Bilan thermique

Définition : 

Etablir le bilan thermique d'un local, c'est répertorier et quantifier toutes les sources de perturbation qui vont influencer l'ambiance en température et en humidité :

• Apports de chaleur venant de l'extérieur (été) ou départs de chaleur vers l'extérieur (hiver)
• Apports de chaleur dus aux équipements internes ou aux occupants
• Apports ou départs d'humidité dus aux équipements, aux occupants et à la migration par les parois
• Apports ou extractions d'air

Paramètres :

Un local à climatiser est le siège d'échanges thermiques qui se répartissent en trois types d'apports :

• Les charges externes
• Les charges internes
• Les apports d'air neuf

Charges externes :

Les charges externes représentent tous les échanges thermiques avec le milieu extérieur : au niveau des parois, portes et vitrages, à travers les surfaces vitrées et par l'intermédiaire des ouvertures

Charges au niveau des parois, portes et vitrages :

L'échange thermique a lieu en raison de la différence de température avec l'extérieur ou les locaux mitoyens. Les apports calorifiques s'effectuent par transmission :

• Apports positifs en été ou "aperditions",
• Apports négatifs en hiver ou "déperditions".

La nature et l'épaisseur des matériaux jouent un rôle primordial dans cet échange et l'isolation thermique est généralement indispensable.

Charges à travers les surfaces vitrées :

Le rayonnement solaire crée un flux calorifique qui pénètre en partie à l'intérieur du local.
Son intensité dépend de :

• la latitude géographique,
• la valeur du rayonnement solaire,
• la hauteur du soleil,
• l'heure du jour,
• l'orientation du local,
• le coefficient de transparence de l'atmosphère,
• la nature du vitrage : simple ou double, avec lame d'air, réfléchissant...
• la nature des protections : stores internes ou externes, rideaux, casquettes...

Charges par l'intermédiaire des ouvertures (portes, fenêtres...) :

Elles sont dues à des infiltrations d'air incontrôlées dont les conditions climatiques (température, humidité) sont différentes de celles de l'ambiance interne.
La qualité des huisseries et l'étanchéité générale du bâtiment sont par conséquent essentielles.
Note : Dans le cas d'un apport systématique d'air hygiénique, la création d'une légère surpression permet de contrôler en partie les infiltrations d'air.

Charges internes :

Les charges internes proviennent de tous les éléments situés à l'intérieur d'un local et susceptibles de modifier son équilibre thermique. Les sources de charges internes sont diverses et essentiellement liées à l'utilisation du bâtiment et à ses équipements, sans oublier l'activité humaine :

• L'éclairage (lampes, spots...),
• L'appareillage électrique (séchoirs à cheveux, moteurs, machines...),
• Les équipements thermiques (brûleurs, producteurs de vapeur...),
• Les occupants du local (activités diverses).

Note : dans l'industrie, il y a lieu de bien connaître l'ensemble d'un process de fabrication, et notamment le cheminement des produits à travers les différents locaux. Cela permet de déceler tous les vecteurs d'accumulation ou de transmission des calories produites (par exemple, cheminement d'un chariot sortant d'un four).

Apports d'air neuf :

La nécessité d'apporter de l'air neuf est non seulement reconnue mais légalisée et codifiée. Elle est impérative pour les immeubles modernes dont l'étanchéité renforcée limite les introductions d'air parasites. Aussi, lors d'une installation de climatisation, on doit prendre en compte le traitement de cet air neuf dans les calculs de la puissance à installer.

Selon l'importance de l'installation, le traitement d'air pur peut :

• Etre inclus dans le bilan thermique,
• Etre intégré ultérieurement au moment de la sélection du matériel.

Calcul, évaluation des apports :

Pour évaluer les apports thermiques d'un local, on peut se reporter à différentes sources de renseignements :
Apports thermiques et sources de renseignements.

Apports externes :

Les données de base sont notamment apportées par les DTU (Documents Techniques Unifiés), les fabricants des matériaux composant le bâtiment.
Les volumes d'air neuf sont imposés par  les normes en vigueur ou les impératifs techniques de l'utilisateur.

Apports internes :

Il y a lieu de les faire définir avec précision par l'utilisateur.

Présentation du bilan thermique

Le bilan thermique se présente sous la forme d'une double distinction :

1. Distinction Eté / Hiver :

Bilan thermique Eté

Il ne comporte généralement que des charges positives(apports de chaleur).
Il doit faire apparaître séparément :

• Les charges en chaleur sensible, qui tendent à augmenter la température,
• Les charges en chaleur latente, qui tendent à augmenter la teneur en humidité.

Bilan thermique Hiver

Il comporte généralement :

• des charges négatives (déperditions, air neuf) liées à la qualité du bâtiment, et
• des charges positives liées à l'occupation et à l'activité (éclairage, machines, occupants).

En réalité, il ne tient compte que des charges négatives :

• Cas de non occupation

2. Distinction Chaleur sensible / Chaleur latente :

Cette autre distinction du bilan thermique est très utile pour calculer l'installation de climatisation. Elle est indispensable pour aborder le conditionnement d'air de précision.
En revanche, pour les installations de confort "standard", le rapport chaleur sensible/chaleur latente étant relativement constant, les matériels sont déjà conçus en conséquence.
Facilités de calcul : il existe des logiciels de calcul de bilan thermique ou des grilles de calcul rapide utilisés par les bureaux d'étude et les installateurs.