Le diagnostic global d'une installation de climatisation > L'enveloppe du bâtiment

Avant toute analyse détaillée de l'enveloppe, il est nécessaire d'avoir un indicateur objectif de cette consommation. Cet indicateur est donné par la consommation spécifique :





Le facteur Ro représente le rapport de la consommation électrique de l'édifice à sa surface habitable en kWh/m². Un tableau permet de comparer la valeur obtenue pour un cas donné à une valeur standard, donnée dans chaque pays en fonction d'une politique énergétique spécifique.

Le tableau 1.1 donne quelques valeurs indicatives de la consommation spécifique Ro telles que proposées par le code ivoirien de qualité énergétique du bâtiment.

On définit en fin de compte une consommation énergétique spécifique qui garantit le respect des principes d'économie d'énergie des bâtiments climatisés.

Type d'activité	Situation médiocre	Référence
Grand immeuble de bureau	> 275	160
Petit immeuble de bureau	> 250	150
Grand hôtel	> 300	180
Hôpital	> 400	250
Centre Commercial	> 300	200
Appartement (dans grand immeuble)	> 200	130
Tableau 1.1 : Valeurs indicatives de quelques indices de consommation de bâtiments climatisés en climat tropical humide Ro [en kWh/m²/an]

Les valeurs de ratio proposées ainsi, bien qu’indicatives permettent de limiter de façon appréciable la consommation énergétique des bâtiments climatisés.

Des valeurs anormalement élevées de ce facteur de consommation sont le premier signe d'une consommation excessive d'énergie. L'évaluation des gains calorifiques de l'enveloppe constitue une analyse détaillée de la consommation.

Les gains de chaleur par l'enveloppe sont dus aux parois opaques et aux ouvertures. Ils proviennent de différents défauts que nous allons analyser à travers les trois sous-chapitres suivants.

L'isolation thermique

Les parois opaques laissent passer la chaleur vers les pièces par conduction. La formule qui régie ce transfert est :



Le coefficient d'échange global k qui intervient dans cette formule traduit la facilité plus ou moins grande avec laquelle la chaleur traverse le mur. Il est fonction de l'échange de chaleur par convection à la surface du mur mais aussi de la conduction dans la masse même du mur.

Lorsque l'isolation thermique des murs est insuffisante le coefficient k est élevé et les flux de chaleur à travers les murs sont importants. C'est en général le cas lorsque les murs du bâtiment sont peu épais. Les murs en parpaing de 15 cm, malheureusement trop répandus, rentrent dans cette catégorie.

Les valeurs de coefficients d’échange maximaux admissibles sont de :

• k_v = 6 W / m²/K pour les vitrages
• k_m = 3 W / m²/K pour les murs

Les ouvertures

La surface et le nombre des ouvertures peut aussi être une source de gains calorifiques trop importants par l'enveloppe. Quand le bâtiment existe, il n'est pas toujours facile de remédier à cette difficulté.



Cependant quelques solutions simples et efficaces existent :

• La première de ces mesures est la réalisation de masques autour des ouvertures. Il s'agit entre autre des rideaux externes ou internes, la végétation et autres plantes, les auvents et vérandas. Les masques ont pour effet de stopper le rayonnement solaire direct pour réduire l’effet de l'une des sources de chauffage les plus importantes dans les pays tropicaux.
  En effet la quantité de chaleur transmise à un local par les ouvertures peut être évaluée par :
  
  
  
  Avec :

  • F et S : facteur solaire (sans unité) de la vitre et sa surface (m²)
  • Q : quantité de chaleur transmise à travers la vitre dans le local (W)
  • Φ_S : éclairement solaire en W/m²


• Les apports calorifiques par les vitrages et autres ouvertures ne sont pas limités à la seule transmission du rayonnement. Il y a aussi la conduction semblable à celle observée par les parois opaques ci-dessus.


• Depuis l’existence de vitres sélectives de qualité, le choix du vitrage prend de l’importance dans la réduction des consommations énergétiques. Trois paramètres doivent guider ce choix :
  • Le coefficient global d’échange k
  • Le facteur de transmission du visible Tvis
  • Le coefficient d’efficacité lumineuse Ke qui prend en compte la transmission des autres composantes du rayonnement.
  Une vitre de qualité doit avoir :
  • K ≤ 6 W/m²/K
  • Tvis ≥ 0,75
  • Ke ≥1


• Les ouvertures sont également une source d’apports calorifiques par infiltration. Lorsque l'air externe est admis dans un local et que l'air frais y est chassé deux sortes de gain de chaleur sont enregistrées.
  • Les gains de chaleur sensible Qs sont dus à l'écart de température entre extérieur et intérieur du local.
    
    
    Qs = 0,33 q_v ( Te - Ti) (en W)
    où q_v est le débit d’air humide exprimé en m³/h
  • Les gains de chaleur latente Ql qui sont dus à la chaleur de changement d’état admise lors de la condensation de la vapeur d'eau sur les batteries froides, du fait de l'écart d'humidité entre air externe et air interne. Plus l'air en contient de la vapeur et plus la charge frigorifique est importante. Les gains de chaleur latente Ql s'expriment part :
    Ql = 0,82 q_v ( x_e - x_i) (en W)
    La formule est évaluée en considérant l’humidité absolue de l’air x en g/kgAS (AS :Air Sec).

Le renouvellement d'air

Le renouvellement d'air, au même titre que les infiltrations, correspond à une admission d'air externe dans le local climatisé. A la différence des infiltrations, le renouvellement d'air est provoqué. Il est nécessaire pour des raisons hygiéniques. Il permet de ramener la proportion d'air vicié à un niveau acceptable (taux de CO₂, odeurs, vapeur d'eau...).

La chaleur totale admise dans un local par renouvellement de l'air s'évalue comme ci-dessus par calcul des chaleurs sensibles et latentes admises dans le local.

Nous avons analysé dans ce qui précède les niveaux d'intervention possible de l'enveloppe du bâtiment. Un calcul rapide doit permettre dans chaque cas de se rendre compte de l'opportunité d'une intervention pour en réduire les apports calorifiques. A ce stade de l'analyse, la nécessité de l'intervention est dictée par le temps de retour des investissements.

Désignation des locaux	Débit min d'air neuf sans fumeurs [m3/h/personne]	Débit min d'air neuf avec fumeurs [m3/h/personne]	nombre [personnes/m²]
Locaux d'enseignement	15 - 18	25	0.67
Dortoirs, chambres collectives	18	25	0.25
Bureaux et locaux assimilés	18	25	0.1
Salles de réunion, spectacles...	18	30	0.31
Boutiques, supermarchés	22	30	0.08
Cafés, bars, restaurants...	22	30	0.5
Locaux à usage sportif	18	30	0.8
Tableau 1.2 Taux de renouvellement d'air limites