doivent être affectés d'un coefficient de majoration tenant compte de l'augmentation des débits lorsque la pièce est exposée au vent : dans le souci de simplifier l'expression des résultats, on n'a considéré que le cas où le nombre de pièces donnant sur chaque façade est identique. Pour chaque pièce, le débit d'air neuf à considérer est celui calculé lorsque la façade de cette pièce est exposée au vent : ce débit est égal au double de celui qui aurait été obtenu en admettant une répartition uniforme des débits selon les pièces.

Pi = S (Pe)i + S (Ps . A)i + S (PI . L)i + Po . Sh . Si/S
  • (Pe)i = Perméabilité à l'air des orifices de ventilation de la pièce i,
  • S (Ps . A)i = Perméabilité à l'air des ouvrants de la pièce i,
  • S (PI . L)i = Perméabilité à l'air des volets roulants de la pièce i,
  • Po . Sh = Perméabilité à l'air des parois opaques du logement,
  • Sh = Surface habitable du logement. Si est la surface des parois opaques extérieures de la pièce i et S, celle de l'ensemble des parois opaques extérieures du logement.

 

 

 

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