1. Calcul de la charge de refroidissement totale nécessaire

Pour calculer la charge de refroidissement, on doit considérer l’ensemble des apports thermiques qui s’ajoutent pour chauffer l’intérieur du bâtiment en période de forte chaleur. Dans cet exercice, deux apports sont pris en compte :

• Apport par les baies vitrées : Le rayonnement solaire entrant à travers les grandes baies vitrées contribue significativement au gain de chaleur.
• Apport interne de chaleur : Ce terme regroupe les contributions issues de l’éclairage, des équipements et des occupants.

La somme de ces deux apports représente la charge thermique totale que le système de climatisation doit compenser pour maintenir la température intérieure à 24°C.

Formules et Données

• Apport par les baies vitrées (Q_vitrage) :

  Formule :

  \[ Q_{vitrage} = A_{vitrage} \times G_{vitrage} \]

  Données :

  • Surface totale des baies vitrées, \( A_{vitrage} = 500 \, m^2 \) .
  • Coefficient de gain de chaleur par les fenêtres, \( G_{vitrage} = 630 \, W/m^2 \) .
• Apport interne de chaleur (Q_interne) :

  Formule :

  \[ Q_{interne} = A_{bâtiment} \times G_{interne} \]

  Données :

  • Surface totale du bâtiment, \( A_{bâtiment} = 3000 \, m^2 \) .
  • Apport interne de chaleur, \( G_{interne} = 50 \, W/m^2 \) .

Calcul

• Calcul de \( Q_{vitrage} \) :

  \[ Q_{vitrage} = 500 \, m^2 \times 630 \, W/m^2 \] \[ Q_{vitrage} = 315\,000 \, W \]

• Calcul de \( Q_{interne} \) :

  \[ Q_{interne} = 3000 \, m^2 \times 50 \, W/m^2 \] \[ Q_{interne} = 150\,000 \, W \]

• Charge de refroidissement totale (\( Q_{total} \)) :

  \[ Q_{total} = Q_{vitrage} + Q_{interne} \] \[ Q_{total} = 315\,000 \, W + 150\,000 \, W \] \[ Q_{total} = 465\,000 \, W \]

Pour plus de lisibilité, on convertit en kilowatts (kW) sachant que 1 kW = 1 000 W :

\[ Q_{total} = 465\,000 \, W \div 1\,000 = \mathbf{465 \, kW} \]

2. Stratégies pour réduire la charge thermique

Afin de diminuer la charge de refroidissement sans compromettre le confort des usagers, voici plusieurs stratégies qui peuvent être mises en place :

• Optimisation de l’enveloppe du bâtiment :
  • Revêtements et isolation améliorée : Améliorer l’isolation des murs et de la toiture permet de réduire les échanges thermiques non désirés.
  • Vitrages performants : Installer des vitrages à contrôle solaire (double ou triple vitrage, vitrages à faible émissivité) permet de limiter l’apport de chaleur par les baies vitrées.
• Dispositifs d’ombrage :
  • Stores et brise-soleils : Ces dispositifs permettent de limiter l’ensoleillement direct sur les vitrages et de réduire ainsi la charge solaire.
  • Auvents extérieurs : Ils protègent également les vitrages contre le rayonnement direct.
• Gestion des apports internes :
  • Éclairage et équipements écoénergétiques : Le remplacement des équipements par des modèles à haute efficacité énergétique (par exemple, éclairage LED) contribue à diminuer la chaleur dégagée par l’activité du bâtiment.
  • Aménagement et régulation des espaces : Une répartition judicieuse des espaces et une régulation de l’utilisation des équipements permettent de réduire les pics de charge interne.
• Utilisation de techniques de refroidissement passif :
  • Ventilation naturelle : Lorsqu’elle est faisable, la ventilation croisée ou les systèmes d’extraction d’air chaud facilitent la dissipation de l’excès de chaleur.
  • Systèmes de rafraîchissement par évaporation : Ce procédé peut être adapté pour des zones spécifiques, en tenant compte des conditions climatiques locales.
• Intégration de solutions urbaines et environnementales :
  • Végétalisation : Installer des toits verts ou des murs végétalisés peut contribuer à absorber une partie de l’énergie solaire, tout en améliorant le confort thermique du bâtiment.
  • Orientation et conception du bâtiment : Une analyse fine de l’orientation permet d’optimiser l’implantation des ouvertures en limitant les apports solaires excessifs.

Conclusion

En combinant les apports par les baies vitrées (315 kW) et les apports internes (150 kW), la charge de refroidissement totale s’élève à 465 kW. Pour réduire cette charge thermique tout en assurant un confort optimal des occupants, il est recommandé de déployer des solutions globales, allant de l’amélioration de l’enveloppe thermique à l’optimisation des systèmes de refroidissement passif et de la gestion des apports internes.