Etude énergétique d'un bà¢timent neuf

MÉMOIRE DE MASTER

Présenté en vue de l'obtention du

Diplôme National de Master Professionnel

En Sciences et Technologie de l'Énergie

Spécialité : Diagnostic et Maintenance des Systèmes Énergétiques

Par :

Mejdi ABASSI

Intitulé

Étude énergétique d'un bâtiment neuf Zarrouk Gafsa

Soutenu le : 31/05/2016 devant le jury composé de :

Mr : Abdessalem JBARA Docteur Ingénieur en génie énergétique,

Président

Mr : Tawfik KOUISSI Docteur en Physiques, Examinateur

Mme: Sana BANNOUR Docteur en génie énergétique, Encadreur

Mr : Mounir HFIDHI Ingénieur architecte Encadreur industriel

Année Universitaire : 2015/2016

Dédicace

A mon dieu tout puissant qui m'a donné la faculté de connaître et de comprendre.

Je dédie ce mémoire :

A ma famille qui m'ont soutenu et m'encouragent

Et à tous mes collègues et mes amis

Remerciements

Je voudrais en ces ligne, exprimer ma reconnaissance et gratitude à :

Mme Sana BANNOUR, mon encadreur académique, maitre assistant à l'ISSTEG, pour ses conseils, se critiques et ses efforts multiples, et pour son aide ; merci pour votre entière disponibilité, votre compréhension qui m'ont permis de réaliser ce travail

Mr Mounir HFIDHI, mon encadreur industriel, architecte d'intérieur pour son aide, encouragement, mon profond respect.

Mme Abir BEN AHMED, ingénieur conseillé en fluides pour sa disponibilité, ses explications, son aide précieuse.

Je remercie également tous mes enseignants de l'ISSTEG,

Je remercie Mr Abdesslem JBARA, président

Je remercie Mr Tawfik KOUISSI, examinateur

Ainsi que les membres de jury,

qui nous ont fait l'honneur d'examiner ce travail et de le juger.

Enfin je remercie toutes les personnes qui m'ont soutenu

SOMMAIRE

INTRODUCTION GENERALE 15

Chapitre 1: MISE AU POINT BIBLIOGRAPHIQUE 17

Introduction 17

I. Bâtiment à faible consommation d'énergie 17

1. Bâtiments et concepts 17

2. Définition d'un bâtiment à faible consommation énergétique 18

3. Différents types de déperditions de chaleur 19

II. Caractéristiques d'un bâtiment à faible consommation 21

1. Conception bioclimatique de l'habitat 21

1.1. L'emplacement et l'orientation 21

1.2. La forme du bâtiment 23

1.3. Une forte isolation thermique 23

1.3.1. L'inertie thermique 24

1.3.2. Le vitrage 24

1.3.3. Une parfaite étanchéité 24

1.4. Chauffages 25

1.5. L'utilisation des énergies renouvelables 25

1.5.1. Energie solaire 25

1.5.2. L'énergie éolienne domestique 27

1.5.3. Géothermie 27

2. Réglementations thermique des bâtiments 27

2.1. Intérêt de la réglementation 27

2.2. Réglementation française 28

2.3. La règlementation thermique des bâtiments en Tunisie (RTBT) 31

Conclusion 32

Chapitre 2: BILAN THERMIQUE 34

Introduction 34

I. Les déperditions thermiques 34

1. Définition 34

2. Les bases de calcul du bilan thermique [19] 35

2.1. Apports externes 35

2.1.1. Déperditions thermiques par transmission 35

2.1.1.1. Déperditions par les parois 35

2.1.1.2. Déperditions par les liaisons 37

2.1.1.3. Les parois vitrées 37

2.1.2. Déperditions par renouvellement d'air 38

2.1.2.1. Charge sensible 39

2.1.2.2. Charge latente 39

2.1.3. Déperditions vers les espaces non chauffés 40

2.2. Charges dues aux apports internes 41

2.2.1. Apports d'origines des occupants 41

2.2.2. Apports d'éclairage 41

2.2.3. Apports par les équipements 41

2.2.4. Charges dues au rayonnement solaire 42

2.2.4.1. Rayonnement sur les murs 42

2.2.4.2. Rayonnement sur les vitrages 43

II. Le calcul des besoins énergétiques 44

1. Besoins en chauffage (Hiver) 44

2. Besoins en climatisation (Eté) 45

Conclusion 45

Chapitre 3: Etude de cas 47

Introduction : 47

I. Description générale du bâtiment 47

II. Données climatologiques et géographiques 49

1. Zones climatiques réglementaires 49

2. Conditions de températures et d'humidités 50

3. Conditions de base de calcul du bilan 51

III. Description constructive 52

1. Les murs 53

2. Plancher 54

3. Toiture 54

4. Menuiserie 55

IV. Calcul du bilan thermique 55

1. Calcul du bilan d'été 55

1.1. Charges dues aux apports externes 55

1.1.1. Calcul des déperditions thermiques par transmission 55

1.1.2. Déperditions par renouvellement d'air 58

1.2. Charges dues aux apports internes 59

1.2.1. Apports dus aux occupants 59

1.2.2. Apports par éclairage 59

1.2.3. Apport par les équipements 59

1.2.4. Apports dus aux rayonnements solaires 59

1.2.4.1. Rayonnement sur les murs 59

1.2.4.2. Rayonnement sur les vitres 60

1.3. Déperditions 60

2. Calcul du bilan d'hiver 61

2.1. Calcul des déperditions thermiques par transmission 61

2.1.1. Déperditions par les parois 61

2.1.2. Déperditions par les liaisons 62

2.2. Déperditions par renouvellement d'air 62

V. Simulation sous HAP 4.9 63

1. Présentation de l'outil de calcul HAP 63

2. Données climatiques 63

3. Interface du logiciel HAP 63

3.1. Les propriétés climatologiques 65

3.2. Rubrique des espaces : 67

3.2.1. Les systèmes 73

3.2.2. Validations des résultats de calcul pour le bilan de la chambre enfant : 74

3.2.3. Résultat du bilan thermique général par HAP 75

Conclusion 75

Chapitre 4 : Dimensionnement des systèmes de climatisation 77

Introduction 77

I. Principe de fonctionnement du système VRV 77

II. Présentation du logiciel VRV Xpress 78

1. Unités intérieures 78

2. Unités extérieures : 80

3. Tuyauterie 81

4. Câblages 81

Conclusion 82

Conclusion Générale 83

Références bibliographiques 84

Annexe 1 86

Annexe2 87

Annexe 3 89

Annexe 4 90

Annexe 5 92

Liste des Figures

Chapitre 1

FIGURE 1. 1 :BESOINS ET COÛTS D'AMÉLIORATIONS ÉNERGÉTIQUES. 17

FIGURE 1. Ý2: EQUILIBRE ÉNERGÉTIQUE D'UN BÂTIMENT. 18

FIGURE 1. 3: THERMOGRAPHIE D'UNE ENVELOPPE EXTÉRIEURE . 20

FIGURE 1. 4: POSITIONNEMENT DU RAYONNEMENT SOLAIRE . 21

FIGURE 1. Ý5: DÉVELOPPEMENT DE LA DEMANDE DE CHALEUR . 25

FIGURE 1. 6: EVOLUTION DES DIFFÉRENTES RÈGLEMENTATIONS . 29

FIGURE 1. 7: EVOLUTION DES EXIGENCES RÉGLEMENTAIRES . 30

CHAPITRE 2

FIGURE 2. 1:DIFFÉRENTES DÉPERDITIONS DE CHALEUR [18]. 34

FIGURE 2. 2:VUE DE COUPE D'UNE FENÊTRE INSTALLÉE. 38

CHAPITRE 3

FIGURE 3. 2:PLAN DE L'HABITAT D'ÉTUDE. 47

FIGURE 3. 3:DIMENSIONS DE LA CHAMBRE À ENFANTS. 48

FIGURE 3. 4;PLAN DE LA CHAMBRE À ENFANT VU PAR AUTOCAD. 48

FIGURE 3. 5 : ZONES CLIMATIQUES RÉGLEMENTAIRES DE LA TUNISIE . 49

FIGURE 3. 6:LES VARIATIONS MENSUELLES DE TEMPÉRATURES 50

FIGURE 3. 7:LES VARIATIONS MENSUELLES DE L'HUMIDITÉ 51

FIGURE 3. 8:LE BÂTIMENT EN COURS DE CONSTRUCTION. 53

FIGURE 3. 9:COMPOSITION D'UN MUR EXTÉRIEUR DE 35 CM. 53

FIGURE 3. 10:COUCHE D'ISOLANT LOGÉE DANS LE CLOISON DU MUR. 54

FIGURE 3. 11 : UNE FINE COUCHE DE PLASTIQUE . 54

FIGURE 3. 12:INTERFACE D'OUVERTURE OU DE CRÉATION D'UN PROJET 64

FIGURE 3. 13:LES COMPOSANTS DU PROJET ET LA LIBRAIRIE. 64

FIGURE 3. 14:CHOIX DU SYSTÈME MÉTRIQUE DE CALCUL. 65

FIGURE 3. 15:LES PARAMÈTRES DE RELOCALISATION . 66

FIGURE 3. 16:LES TEMPÉRATURES SÈCHES ET HUMIDES DE LA RÉGION. 66

FIGURE 3. 17:LES GAINS SOLAIRES MAXIMUMS SELON L'ORIENTATION . 67

FIGURE 3. 18:RUBRIQUE DES ESPACES COMPOSANT LE BÂTIMENT 67

FIGURE 3. 19:CRÉATION DE LA CHAMBRE. 68

FIGURE 3. 20:SAISIE DES CHARGES INTERNES DE LA CHAMBRE. 68

FIGURE 3. 21:ÉTABLISSEMENT DE LA NATURE DU PROGRAMME . 69

FIGURE 3. 22:ÉTABLISSEMENT DU CALENDRIER DE FONCTIONNEMENT 69

FIGURE 3. 23:SAISIE DES DONNÉES DES MURS EXTÉRIEURS 70

FIGURE 3. 24:COMPOSITION D'UN MUR EXTÉRIEUR 70

FIGURE 3. 25:INTERFACE DES ESPACES VITRÉS. 71

FIGURE 3. 26:EXPOSITION DES TOITURES ET SURFACES. 71

FIGURE 3. 27:COMPOSITION DE LA TOITURE. 72

FIGURE 3. 28:DONNÉES DU DÉBIT D'INFILTRATION D'AIR. 72

FIGURE 3. 29:LES DONNÉES DES MURS (CLOISONS) INTÉRIEURS. 73

FIGURE 3. 30: CHOIX DU SYSTÈME DE VENTILATION. 73

CHAPITRE 4

FIGURE 4. 1:INTERFACE PRINCIPALE DE L'OUTIL VRV XPRESS. 78

FIGURE 4. 2:LES CARACTÉRISTIQUES DE L'UNITÉ INTÉRIEURE 79

FIGURE 4. 3:CHOIX DES UNITÉS EXTÉRIEURES 80

FIGURE 4. 4:SCHÉMAS DE TUYAUTERIE DU SYST DECLIMATISATION 81

FIGURE 4. 5:SCHÉMAS DE CÂBLAGE. 81

Liste des Tableaux

Chapitre 2

TABLEAU 2. 2 : VALEUR MOYENNE DES ÉCHANGES THERMIQUES 37

TABLEAU 2. 3:LES COEFFICIENTS DE TRANSMISSION THERMIQUE . 38

TABLEAU 2. 4:COEFFICIENT D'ABSORPTION Á POUR MURS, TOITS . 43

TABLEAU 2. 5:FACTEUR DE RAYONNEMENT SOLAIRE [21]. 43

TABLEAU 2. 6;FACTEUR DE RÉDUCTION G POUR FENÊTRE PROTÉGÉES . 44

Chapitre 3

TABLEAU3. 1:CONDITIONS DE BASE DE CALCUL DU BILAN THERMIQUE 51

TABLEAU3. 2:LES COEFFICIENTS DE TRANSMISSION THERMIQUES 52

TABLEAU3. 3 : COMPOSITION DE LA TOITURE [25]. 55

TABLEAU3. 4:LES AIRES DES SURFACES DES DIFFÉRENTES PAROIS. 56

TABLEAU3. 5:LES ÉCARTS DE TEMPÉRATURES SUR LES FACE. 57

TABLEAU3. 6:LES DÉPERDITIONS DE CHALEUR PAR TRANSMISSION 57

TABLEAU3. 7:CARACTÉRISTIQUES PHYSIQUES DU MILIEU INTÉR ET EXT 58

TABLEAU3. 8:INTENSITÉ DE RAYONNEMENT SUR LES MURS. 60

TABLEAU3. 9:LES DÉPERDITIONS PAR RAYONNEMENT SUR LES VITRES. 60

TABLEAU3. 10:LES ÉCARTS DE TEMPÉRATURES SUR LES FACES. 61

TABLEAU3. 11:LES DÉPERDITIONS DE CHALEUR PAR TRANSMISSION . 62

TABLEAU3. 12:TEMPÉRATURE ET HUMIDITÉ 62

TABLEAU3. 13:LES DÉPERDITIONS DE CLIMATISATION DE LA CHAMBRE 74

TABLEAU3. 14:BILAN THERMIQUE DE LA CHAMBRE À ENFANT. 74

TABLEAU3. 15:BILAN THERMIQUE TOTAL DE LA MAISON. 75

CHAPITRE 4

TABLEAU 4. 1:PUISSANCE NÉCESSAIRE POUR CHAQUE LOCAL 79

TABLEAU 4. 2: PUISSANCE NÉCESSAIRE POUR LES UNITÉS EXTÉRIEURE. 81

TABLEAU 4. 3: NIVEAU SONORE PONDÉRÉ POUR CHAQUE UNITÉ INTÉR 82

Nomenclature

Variable	Désignation	Unité
Sp1	Température de surface du point 1	°C
Sp2	Température de surface du point 2	°C
V	Volume d'air	m^3
A	Aire de surface	M^2
ë	Conductivité thermique	W/m.k
PV	photovoltaïque
WC	Watt crête ou puissance maximale
K	Coefficient d'isolation global	W/m²K
Te	Température du milieu extérieur	°C
Ti	Température du milieu intérieur	°C
QL	Déperdition linéique	W
QP	Déperdition par les parois	W
QT	Déperdition de transmission	W
U	Coefficient de transmission surfacique	W/m²K
A	Aire de surface	m²
Rg	Resistance thermique globale	m²k/W
1/hi	Resistance thermique superficielle des échanges intérieurs	m²k/W
1/he	Resistance thermique superficielle des échanges extérieurs	m²k/W
e	épaisseur	m
?	Coefficient de transmission linéique	W/m.k
L	Longueur de la liaison	m
Ac	Aire de surface de verre	m²
Am	Aire de surface de menuiserie	m²
Uw	Coefficient de transmission des vitrages	W/m²K
Qs	Charge en chaleur sensible	W
Dr	Débit volumique de renouvellement d'air	m^3/h
ñair	Masse volumique de l'air	kg/m^3
Cpair	capacité thermique massique de l'air	J/Kg.K
QL	charge en chaleur latente	W
Dv	débit volumique de ventilation	m^3/h
Lv	chaleur latente de vaporisation à la température de l'air	J/Kg
YI	humidité absolues intérieure	Kg d'eau/kg d'air sec
YE	humidité absolues extérieure	Kg d'eau/kg d'air sec
QR	charge totale par renouvellement d'air	W
Q??????	Déperditions vers les espaces non chauffés	W
ô	coefficient de réduction de température	-
TN	température du local non chauffé	°C
QOCC	Gain de chaleur par occupant	W
Np	nombre d'occupants
Ms	gain par chaleur sensible par personne	W
Ml	gain par chaleur latente par personne	W
Q équ	gain par chaleur des équipements	W
n	nombre d'appareil
Ps	gain par chaleur sensible de l'appareil	W
Pl	gain par chaleur latente de l'appareil	W
QRm	quantité de chaleur traversant le mur
á	coefficient d'absorption de la paroi
F	coefficient de rayonnement solaire
Am	surface de la paroi	m²
Rv	rayonnement solaire absorbé sur la surface du mur	W/m²
QRv	quantité de chaleur traversant le vitrage	W
g	facteur de réduction
Av	surface vitrée	m²
QSOL	quantité de chaleur solaire	W
QG	Apports de chaleur globale	W
QCH	Déperdition de chauffage	W
QCL	Déperditions de refroidissement	W
TSP	Température de sous plancher	°C
M	mur
AM	Aire du mur	m²
Aplancher	Aire du plancher	m²
Atoiture	Aire de toiture	m²
ÄT	Ecart de température	°C
ö	densité d'éclairage	W/m²
Rq PF	Puissance Frigorifique totale requise	W
Rv TC	Puissance Froid révisée	W
PF	Puissance Frigorifique totale maximale	W
Rq PS	Puissance Frigorifique sensible requise	W
PS	Puissance Frigorifique sensible maximale	W
T° Chaud	Température intérieure en chauffage d	°C
Rq PC	Puissance calorifique requise	W
PC	Puissance Calorifique maximale	W
BECTh	besoins énergétiques annuels du bâtiment liés au confort thermique	kWh/m^2.an
BECh	Besoins énergétiques annuels pour le chauffage	kWh/an
BERef	Besoins énergétiques annuels pour le refroidissement	kWh/an
STC	Surface totale conditionnée	m²
Tch	température intérieure de base de chauffage	°C
Tref	température intérieure de base de refroidissement	°C

Abréviations

Variable	Désignation
HAP	Hourly Analysis Program
VIR	Vitrage à isolation renforcée
STEG	Société Tunisienne d'Electricité et de Gaz
CO2	Dioxyde de carbone
EEB	Efficacité énergétique des bâtiments
WBCSD	World business Council for Substainable Développent
RT	réglementation thermique
BBC	Bâtiment à basse consommation
Bépos	bâtiments à énergie positive
Bbio	Indice de conception bioclimatique
Tic	Indice de température intérieure conventionnelle
Cep	Indice de consommation en énergie primaire
RTBT	Règlementation Thermique des Bâtiments en Tunisie
ASHRAE	American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers
ANME	Agence Nationale de la Maitrise d'Energie
ZT	Zone territoriale
INM	Institut National de Météorologie
DTTF	Aéroport international de Gafsa-Ksar
VRV	Volume de Réfrigérant Variable

INTRODUCTION GENERALE

L'un des défis majeurs de notre siècle est celui du développement durable. Aujourd'hui, notre planète doit affronter une grande crise écologique et une diminution des ressources naturelles. Il s'avère une nécessité primordiale de lutter contre le saccage de la nature et faire économiser les ressources et d'assurer un développement économique durable en produisant et en consommant autrement.

Le confort et le bien-être des occupants se révèlent être au coeur des préoccupations des professionnels du bâtiment. En effet, surveiller le confort et le bien être des occupants favorise l'efficacité de chacun dans son travail mais nous permet aussi d'effectuer des économies d'énergies.

Les usages considèrent que le confort est un élément essentiel de leur vie, que ce soit chez eux, dans leur lieu de travail ou en dehors. Ce besoin de confort accru apparait donc comme une évolution irréversible et avec la multiplication des appareillages qui consomment l'énergie. Ces faits obligent les concepteurs à consacrer plus d'attention à l'énergétique des bâtiments, à étudier les dispositions et les phénomènes des équipements, leur utilisation réelle et à intégrer cette préoccupation dans la conception des bâtiments.

L'étude du projet se fera en quatre parties, dans le premier chapitre on s'intéresse à la mise au point bibliographique sur la conception d'un bâtiment à faible consommation d'énergie ainsi qu'aux différentes réglementations thermiques.

Le deuxième chapitre sera consacré au dressage du bilan thermique du bâtiment dont on déterminera les notions de base pour le calcul des déperditions de climatisation et de chauffage.

La troisième partie sera déduite par un calcul théorique d'une zone de la construction (une seule chambre) dont on comparera ensuite les résultats avec ceux trouvés, à l'aide du logiciel HAP, à savoir comme une forte preuve de crédibilité à montrer pour l'étude thermique de l'ensemble du bâtiment en cours de naissance.

Le dernier chapitre envisagera un dimensionnement du système de climatisation en choisissant le meilleur de point de vue qualité et rendement.

Enfin cette étude sera clôturée par une conclusion générale présentant les principaux résultats de ce projet.

Chapitre 1 :

MISE AU POINT BIBLIOGRAPHIQUE