Déperdition de Chaleur par Infiltration
Comprendre la Déperdition de Chaleur par Infiltration
Vous êtes un ingénieur en efficacité énergétique chargé d’évaluer les pertes thermiques d’un bâtiment résidentiel situé dans une région tempérée. L’objectif est de déterminer la quantité de chaleur perdue par infiltration d’air extérieur, afin de proposer des améliorations pour augmenter l’efficacité énergétique du bâtiment.
Pour comprendre la Déperdition par ventilation mécanique, cliquez sur le lien.
Données fournies:
- Volume du bâtiment : \(300 \, \text{m}^3\)
- Taux de renouvellement de l’air : \(0.7 \) renouvellements par heure (norme pour un bâtiment ancien sans isolation renforcée)
- Température intérieure moyenne : \(20^\circ C\)
- Température extérieure moyenne en hiver : \(5^\circ C\)
- Capacité thermique massique de l’air : \(1005 \, \text{J/kg}\cdot\text{K}\)
- Densité de l’air (à considérer à température moyenne) : \(1.2 \, \text{kg/m}^3\)
Questions:
1. Calculer le débit massique d’air infiltré à partir des données fournies.
2. Utiliser ce débit pour estimer la quantité totale de chaleur perdue par heure à cause des infiltrations.
3. Discuter des implications de ces pertes pour l’efficacité énergétique du bâtiment et proposer des mesures pour les réduire.
Correction : Déperdition de Chaleur par Infiltration
1. Calcul du débit massique d’air infiltré
Pour déterminer la masse d’air entrant dans le bâtiment par heure, nous commençons par calculer le débit volumique d’air renouvelé par heure. Ce débit est obtenu en multipliant le volume du bâtiment par le taux de renouvellement de l’air. Ensuite, on convertit ce débit volumique en débit massique en multipliant par la densité de l’air.
Formule :
\[ \dot{m} = V \times n \times \rho \]
- \(\dot{m}\) : débit massique (kg/h)
- \(V\) : volume du bâtiment (m\(^3\))
- \(n\) : taux de renouvellement de l’air (h\(^{-1}\))
- \(\rho\) : densité de l’air (kg/m\(^3\))
Données :
- \(V = 300\,m^3\)
- \(n = 0.7\,h^{-1}\)
- \(\rho = 1.2\,kg/m^3\)
Calcul :
1. Calcul du débit volumique d’air renouvelé :
\[ Q_v = V \times n \] \[ Q_v = 300\,m^3 \times 0.7\,h^{-1} \] \[ Q_v = 210\,m^3/h \]
2. Conversion en débit massique :
\[ \dot{m} = Q_v \times \rho \] \[ \dot{m} = 210\,m^3/h \times 1.2\,kg/m^3 \] \[ \dot{m} = 252\,kg/h \]
Résultat :
Le débit massique d’air infiltré est de 252 kg/h.
2. Calcul de la déperdition thermique horaire par infiltration
La chaleur perdue est liée à l’énergie nécessaire pour chauffer l’air infiltré de la température extérieure à la température intérieure. Cette énergie s’exprime par la formule de l’énergie thermique :
\[ Q = \dot{m} \times c_p \times \Delta T \]
où \(\Delta T\) est la différence entre la température intérieure et la température extérieure.
Formule :
\[ Q = \dot{m} \times c_p \times (T_{int} – T_{ext}) \]
- \(Q\) : déperdition de chaleur par heure (J/h)
- \(\dot{m}\) : débit massique (kg/h)
- \(c_p\) : capacité thermique massique de l’air (J/(kg·K))
- \(T_{int}\) : température intérieure (°C)
- \(T_{ext}\) : température extérieure (°C)
Données :
- \(\dot{m} = 252\,kg/h\) (calculé précédemment)
- \(c_p = 1005\,J/(kg\cdot K)\)
- \(T_{int} = 20\,°C\)
- \(T_{ext} = 5\,°C\)
- \(\Delta T = 20\,°C – 5\,°C = 15\,K\)
Calcul :
\[ Q = 252\,kg/h \times 1005\,J/(kg\cdot K) \times 15\,K \] \[ Q = 252\,kg/h \times 15\,075\,J/kg \] \[ Q = 3\,798\,900\,J/h \]
Résultat :
La déperdition thermique horaire due aux infiltrations est d’environ 3 798 900 J/h (soit environ 3,8 MJ/h).
3. Discussion et implications pour l’efficacité énergétique
La déperdition thermique de 3,8 MJ/h indique que le bâtiment perd une quantité significative de chaleur par infiltration d’air. Cela peut entraîner :
- Une augmentation de la consommation énergétique pour maintenir la température intérieure souhaitée.
- Une usure plus rapide du système de chauffage.
Mesures pour réduire ces pertes :
1. Amélioration de l’étanchéité à l’air :
- Vérifier et améliorer l’isolation des ouvertures (portes, fenêtres, points de passage des canalisations).
- Utiliser des joints d’étanchéité pour limiter les infiltrations.
2. Installation d’une ventilation contrôlée :
- Mettre en place une ventilation mécanique contrôlée (VMC) avec récupérateur de chaleur pour limiter les pertes tout en assurant une bonne qualité de l’air intérieur.
3. Optimisation de la gestion de l’air renouvelé :
- Réguler le taux de renouvellement de l’air selon les besoins réels du bâtiment pour éviter un sur-dimensionnement et des pertes inutiles.
- Ces mesures permettent de réduire les pertes de chaleur, d’améliorer le confort thermique et de réaliser des économies d’énergie sur le long terme.
Conclusion
- Débit massique d’air infiltré : 252 kg/h
- Déperdition thermique horaire : 3 798 900 J/h (3,8 MJ/h)
- Implications et solutions : Renforcement de l’étanchéité, ventilation contrôlée avec récupération de chaleur et gestion optimisée du renouvellement de l’air.
Déperdition de Chaleur par Infiltration
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