WO2012028829A1 - Determination du coefficient de deperdition thermique d'un local - Google Patents

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WO2012028829A1
WO2012028829A1 PCT/FR2011/052016 FR2011052016W WO2012028829A1 WO 2012028829 A1 WO2012028829 A1 WO 2012028829A1 FR 2011052016 W FR2011052016 W FR 2011052016W WO 2012028829 A1 WO2012028829 A1 WO 2012028829A1
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room
temperature
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heating
period
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PCT/FR2011/052016
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Eric Mangematin
Guillaume Pandraud
Jérôme GILLES
Didier Roux
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Saint-Gobain Isover
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K17/00—Measuring quantity of heat
    • G01K17/06—Measuring quantity of heat conveyed by flowing media, e.g. in heating systems e.g. the quantity of heat in a transporting medium, delivered to or consumed in an expenditure device
    • G01K17/08—Measuring quantity of heat conveyed by flowing media, e.g. in heating systems e.g. the quantity of heat in a transporting medium, delivered to or consumed in an expenditure device based upon measurement of temperature difference or of a temperature
    • G01K17/20—Measuring quantity of heat conveyed by flowing media, e.g. in heating systems e.g. the quantity of heat in a transporting medium, delivered to or consumed in an expenditure device based upon measurement of temperature difference or of a temperature across a radiating surface, combined with ascertainment of the heat transmission coefficient

Definitions

  • the heat loss coefficient of a room is equal to the heat loss power of the room (in Watts) per degree (Kelvin or Celsius) of the difference between the air temperature inside the room. and the temperature of the outside air. This coefficient K is representative of the energy performance of the envelope of the room.
  • the coefficient u is used, in the context of thermal regulations such as the RT 2005 in France or the EnEV regulation in Germany, to access an estimate of the overall energy consumption of the premises. Its determination is useful to carry out a diagnosis of the thermal insulation of a room, especially after its construction, to check that the manufacturer has complied with the standards in force in terms of thermal insulation both in terms of choice of materials and their implementation, or when considering a rehabilitation of the premises, with a view to evaluate the measures that should be taken to improve thermal performance.
  • the invention intends to remedy more particularly by proposing a method and a device making it possible to rapidly determine the heat loss coefficient of a room, with moderate cost and reasonable accuracy.
  • the temperature of the outside air T ek is determined at the same close times; for each period of time D k , from the evolution T ik (t) of the quantity T jk as a function of time, this evolution is quantitatively analyzed through a simple mathematical model:
  • T ik (t) is substantially linear, one determines on this time interval At k the slope a k of the tangent to the curve T ik (t) and one deduces the value of the coefficient of thermal loss K of the local starting from the slopes a k ;
  • the principle underlying the invention is to use the transient variations in the indoor temperature of the room subjected to controlled internal stresses and in a measured external environment.
  • the quantitative analysis of the variation of the indoor temperature of the room makes it possible to quantitatively determine the energy quality of the room over a short period, extending over a few hours, by limiting the number of parameters likely to influence the thermal behavior of the room.
  • the shortness of the measurements makes it possible to overcome the influence of the conditions of use of the room and the variations of the external climatic conditions.
  • the room heating elements are of convective type, it is possible to combine these heating elements, which ensure the dissipation of heat, with at least one fan, which ensures a good spatial distribution of the heat.
  • Such a heating assembly combining convective heating elements and fans ensures homogeneous heating of the room.
  • heating by heating films makes it possible to achieve a better temperature homogeneity in all rooms of the house than convective heating.
  • heating by heating films there is less disparity between the temperatures of the rooms of the ground floor, on the one hand, and the room temperature of the floor, on the other hand.
  • the slopes of the temperature rise curves are more homogeneous from one room to another with heating by heating films, which is particularly sought after in the context of the process according to the invention.
  • each temperature measurement campaign inside the room includes measurements of the ambient temperature inside the room, measurements of the room wall temperature and / or measurements of the average temperature. radiant inside the room.
  • any known measurement method can be used to access these temperatures, in particular the measurement methods described in standard NF EN ISO 7726.
  • the measurements of the ambient temperature inside the room and the temperature of the walls of the room can be achieved using thermocouples or, preferably, Pt100 probes.
  • a black-globe thermometer may advantageously be used.
  • At least the temperature of a wall inside the room is measured.
  • a measure of the room temperature to the interior of the room may be substituted for the measurement of the wall temperature inside the room.
  • the temperature measurements inside the room may be limited to measurements within a single room of the room.
  • the determination of the temperature of the outside air T ek takes place, in the context of the method of the invention, by means of a simultaneous measurement campaign with measurements of the internal temperature of the room T. jk , that is to say at the same close times.
  • the method according to the invention is implemented over a period of time for which the outside air temperature T ek is stable.
  • the indicator n50 is measured as defined in standard NF EN 13829, that is to say the leakage rate at 50 Pa divided by the heated volume of the room
  • the average value of the air change rate m ' can be obtained from the measurement of indicators other than the indicator n50, or else using regulatory calculation methods other than that involving relation (3) above.
  • the convective exchange coefficient h t may be assumed to be known.
  • the convective exchange coefficient h i can be estimated to be of the order of 8 W / m 2 .K, which is the order of magnitude given by the RT 2005 in the Th-U rules.
  • the invention also relates to a device for implementing a method as described above, comprising at least one temperature sensor which measures a temperature inside the room T jk and a homogeneous heating device.
  • the room having a controlled power source.
  • the heating device directly heats the mass of the room, that is to say the thermal capacity of the room and not only the air inside the room, and the room sensor. Temperatur measures the temperature in the air inside the room.
  • heating devices that directly heat the mass of the room include heated heating films on the floor of the room or still fixed systems of underfloor heating of the room.
  • the selection of a device that combines a direct heating of the mass of the room and a measurement of the temperature in the air inside the room is particularly advantageous for the implementation of the method according to the invention. Indeed, if one chooses to carry out measurements of wall temperature, it is necessary, in order to obtain a good estimate of the average temperature in a room, to make measurements of temperatures on several walls of the room, then to determine an average of these wall temperatures, regardless of the homogeneity of the heating. On the contrary, if one chooses to make measurements of air temperature, a single measurement in the volume of air substantially at The center of the room is sufficient to obtain a value representative of the average temperature in the room, provided that the heating is sufficiently homogeneous.
  • the internal control software of the device is designed so that each test launched autonomously by the automatic control device is launched preferably at night, and, if previous measurements have already been carried out, the device Automatic control optimizes the cycle of each test so as to minimize its duration and maximize the accuracy of characterization.
  • the process criteria used by the automatic control device take into account the accuracy of the temperature measurement, that is to say the accuracy of determination of the temperature evolution slope. The lower the accuracy of the measurement, the longer the measuring time must be to ensure correct slope determination.
  • the criterion must be defined in such a way that the slope in absolute value has a maximum value, and any slope that is almost zero is to be avoided.
  • the invention also relates to an information recording medium, comprising instructions for implementation, in the context of a method as described above:
  • FIG. 5 is a curve representative of the evolution of the temperature T n inside the house of FIG. 3 as a function of time, for a first period of time D 1 during which an imposed heating power i > mpl null is applied in the house, that is to say that this first period of time corresponds to a lack of heating in the house;
  • FIG. 7 is a schematic view of a bungalow whose heat loss coefficient K is desired to determine in accordance with the invention, the heating of the bungalow being provided by electric convectors;
  • FIG. 8 is a curve representative of the evolution of the temperature T jk within the bungalow of FIG. 7 as a function of time during the implementation of the method according to the invention, showing a first period time D l during which a heating power imposed i > mpl zero is applied in the bungalow, that is to say that this first period of time corresponds to a lack of heating in the bungalow, followed by a second period of time D 2 during which an imposed heating power i > mp2 non-zero is applied in the bungalow.
  • the heating power supplied by the heat pump 2 for heating the house is easily determinable, especially from the COP of the heat pump as explained above.
  • the heat pump 2 is therefore a controlled power source well suited to generate the heating pulses of the house, that is to say the imposed heating power P impk , which are required by the method of the invention.
  • the value of the COP of the heat pump 2 is 4.23.
  • the method according to the invention is implemented preferably continuously in its entirety on a single period of time. This is the case for the example shown in FIGS. 4 to 6 since, as clearly visible in FIG. 4, the second period of time D 2 during which a non-zero imposed heating power i > mp2 is applied in the house 1 is immediately consecutive to the first period of time D l during which an imposed heating power i > mpl zero is applied in the house.
  • the process takes place over a continuous period of time that lasts about 1500 minutes, and begins at the beginning of the night and extends into the next day. Over this period of 1500 minutes, the recorded solar radiation is low because the weather was cloudy during the implementation of the process. In addition, all the shutters of the house were closed during the implementation of the process. Under these conditions, the contribution of solar radiation to the heating of house 1 can be neglected.
  • the ambient temperature inside of the house T n is then measured every ten minutes in two different rooms of the house, namely a main part and a chamber.
  • a temperature sensor is installed in each of these two rooms, in ambient air at 180 cm in height.
  • FIG. 5 also shows the evolution of the outside air temperature T el during the time period D x .
  • the evolution of the outside air temperature T E2 during the same period of time D 2 is also shown in FIG. 6.
  • i cafc 386 W / K.
  • the difference between the two values K s and K corr may come from the occupation conditions different from the house 1 for, on the one hand, the implementation of the method according to the invention and, on the other hand, the evaluation of the average static value K s .
  • the method of the invention has been implemented in the unoccupied house, while the average static value K s has been evaluated with the house occupied by four persons, which implies additional energy contributions, particularly in terms of air exchange rate due to moisture-sensitive VMCs, and in terms of power due to solar radiation or the operation of household appliances.
  • the method of the invention provides access to the value of the inertia or effective thermal capacity C of the house 1 as defined above, namely the energy required to increase the ambient temperature of the house of 1 K at constant outside temperature:
  • the method according to the invention is implemented for determining the heat loss coefficient K of a bungalow 10 which has an internal volume V j of 5.8 m ⁇ 2.1 m ⁇ 2, 6 m and is equipped with two triple glazed windows.
  • the envelope of the bungalow 10 consists of insulating sandwich panels assembled by a metal structure. Additional insulation was added to the casing, in the form of a 40 mm thick glass wool and plasterboard on the inside of the casing. The air permeability, measured by tracer gas, is 0.43 vol / h. The process is implemented while the bungalow is unoccupied.
  • the heating of the bungalow 10 is provided by electric convectors 20 having a real measured power of 1880 W.
  • the convectors allow to heat the air of the bungalow and, because of the reduced volume of the bungalow, the heating of the bungalow is homogeneous.
  • the convectors 20 constitute a controlled power source well adapted to generate the heating pulses of the bungalow, that is to say the imposed heating powers i > mpi , which are required by the method of the invention.
  • the set point is 32 ° C, measured by a black globe placed in the center of the air volume.
  • the method according to the invention is implemented continuously in its entirety over a single period of night time, to overcome the contribution of solar radiation to the heating of the bungalow 10.
  • T ad 32 ° C
  • the second period of time D 2 is thus immediately consecutive to the first period of time D l .
  • the curve representative of the evolution of the interior temperature of the bungalow T n as a function of time during the period of time D l is shown in FIG. 8.
  • the temperature descent curve of the bungalow 10 presents a substantially linear over the time interval ⁇ ⁇ .
  • FIG 8 also shows the evolution of the outside air temperature T el during the time period D x .
  • the ambient temperature inside the house T j2 is then measured every ten seconds, by means of a black globe placed in the center of the bungalow.
  • the evolution of the outside air temperature T e2 during the same period of time D 2 is also shown in FIG. 8.
  • the value of the heat loss coefficient K calc of the bungalow 10 determined by the method of the invention can be compared with a mean static value K s of the heat loss coefficient.
  • This average static value K s is estimated in steady state. In practice, it is considered that the steady state is reached when the temperature of the walls of the bungalow is stable, the temperature of the air being then also.
  • the estimate of K s was made during a long test during which we measured during a period of 8 hours from 23h to 7h, the average power P m necessary to maintain the ambient temperature inside the bungalow T i stable, the outside air temperature T e is preferably also stable during this period.
  • the average static value K s of the heat loss coefficient is then estimated from the relation:
  • the average value of the air exchange rate m 'in the bungalow is:
  • the method of the invention provides access to the value of the inertia or effective thermal capacity C of the bungalow 10 as defined above, namely the energy required to increase the ambient temperature of the bungalow from 1 K to constant outside temperature:
  • - a first series corresponding to a steady state obtained with an unrealistic weather file, without sun and fixing the outside temperature at 10 ° C and the power at 30 kW for the necessary time until temperature stabilization (400 hours maximum) ); - a second series corresponding to a transient regime obtained with a realistic weather file, namely 3 days in March for a climate adapted to the city of Chambéry, by bringing a homogeneously distributed power, or by the ground on the surface (not in depth), or by air, 30 kW from 19h to midnight, and 3 kW during the next 36 hours, after regulation at 19 ° C for a day.
  • the method according to the invention can be implemented indifferently with heating means that equip the room in a fixed manner or with heating means that are reported in the room specifically for the implementation of the process, provided that the power provided by these heating means for the pulses required by the process can be determined accurately.
  • the method according to the invention could have been implemented by deactivating the heating system using the heat pump 2 of the house and by applying the heating pulses by means of a heating device in the house, such as a device comprising electric heating films or a device combining convective electric heaters and fans.
  • the method of the invention involves at least two imposed powers different ⁇ mpi heating room.
  • the difference between the two imposed powers P impk is maximized.
  • maximum power and zero power have been selected.
  • the method of the invention can be used either for determining the heat loss coefficient K of the room in its entirety, in which case heating and mixing of the air must be ensured throughout the room, ie for the determination of the coefficient of heat loss K of only a part of the room.
  • heating and mixing of the air must be ensured throughout the room, ie for the determination of the coefficient of heat loss K of only a part of the room.
  • the method according to the invention is well suited for determining the coefficient of heat loss K of premises having good thermal insulation.
  • the response time imp pulses P impk may be too short for the evolution of the magnitude T ik (t) can be considered linear.
  • the non-linear evolution of T ik (t) can then be p.

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Abstract

Ce procédé, qui vise à déterminer le coefficient de déperdition thermique K d'un local, comprend des étapes dans lesquelles : - on procède, dans le local inoccupé, à une campagne de mesures d'au moins une température à l'intérieur du local T ik à intervalles de temps rapprochés, sur au moins deux périodes de temps D k successives correspondant à des puissances P totk distinctes de chauffage du local; - on détermine la température de l'air extérieur T ek auxdits mêmes temps rapprochés; - pour chaque période de temps D k , à partir de l'évolution T ik (t) de la grandeur T ik en fonction du temps, on sélectionne un intervalle de temps Δt k pour lequel l'évolution T ik (t) est sensiblement linéaire, puis on détermine sur cet intervalle de temps Δt k la pente α k de la tangente à la courbe T ik (t) et on déduit la valeur du coefficient de déperdition thermique K du local à partir des pentes α k .

Description

DETERMINATION DU COEFFICIENT DE DEPERDITION THERMIQUE D'UN LOCAL
La présente invention a trait à un procédé et un dispositif pour déterminer le coefficient de déperdition thermique d'un local. Au sens de l'invention, un local est une maison individuelle ou un bâtiment, notamment à usage d'habitation ou tertiaire, ou encore une partie d'un tel bâtiment, par exemple un appartement dans un immeuble à plusieurs étages.
Le coefficient de déperdition thermique d'un local, noté K , est égal à la puissance de déperdition thermique du local (en Watts) par degré (Kelvin ou Celsius) d'écart entre la température de l'air à l'intérieur du local et la température de l'air extérieur. Ce coefficient K est représentatif des performances énergétiques de l'enveloppe du local.
Le coefficient de déperdition thermique K d'un local est influencé, d'une part, par les pertes thermiques par transmission à travers les parois du local et, d'autre part, par les infiltrations d'air. Les pertes thermiques par transmission sont représentées par un facteur HT = UAT , où U est le coefficient de transmission thermique de l'enveloppe du local, également appelé coefficient de déperdition spécifique par transmission du local, et AT est la surface totale des parois du local. Les infiltrations d'air dans le local sont représentées par un facteur m'.C , où m' est le débit de renouvellement de l'air et Cp est la capacité calorifique de l'air. Par conséquent, le coefficient de déperdition thermique K est donné par la relation :
K = HT + m'.Cp = UAT + m'.Cp .
Le coefficient u est utilisé, dans le cadre de réglementations thermiques telles que la RT 2005 en France ou le règlement EnEV en Allemagne, pour accéder à une estimation de la consommation globale d'énergie du local. Sa détermination est utile pour effectuer un diagnostic de l'isolation thermique d'un local, en particulier après sa construction, pour vérifier que le constructeur a respecté les normes en vigueur en termes d'isolation thermique aussi bien en termes de choix des matériaux que de leur mise en œuvre, ou lorsqu'on envisage une réhabilitation du local, en vue d'évaluer les mesures qu'il convient de prendre pour améliorer la performance thermique.
Il est connu de déterminer le coefficient de déperdition thermique d'un local au moyen de logiciels de calcul qui font intervenir une modélisation de l'enveloppe du local. Ces logiciels sont relativement lourds à mettre en œuvre et ont l'inconvénient de ne fournir qu'un résultat théorique, qui ne rend pas compte de paramètres réels tels que la mise en œuvre effective des matériaux d'isolation, la technologie de construction, etc.
Par ailleurs, il est connu de déterminer le coefficient de déperdition thermique d'un local en réalisant des mesures in situ dans le local sur des périodes longues, qui s'étendent généralement sur plusieurs semaines ou mois, puis en procédant à une analyse statistique de ces mesures. L'analyse statistique est rendue nécessaire par la multiplicité des paramètres qui influencent le comportement thermique du local sur la période de mesure, notamment les conditions météorologiques et les conditions d'occupation du local. Ces méthodes de mesures in situ connues ont l'inconvénient d'être longues et de faire intervenir un matériel lourd et coûteux.
C'est à ces inconvénients qu'entend plus particulièrement remédier l'invention en proposant un procédé et un dispositif permettant de déterminer de manière rapide le coefficient de déperdition thermique d'un local, avec un coût modéré et une précision raisonnable.
A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de détermination du coefficient de déperdition thermique K d'un local, caractérisé en ce qu'il comprend des étapes dans lesquelles :
- on procède, dans le local inoccupé, à une campagne de mesures d'au moins une température à l'intérieur du local Tjk à intervalles de temps rapprochés, sur au moins deux périodes de temps Dk successives correspondant à des puissances Ptotk distinctes de chauffage du local ;
- on détermine la température de l'air extérieur Tek auxdits mêmes temps rapprochés ; - pour chaque période de temps Dk , à partir de l'évolution Tik (t) de la grandeur Tjk en fonction du temps, on analyse quantitativement cette évolution à travers un modèle mathématique simple :
o soit, s'il existe un intervalle de temps Atk pour lequel l'évolution
Tik (t) est sensiblement linéaire, on détermine sur cet intervalle de temps Atk la pente ak de la tangente à la courbe Tik (t) et on déduit la valeur du coefficient de déperdition thermique K du local à partir des pentes ak ;
o soit, s'il n'existe pas d'intervalle de temps pour lequel l'évolution Tik (t) est sensiblement linéaire, on sélectionne un intervalle de temps Atk ' sur lequel l'évolution Tik (t) est sensiblement exponentielle de type exp(-t/x) , avec τ la constante de temps thermique du local, et on déduit la valeur du coefficient de déperdition thermique K du local, qui est la valeur telle que la courbe Ln Ptotk-)/(Qk (0) - ^ est une droite, où Qk (t) = Tik (t) - Té
K K
avec Tekm ' la moyenne des mesures de température de l'air extérieur Tek sur l'intervalle de temps Atk '.
Le principe à la base de l'invention est d'utiliser les variations transitoires de la température intérieure du local soumis à des sollicitations internes contrôlées et dans un environnement externe mesuré. L'analyse quantitative de la variation de la température intérieure du local permet de déterminer quantitativement la qualité énergétique du local sur une période courte, s'étendant sur quelques heures, en limitant le nombre de paramètres susceptibles d'influencer le comportement thermique du local. En particulier, la brièveté des mesures permet de s'affranchir de l'influence des conditions d'utilisation du local et des variations des conditions climatiques extérieures.
Bien entendu, le procédé selon l'invention ne requiert pas nécessairement la mise en place d'une représentation graphique de l'évolution Tik (t) .
En particulier, dans le cas où il existe un intervalle de temps Atk pour lequel l'évolution 7^ (0 est sensiblement linéaire, la pente ak de la tangente à la courbe Tik (t) sur l'intervalle de temps Atk est égale à la dérivée de évolution Tik (t) sur cet intervalle Atk . Dès lors, l'étape de détermination de la pente ak de la tangente à la courbe Tik (t) sur l'intervalle de temps Atk peut être réalisée, dans le cadre de l'invention, en calculant la dérivée de évolution Tik (t) sur l'intervalle de temps Atk , sans recourir à une représentation graphique de l'évolution Tik (t) .
De la même façon, dans le cas où il n'existe pas d'intervalle de temps pour lequel l'évolution Tik (t) est sensiblement linéaire, la détermination de la valeur du coefficient de déperdition thermique K du local telle que la courbe
Ln Ptotk-)/(Qk (0) - ^ est une droite ne met pas forcément en jeu
K K
une représentation graphique de cette courbe, et peut passer par une linéarisation mathématique de l'évolution Ln Ptotk-)/(Qk (0) - ^)
K K
Les étapes de calcul du procédé, en particulier pour la détermination des pentes ak ou pour la linéarisation de l'évolution
Ln (θ,( -¾/(θ, (0) -¾ , peuvent être mises en œuvre à l'aide de tout
K K
moyen de calcul approprié. Il peut s'agir notamment d'une unité de calcul électronique comportant à la fois des moyens pour acquérir les mesures de température à l'intérieur du local Tik et des moyens pour calculer le coefficient de déperdition thermique K du local à partir de ces mesures.
Selon l'invention, on entend par "puissance de chauffage du local" toute condition opératoire générant une variation de la température intérieure du local pour des conditions de température extérieure données. Il est entendu que la puissance de chauffage Ptotk peut être positive, nulle ou négative. Une puissance de chauffage positive correspond à un apport de chaleur dans le local, alors qu'une puissance de chauffage négative correspond à un apport de froid dans le local. Dans le cas d'une puissance de chauffage nulle, la variation de la température intérieure du local peut résulter d'une différence entre la température intérieure du local et la température extérieure, ou encore d'une variation de la température extérieure. Suivant l'invention, il est prévu que l'une au moins des puissances de chauffage Ptotk est non nulle.
De manière avantageuse, pour chaque période de temps Dk , la puissance Ptotk de chauffage du local comprend une puissance de chauffe
Pimpk imposée au moyen d'une source de puissance contrôlée. Si aucune source de puissance autre que celle utilisée pour appliquer la puissance de chauffe imposée Pimpk n'est active dans le local au cours de la période de temps Dk , la puissance totale Ptotk de chauffage du local est égale à la puissance de chauffe imposée Pimpk . Si en revanche il existe, au cours de la période Dk , une puissance supplémentaire Psupk dans le local en plus de la puissance Pimpk , la puissance totale de chauffage du local est égale à i> mpi + supi . En particulier, dans le cas où le rayonnement solaire sur la période de temps Dk est important, la contribution du rayonnement solaire au chauffage du local fait partie de la puissance supplémentaire Psupk .
En pratique, les conditions de mise en œuvre du procédé sont adaptées pour limiter les apports de puissance supplémentaires Psupk autres que la puissance de chauffe imposée Pimpk , notamment en veillant à ce que le local soit inoccupé.
De manière avantageuse, le procédé est mis en œuvre sur des périodes de temps Dk pour lesquelles le rayonnement solaire est faible, de préférence nul. De manière préférée, le procédé est mis en œuvre sur des périodes de temps Dk choisies pendant la nuit, ou éventuellement en journée le matin ou le soir. Il est ainsi possible de réduire la contribution du rayonnement solaire et de limiter les fluctuations de la température de l'air extérieur. Les périodes de temps Dk peuvent être soit disjointes, soit immédiatement successives les unes aux autres. Dans ce dernier cas, on peut considérer que le procédé est réalisé dans sa globalité sur une période de temps continue, formée par la succession des périodes de temps Dk . De manière préférée, en vue de limiter le temps de mise en œuvre du procédé tout en réduisant la contribution du rayonnement solaire, le procédé est réalisé dans sa globalité en continu sur une seule période nocturne.
De préférence, sur chaque période de temps Dk , tout système de ventilation fixe équipant le local est désactivé et toutes les prises de ventilation sont fermées ou bouchées, de manière à limiter les échanges d'air avec l'extérieur.
En variante, les systèmes de ventilation fixes du local peuvent fonctionner au cours du procédé sur chaque période de temps Dk . Cela introduit toutefois un terme supplémentaire de renouvellement d'air dans l'expression du coefficient de déperdition thermique K :
K = HT + m'1.Cp + m'2.Cp ,
où m le débit de renouvellement de l'air par infiltration et m'2 le débit de renouvellement de l'air dû aux systèmes de ventilation fixes sont corrélés, la valeur de l'un dépendant de la valeur de l'autre.
Le procédé selon l'invention repose sur une modélisation du local sous forme d'une boîte isotherme caractérisée, d'une part, par son coefficient de déperdition thermique K , et, d'autre part, par son inertie ou sa capacité thermique effective C . La capacité thermique effective C d'un local, qui correspond à la capacité thermique des matériaux situés dans l'enveloppe isolante du local, est définie comme l'énergie nécessaire pour augmenter la température ambiante du local de 1 K à température extérieure constante.
De manière générale, pour chaque période de temps Dk , le bilan énergétique du local s'écrit :
K(Tik - Tek) + C d{Tik ~ T^ = Ptotk (1 )
dt
avec K le coefficient de déperdition thermique du local,
Tik(t) la température intérieure du local,
Tek(t) la température de l'air extérieur,
C la capacité thermique effective du local,
Ptotk la puissance totale de chauffage du local.
L'équation (1) admet pour solution :
Figure imgf000009_0001
Cette solution peut être linéarisée aux temps courts :
P. -K.î
(Tik(0)-Tek(0))-Pi
K c
La pente k de la tangente à la courbe représentative de l'évolution de la grandeur Tik - Tek en fonction du temps est alors : ak =^-( ik(0)- ek(0))^.
En pratique, dans le cadre du procédé de l'invention, on recherche dans la période de temps Dk un intervalle de temps Atk pour lequel évolution Tik(t) est sensiblement linéaire. Sur cet intervalle de temps Atk, on peut considérer que la température de l'air extérieur Tek est sensiblement constante et égale à la température moyenne sur l'intervalle de temps Atk, notée Tekm . En outre, comme on sélectionne un intervalle de temps Atk dans la période de chauffe Dk , le positionnement exact du temps t = 0 par rapport à la période de chauffe est arbitraire et il est préférable de considérer une valeur moyenne Tikm de Tik(t) sur l'intervalle de temps Atk dans l'expression de la pente ak . Dès lors, la pente ak de la courbe Qk(t) = Tik(t)-Tekm sur l'intervalle de temps Atk, qui est égale à la pente de la courbe Tik(t) sur l'intervalle de temps Atk, est, dans cette approximation linéaire :
p K
oc^ = — Qkm— , avec Qkm = Tikm - Tekm . Si la valeur de la capacité thermique effective du local C est connue, on accède ainsi directement à la valeur du coefficient de déperdition thermique K du local .
Si la valeur de la capacité thermique effective du local C n'est pas connue, il est possible d'accéder à la valeur du coefficient de déperdition thermique K du local en appliquant sur deux périodes de temps successives, deux puissances de chauffe Pim≠ et i>mp2 de valeurs différentes, et en mesurant l'évolution d'au moins une température à l'intérieur du local Ta (t) ou Ti2 (t) sur chacune de ces deux périodes de temps. La valeur du coefficient K peut alors être obtenue en sélectionnant un intervalle de temps Atj ou At2 pour lequel l'évolution ^ (t) ou Ti2 (t) est sensiblement linéaire, et en déterminant, sur cet intervalle de temps ou At2 , la pente ou cc2 de oc
la tangente à la courbe {Tik (t) )k = \ oa 2. Le rapport des pentes— conduit à la
cc2
valeur du coefficient de déperdition thermique K du local en faisant disparaître la dépendance vis-à-vis de la capacité thermique effective du local C :
Plus précisément, le procédé de détermination du coefficient de déperdition thermique K du local comprend alors des étapes dans lesquelles :
- on procède, dans le local inoccupé et sur deux périodes de temps Dl et D2 successives :
i. sur la première période de temps Dx , à l'application d'une première puissance de chauffe imposée ^mpl du local au moyen d'une source de puissance contrôlée, et à une campagne de mesures d'au moins une température à l'intérieur du local Tn à intervalles de temps rapprochés, ainsi qu'à la détermination de la température de l'air extérieur Tel auxdits mêmes temps rapprochés, puis ii. sur la deuxième période de temps D2 , à l'application d'une deuxième puissance de chauffe imposée i>mp2 du local au moyen d'une source de puissance contrôlée, où la deuxième puissance de chauffe imposée i>mp2 est différente de la première puissance i>mpl , et à une campagne de mesures d'au moins une température à l'intérieur du local Tj2 à intervalles de temps rapprochés, ainsi qu'à la détermination de la température de l'air extérieur Te2 auxdits mêmes temps rapprochés ;
- pour chacune des première et deuxième périodes de temps Dl et D2 , on sélectionne un intervalle de temps ou At2 pour lequel l'évolution Tn (t) ou Ti2 (t) est sensiblement linéaire et on détermine, sur cet intervalle de temps Atj ou At2 , la pente ou cc2 de la tangente à la courbe (Tik (t) )k = \ ou 2 ;
- on déduit la valeur du coefficient de déperdition thermique K du local à oc
partir du rapport des pentes— .
cc2
Selon une caractéristique de l'invention, la différence entre les puissances de chauffe imposées i>mpl et i>mp2 est maximisée. De manière avantageuse, l'une parmi les puissances i>mpl et i>mp2 est une puissance nulle, alors que l'autre puissance est une puissance strictement positive permettant d'obtenir une variation de la température intérieure Tjk d'au moins 1 °C sur un intervalle de temps Atk pour lequel l'évolution Tik (t) est sensiblement linéaire. Sur la période de temps correspondant à l'application de la puissance de chauffe imposée non nulle, on mesure la montée en température du local en fonction du temps. Sur la période de temps correspondant à l'application de la puissance de chauffe imposée nulle, ce qui correspond à une absence de chauffage dans le local, on mesure la descente en température du local en fonction du temps. Le coefficient de déperdition thermique K du local est alors déterminé à partir du rapport des pentes des courbes de montée et de descente en température du local. De préférence, pour chaque période de temps Dk , la campagne de mesures de la température intérieure du local Tik est réalisée sur une période de temps suffisante pour obtenir une variation de la température intérieure Tik d'au moins 1 °C, de préférence comprise entre 1 °C et 10°C.
A titre d'exemple, on peut procéder successivement à l'application de la première puissance de chauffe imposée Pim≠ nulle, correspondant à une absence de chauffage dans le local, puis à l'application de la deuxième puissance de chauffe imposée i> mp2 non nulle.
En variante, la puissance de chauffe imposée non nulle, qui génère une montée en température, peut être appliquée préalablement à la puissance de chauffe imposée nulle, c'est-à-dire l'arrêt du chauffage dans le local, qui génère une descente en température.
Selon une caractéristique avantageuse, la source de puissance contrôlée pour le chauffage du local peut être un équipement fixe du local, c'est-à-dire un moyen de chauffage installé dans le local indépendamment de la mise en œuvre du procédé, sous réserve que ce moyen de chauffage soit suffisamment puissant pour assurer un chauffage rapide du local et que la puissance délivrée puisse être mesurée de manière précise.
Il peut notamment s'agir d'une pompe à chaleur dont le coefficient de performance (COP) est connu. Le COP, qui est le rapport entre la puissance thermique produite et la puissance électrique consommée, est habituellement de l'ordre de 3 à 5. Le COP varie avec les températures des sources froide et chaude. Or, si la source chaude est régulée et présente une température sensiblement constante, la source froide est quant à elle généralement prise à l'extérieur et n'est donc pas contrôlable. La détermination de la température de la source froide extérieure sur une période de temps encadrant la période de mise en œuvre du procédé de l'invention permet d'ajuster la valeur du COP de manière plus précise.
En variante, la source de puissance contrôlée pour le chauffage du local peut être une source rapportée dans le local spécifiquement pour la mise en œuvre du procédé. Les éléments de chauffage du local peuvent être de type convectif, conductif ou radiatif, ou combiner plusieurs de ces technologies. De préférence, les éléments de chauffage sont des appareils électriques, ce qui permet de déterminer la puissance de chauffe de manière directe et précise. Des exemples d'appareils de chauffage électriques comprennent notamment des appareils de type convectif mettant en jeu le soufflage d'air chauffé au moyen de résistances électriques ; des couvertures chauffantes ou des films chauffants, en particulier déposés contre les parois du local ; des parasols radiants. En variante, les éléments de chauffage peuvent être des appareils fonctionnant au gaz ou au fuel, pour autant que les rendements des brûleurs et les débits de combustible puissent être estimés de manière suffisamment précise pour accéder à la puissance de chauffe.
De manière avantageuse, lorsque les éléments de chauffage du local sont de type convectif, on peut combiner ces éléments de chauffage, qui assurent la dissipation de chaleur, avec au moins un ventilateur, qui assure une bonne répartition spatiale de la chaleur. Un tel ensemble de chauffage combinant éléments de chauffage de type convectif et ventilateurs permet de garantir un chauffage homogène du local.
De préférence, la source pour le chauffage du local est choisie pour permettre un chauffage qui assure que la température moyenne des parois à l'intérieur du local est sensiblement égale à la température de l'air ambiant à l'intérieur du local. En pratique, cette condition est remplie lorsque les éléments de chauffage, fixes ou rapportés dans le local spécifiquement pour le procédé, chauffent directement la masse du local, c'est-à-dire la capacité thermique du local, et pas seulement l'air à l'intérieur du local. Un chauffage direct de la masse du local, qui peut être obtenu par exemple au moyen d'un système fixe de chauffage par le sol du local, ou encore au moyen de films chauffants rapportés sur le sol du local, est donc généralement préférable à un chauffage de type convectif qui chauffe en priorité l'air à l'intérieur du local.
Les figures 1 et 2 en annexe illustrent les avantages, pour obtenir un chauffage homogène d'un local, de l'utilisation d'un système de chauffage qui chauffe directement la masse du local, plutôt qu'un système de chauffage de type convectif. Ces figures montrent les courbes de montée en température de l'air dans différentes pièces d'une maison à un étage de type T5, respectivement dans le cas d'un chauffage au moyen de convecteurs électriques pour la figure 1 et dans le cas d'un chauffage au moyen de films chauffants électriques pour la figure 2.
Dans le cas de la figure 1 , un convecteur électrique est placé au centre de chaque pièce mesurée de la maison, avec une consigne en température de 31 °C. Dans le cas de la figure 2, le sol de chaque pièce mesurée de la maison est recouvert de films chauffants de puissance 150 W/m2, commercialisés par la société DOMOTECK dans la gamme "Aluminium Mat", avec une consigne en température de 31 °C. Les résultats des figures 1 et 2 correspondent à une même puissance totale de chauffage dissipée dans la maison, respectivement par les convecteurs électriques pour la figure 1 et par les films chauffants pour la figure 2. Pour les figures 1 et 2, les mesures de température sont réalisées, dans chaque pièce mesurée de la maison, à l'aide d'un thermocouple positionné dans l'air ambiant au centre de la pièce à 160 cm de hauteur.
Comme il ressort d'une comparaison des figures 1 et 2, le chauffage par films chauffants permet d'atteindre une meilleure homogénéité en température dans l'ensemble des pièces de la maison que le chauffage convectif. En particulier, avec le chauffage par films chauffants, on observe moins de disparités entre les températures des pièces du rez-de-chaussée, d'une part, et les températures des pièces de l'étage, d'autre part. On note également que les pentes des courbes de montée en température sont plus homogènes d'une pièce à une autre avec le chauffage par films chauffants, ce qui est particulièrement recherché dans le cadre du procédé selon l'invention. Ces deux avantages, que sont la meilleure homogénéité en température et la meilleure homogénéité des pentes de montée en température, proviennent du fait que la masse de la maison est chauffée directement dans le cas du chauffage par films chauffants. Selon une caractéristique avantageuse, chaque campagne de mesures de la température à l'intérieur du local comprend des mesures de la température ambiante à l'intérieur du local, des mesures de la température de parois du local et/ou des mesures de la température moyenne radiante à l'intérieur du local. En pratique, toute méthode de mesures connue peut être utilisée pour accéder à ces températures, en particulier les méthodes de mesures décrites dans la norme NF EN ISO 7726. A titre d'exemple, les mesures de la température ambiante à l'intérieur du local et de la température des parois du local peuvent être réalisées à l'aide de thermocouples ou, de préférence, de sondes Pt100. Pour les mesures de la température moyenne radiante à l'intérieur du local, un thermomètre à globe noir peut avantageusement être utilisé.
De préférence, on mesure au moins la température d'une paroi à l'intérieur du local. Lorsque le chauffage du local assure que la température ambiante est suffisamment proche de la température des parois à l'intérieur du local, ce qui peut être obtenu notamment avec un chauffage qui chauffe en priorité la masse du local, une mesure de la température ambiante à l'intérieur du local peut être substituée à la mesure de la température de paroi à l'intérieur du local.
Si le chauffage du local est bien homogène, de sorte que la température intérieure est la même dans tout le local, ou dans toutes les pièces du local si celui-ci comporte des cloisons internes, alors les mesures de la température à l'intérieur du local peuvent se limiter à des mesures à l'intérieur d'une seule pièce du local.
Si le procédé de l'invention est mis en œuvre dans un local pour lequel le chauffage est moins homogène, il peut être envisagé de mesurer la température dans plusieurs pièces du local et de considérer que la température à l'intérieur du local à chaque temps t est la moyenne des mesures de température obtenues au temps t dans les différentes pièces du local, à condition que celles-ci ne soient pas trop différentes, ce qui indiquerait un manque de ventilation du local. Il est également possible de prévoir plusieurs mesures de températures différentes dans chaque pièce du local. Ainsi, on peut prévoir de réaliser dans chaque pièce à la fois une mesure de la température ambiante et/ou une mesure de la température d'une paroi de l'enveloppe du local et/ou une mesure de la température moyenne radiante.
Selon une caractéristique avantageuse, la détermination de la température de l'air extérieur Tek s'opère, dans le cadre du procédé de l'invention, par le biais d'une campagne de mesures simultanées aux mesures de la température intérieure du local Tjk , c'est-à-dire aux mêmes temps rapprochés.
En variante, la détermination de la température de l'air extérieur Tek à ces temps rapprochés peut être obtenue par interpolation de données météorologiques du lieu du local .
De préférence, le procédé selon l'invention est mis en œuvre sur une période de temps pour laquelle la température de l'air extérieur Tek est stable.
Lorsque la variation de la température de l'air extérieur Tek (t) est importante pendant la mise en œuvre du procédé, il est possible de tenir compte de cette variation en l'assimilant à une évolution linéaire, ce qui se traduit par une non-linéarité de l'évolution de la température intérieure du local Tik(t) . On peut alors modéliser la courbe Qk(t) = Tik(t) - Tek(t) comme un polynôme du second degré dont les coefficients font intervenir les caractéristiques K et C du local. Dans ce cas, il est possible de déterminer K et C en appliquant une seule puissance imposée Pimpk de chauffage du local, avec une seule campagne de mesures de la température à l'intérieur du local Tik , car, en développant la solution de l'équation (1 ) au deuxième ordre, on obtient une égalité entre deux polynômes du second degré, avec une égalité pour le terme en t et une égalité pour le terme en t2. Une telle démarche est toutefois moins préférée, en raison de sa plus grande complexité. Comme expliqué précédemment, le coefficient de déperdition thermique K déterminé conformément à l'invention intègre les contributions des pertes thermiques par transmission et des infiltrations d'air, c'est-à-dire :
K = HT + m'.Cp = UAT + m'.Cp .
Si l'on souhaite accéder au coefficient de transmission thermique U du local, il est possible de découpler la contribution des pertes thermiques par transmission, d'une part, et celle des infiltrations d'air, d'autre part, en évaluant le débit de renouvellement de l'air m' dans le local.
Lorsqu'aucun système de ventilation fixe du local n'est actif au cours du procédé de détermination du coefficient K , le débit m' est égal au débit de renouvellement de l'air par infiltration. Ce débit m' peut être déterminé par toute méthode appropriée, notamment par une méthode de détection par gaz traceurs ou par un test d'infiltrométrie à porte soufflante.
De manière avantageuse, la méthode de détection par gaz traceurs fournit une valeur instantanée du débit m' . Cette méthode par gaz traceurs permet également de prendre en compte de manière précise la contribution de la ventilation dans le bilan énergétique du local, ce qui est avantageux dans les cas où le procédé est mis en œuvre alors qu'un système de ventilation équipant le local est actif, en particulier dans les cas où il n'est pas possible de désactiver, préalablement à la mise en œuvre du procédé, les systèmes de ventilation fixes équipant le local.
Si on opte pour un test de porte soufflante, il est possible de calculer une valeur moyenne du débit m' à partir de la valeur mesurée du débit de fuite.
A titre d'exemple, si on réalise un test de porte soufflante dans lequel on mesure l'indicateur n50 tel qu'il est défini dans la norme NF EN 13829, c'est-à-dire le débit de fuite sous 50 Pa divisé par le volume chauffé du local, il est connu de déduire la valeur du débit de renouvellement d'air m' à partir de la valeur mesurée du n50, en utilisant la règle établie par Drubul : m'= n5Q-^ (3); 0ù V est le volume chauffé du local. En variante, la valeur moyenne du débit de renouvellement d'air m' peut être obtenue à partir de la mesure d'indicateurs autres que l'indicateur n50, ou encore à l'aide de méthodes de calcul réglementaires autres que celle mettant en jeu la relation (3) ci-dessus. En particulier, une approche alternative à la règle de Drubul pour déterminer la valeur du débit de renouvellement d'air m' à partir de la valeur mesurée du n50 consiste à estimer le taux d'infiltration d'air basé sur le modèle empirique proposé dans la norme NF EN ISO 13790, annexe G.
Lorsqu'un système de ventilation fixe du local est actif au cours du procédé de détermination du coefficient K , le débit m' incorpore la contribution de renouvellement d'air dû à ce système de ventilation, qu'il convient de prendre en compte en plus du renouvellement d'air par infiltration. Le débit de renouvellement d'air dû au système de ventilation fixe peut être déterminé par la mesure du débit d'air au niveau de chaque bouche de ventilation.
Lorsque les essais sont réalisés en chauffant préférentiellement la masse plutôt que l'air intérieur du local, ou lorsque le coefficient de déperdition thermique est calculé à l'aide de températures de paroi plutôt que de températures de l'air ambiant, le coefficient de déperdition calculé Kcalc n'est pas parfaitement représentatif des déperditions réelles, car il ne prend pas en compte l'échange de chaleur entre la paroi et l'air ambiant. Cela peut être partiellement corrigé en déterminant le coefficient d'échange convecto- radiatif ht . Le coefficient ht peut être estimé par la connaissance des températures intérieures ambiante et de globe noir du local, ainsi que de la vitesse d'air, à partir de la relation suivante, définie dans la RT 2005 : h; = 2,5 + 4.a£rTmi 3 , où Tmi est la température moyenne radiante qui, conformément à la norme NF EN ISO 7726, est reliée, pour un globe standard de diamètre 85 mm et d'émissivité 0,95, à la température de globe Tg , la température ambiante Ta et la vitesse de l'air va :
Figure imgf000018_0001
En variante, si la température moyenne radiante Tmi n'est pas disponible, le coefficient d'échange convectif ht peut être supposé connu. En particulier, le coefficient d'échange convectif hi peut être estimé comme étant de l'ordre de 8 W/m2.K, qui est l'ordre de grandeur donné par la RT 2005 dans les règles Th-U.
Le coefficient de déperdition corrigé Kcorr vaut alors :
Kcorr Kcalc hjAj
L'invention a également pour objet un dispositif pour la mise en œuvre d'un procédé tel que décrit ci-dessus, comprenant au moins un capteur de température qui mesure une température à l'intérieur du local Tjk et un dispositif de chauffage homogène du local comportant une source de puissance contrôlée.
Selon une caractéristique avantageuse d'un tel dispositif, le dispositif de chauffage chauffe directement la masse du local, c'est-à-dire la capacité thermique du local et pas seulement l'air à l'intérieur du local, et le capteur de température mesure la température dans l'air à l'intérieur du local. Comme mentionné précédemment, des exemples de dispositifs de chauffage qui chauffent directement la masse du local comprennent des films chauffants rapportés sur le sol du local ou encore des systèmes fixes de chauffage par le sol du local .
La sélection d'un dispositif qui combine un chauffage direct de la masse du local et une mesure de la température dans l'air à l'intérieur du local est particulièrement avantageuse pour la mise en œuvre du procédé selon l'invention. En effet, si l'on choisit de réaliser des mesures de température de paroi, il est nécessaire, pour obtenir une bonne estimation de la température moyenne dans une pièce, de réaliser des mesures de températures sur plusieurs parois de la pièce, puis de déterminer une moyenne de ces températures de parois, et ce quelle que soit l'homogénéité du chauffage. Au contraire, si l'on choisit de réaliser des mesures de température d'air, une seule mesure dans le volume d'air sensiblement au centre de la pièce suffit à obtenir une valeur représentative de la température moyenne dans la pièce, à condition que le chauffage soit suffisamment homogène. La mesure de température dans l'air permet donc de réduire le nombre de mesures à effectuer dans le cadre du procédé selon l'invention, pour autant qu'elle est réalisée dans une pièce chauffée de manière globalement homogène. Or, comme expliqué précédemment, un chauffage homogène est obtenu plus facilement et plus rapidement avec un dispositif de chauffage qui chauffe directement la masse du local, plutôt qu'avec un dispositif de chauffage convectif qui chauffe en priorité l'air à l'intérieur du local. Dès lors, grâce à la combinaison d'un chauffage direct de la masse du local et d'une mesure de la température dans l'air à l'intérieur du local, la mise en œuvre du procédé selon l'invention est simplifiée et sa durée est limitée.
Selon une autre caractéristique avantageuse, le dispositif comprend en outre une unité centrale électronique comportant des moyens pour acquérir les mesures de température à l'intérieur du local, des moyens pour calculer le coefficient de déperdition thermique K du local à partir des mesures de température acquises et des moyens de contrôle automatique de la source de puissance en fonction des mesures de température acquises.
Un tel dispositif de contrôle automatique utilise les signaux de température acquis, non seulement pour calculer le coefficient de déperdition thermique K du local, mais également pour piloter de manière automatique la source de puissance assurant le chauffage du local. De manière avantageuse, le traitement des informations de température est assuré par l'unité centrale électronique, laquelle est associée à un logiciel de contrôle interne au dispositif qui est paramétré de telle sorte que toute évolution de température correspondant à des critères prédéfinis du procédé selon l'invention, notamment des critères décrivant la linéarité de l'évolution Tik (t) sur un intervalle de temps, la stabilité de la température de l'air extérieur Tek , etc., permet de contrôler l'intensité de la puissance de chauffe dans le local . A titre d'exemple, un test susceptible d'être lancé de manière autonome par un tel dispositif de contrôle automatique comprend la séquence d'étapes suivante :
- lancement de la procédure ;
- mise en fonctionnement du dispositif de chauffage ;
- lorsque l'évolution Tn (t) de la température mesurée à l'intérieur du local au cours du chauffage du local est sensiblement linéaire et la température de l'air extérieur Tel est stable en regard des critères prédéfinis, calcul et stockage de la valeur de la pente de la tangente à la courbe de chauffage ^ (t) et arrêt du dispositif de chauffage ;
- lorsque l'évolution Tj2 (t) de la température mesurée à l'intérieur du local au cours du refroidissement du local est sensiblement linéaire et la température de l'air extérieur Te2 est stable en regard des critères prédéfinis, calcul et stockage de la valeur de la pente cc2 de la tangente à la courbe de refroidissement Ti2 (t) ;
- à partir des valeurs stockées des pentes et cc2 , calcul du coefficient de déperdition thermique K du local .
Le dispositif de chauffage du dispositif de contrôle automatique peut être un dispositif de chauffage lié au local testé ou un dispositif de chauffage adjoint spécifiquement pour la réalisation des essais. De même, les capteurs de mesure de température du dispositif de contrôle automatique peuvent être liés au local ou additionnels. Comme expliqué précédemment, les capteurs de mesure de température sont de préférence des capteurs de mesure de la température dans l'air à l'intérieur du local, plutôt que des capteurs de mesure de la température de parois à l'intérieur du local.
Selon une caractéristique avantageuse, le logiciel de contrôle interne au dispositif est conçu de telle sorte que chaque test lancé de manière autonome par le dispositif de contrôle automatique est lancé de préférence la nuit, et, si des mesures précédentes ont déjà été réalisées, le dispositif de contrôle automatique optimise le cycle de chaque test de façon à minimiser sa durée et à maximiser la précision de caractérisation. De préférence, les critères du procédé utilisés par le dispositif de contrôle automatique tiennent compte de la précision de la mesure de température, c'est-à-dire de la précision de détermination de la pente de évolution de température. Plus la précision de la mesure est faible, plus le temps de mesure doit être long pour assurer une détermination de pente correcte. Lors des phases de refroidissement, le critère doit être défini de telle sorte que la pente en valeur absolue a une valeur maximale, toute pente quasi nulle étant à proscrire.
De manière avantageuse, dans le cas d'un dispositif utilisant des systèmes de chauffage et des capteurs internes au local, il peut être envisagé d'optimiser le pilotage du chauffage par le dispositif de contrôle automatique en fonction de l'occupation du local et de ses performances thermiques K et C .
L'invention a également pour objet un support d'enregistrement d'informations, comportant des instructions pour la mise en œuvre, dans le cadre d'un procédé tel que décrit ci-dessus :
- des étapes de calcul du coefficient de déperdition thermique K du local à partir de mesures de température acquises, et
- des étapes de contrôle automatique de la source de puissance en fonction des mesures de température acquises,
lorsque ces instructions sont exécutées par une unité de calcul électronique.
Les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront dans la description qui va suivre de plusieurs modes de réalisation d'un procédé et d'un dispositif selon l'invention, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux figures 3 à 8 annexées dans lesquelles :
- la figure 3 est une vue schématique d'une maison individuelle dont on souhaite déterminer le coefficient de déperdition thermique K conformément à l'invention, cette maison étant équipée d'une pompe à chaleur comme source de puissance contrôlée qui alimente un système de chauffage par le sol ; - la figure 4 est une courbe représentative de l'évolution de la température Tjk à l'intérieur de la maison de la figure 3 en fonction du temps, au cours de la mise en œuvre du procédé conforme à l'invention ;
- la figure 5 est une courbe représentative de l'évolution de la température Tn à l'intérieur de la maison de la figure 3 en fonction du temps, pour une première période de temps Dl au cours de laquelle une puissance de chauffe imposée i> mpl nulle est appliquée dans la maison, c'est-à-dire que cette première période de temps correspond à une absence de chauffage dans la maison ;
- la figure 6 est une courbe représentative de l'évolution de la température Tj2 à l'intérieur de la maison de la figure 3 en fonction du temps, pour une deuxième période de temps D2 au cours de laquelle une puissance de chauffe imposée i> mp2 non nulle est appliquée dans la maison ;
- la figure 7 est une vue schématique d'un bungalow dont on souhaite déterminer le coefficient de déperdition thermique K conformément à l'invention, le chauffage du bungalow étant assuré par des convecteurs électriques ; et
- la figure 8 est une courbe représentative de l'évolution de la température Tjk à l'intérieur du bungalow de la figure 7 en fonction du temps au cours de la mise en œuvre du procédé conforme à l'invention, montrant une première période de temps Dl au cours de laquelle une puissance de chauffe imposée i> mpl nulle est appliquée dans le bungalow, c'est-à-dire que cette première période de temps correspond à une absence de chauffage dans le bungalow, suivie d'une deuxième période de temps D2 au cours de laquelle une puissance de chauffe imposée i> mp2 non nulle est appliquée dans le bungalow. EXEMPLE 1
En référence à la figure 3, le procédé selon l'invention est mis en œuvre pour la détermination du coefficient de déperdition thermique K d'une maison individuelle 1 de construction récente, équipée d'une pompe à chaleur 2. La pompe à chaleur 2 alimente un système de chauffage par le sol 3 permettant un chauffage homogène de la maison. En particulier, le système 3 de chauffage par le sol assure un chauffage de la maison 1 tel que la température des parois à l'intérieur de la maison est sensiblement égale à la température de l'air ambiant à l'intérieur de la maison. Le coefficient de déperdition thermique K de la maison 1 peut être recherché dans le cadre d'un diagnostic des performances énergétiques de la maison, par exemple pour vérifier que la maison 1 satisfait à certains labels de qualité en termes d'isolation thermique, tels que le label BBC ou le label Passivhaus.
La puissance de chauffe fournie par la pompe à chaleur 2 pour le chauffage de la maison est aisément déterminable, notamment à partir du COP de la pompe à chaleur comme expliqué précédemment. La pompe à chaleur 2 constitue donc une source de puissance contrôlée bien adaptée pour générer les impulsions de chauffage de la maison, c'est-à-dire les puissances de chauffe imposées Pimpk , qui sont requises par le procédé de l'invention. Dans cet exemple, la valeur du COP de la pompe à chaleur 2 est égale à 4,23.
Le procédé pour la détermination du coefficient de déperdition thermique K de la maison 1 est mis en œuvre alors que la maison est inoccupée. Par ailleurs, la maison 1 est équipée d'un système de ventilation fixe comprenant deux VMC simple flux hygroréglables, qui ne sont pas désactivées lors de la mise en œuvre du procédé. Toutefois, comme la maison 1 est inoccupée et les périodes de mesures du procédé sont relativement courtes, on peut considérer que ces VMC ne se déclenchent pas au cours du procédé.
Comme mentionné précédemment, le procédé selon l'invention est mis en œuvre préférentiellement en continu dans sa globalité sur une seule période de temps. C'est le cas pour l'exemple représenté sur les figures 4 à 6 puisque, comme bien visible sur la figure 4, la deuxième période de temps D2 au cours de laquelle une puissance de chauffe imposée i> mp2 non nulle est appliquée dans la maison 1 est immédiatement consécutive à la première période de temps Dl au cours de laquelle une puissance de chauffe imposée i> mpl nulle est appliquée dans la maison.
Dans l'exemple des figures 4 à 6, le procédé a lieu sur une période de temps continue qui dure environ 1500 minutes, et qui commence en début de nuit et s'étend dans la journée suivante. Sur cette période de temps de 1500 minutes, le rayonnement solaire enregistré est faible car le temps était nuageux lors de la mise en œuvre du procédé. En outre, tous les volets de la maison étaient clos lors de la mise en œuvre du procédé. Dans ces conditions, la contribution du rayonnement solaire au chauffage de la maison 1 peut être négligée.
De plus, aucune source de puissance autre que celle utilisée pour l'application des impulsions de chauffage n'est active dans la maison 1 au cours du procédé. Ainsi, pour chaque période de temps Dl et D2 , la seule puissance à considérer dans le bilan énergétique est la puissance de chauffe imposée i> mpl ou i> mp2 .
Dans une première étape du procédé, qui correspond à la première période de temps Dx , on applique la première puissance de chauffe imposée i> mpl nulle dans la maison 1 , à partir d'une température de départ Tnd = 17°C, c'est-à-dire que le système de chauffage 3 ne fonctionne pas pendant cette période Dx . La température ambiante à l'intérieur de la maison Tn est alors mesurée toutes les dix minutes dans deux pièces différentes de la maison, à savoir une pièce principale et une chambre. A cet effet, un capteur de température est installé dans chacune de ces deux pièces, dans l'air ambiant à 180 cm de hauteur.
Dans cet exemple, l'évolution mesurée de la température ambiante à l'intérieur de la pièce principale et l'évolution mesurée de la température ambiante à l'intérieur de la chambre sont quasiment identiques. En effet, le chauffage de la maison 1 est particulièrement bien homogène, de sorte que la température ambiante est la même dans toutes les pièces de la maison. Sur les figures 4 à 6, seule l'évolution de la température ambiante à l'intérieur de la pièce principale est représentée, étant entendu que l'évolution de la température ambiante à l'intérieur de la chambre a un profil similaire.
La courbe représentative de l'évolution de la température intérieure de la maison Tn en fonction du temps pendant la période de temps Dl est montrée sur la figure 5. Comme visible sur cette figure, la courbe de descente en température de la maison 1 présente une partie sensiblement linéaire sur l'intervalle de temps Δ^ . La mise en équation de cette partie linéaire de la courbe donne : Tn = 16,5 °C - 0,003 (t - 800), avec t en minutes.
La figure 5 fait également apparaître l'évolution de la température de l'air extérieur Tel pendant la période de temps Dx . La température de l'air extérieur TA sur l'intervalle de temps est suffisamment stable pour qu'on puisse la considérer sensiblement constante et égale à la température moyenne sur l'intervalle de temps , à savoir dans cet exemple TAm = 5°C.
Dans une deuxième étape du procédé, qui correspond à la deuxième période de temps D2 , on rétablit le chauffage dans la maison 1 en appliquant la deuxième puissance de chauffe imposée i> mp2 dans la maison 1 , égale à la puissance maximale délivrée par la pompe à chaleur 2, soit Pimp2 = COP x 5000 W = 4,23 x 5000 W, à partir d'une température de départ Ti2d = 15°C.
Comme dans la première étape, la température ambiante à l'intérieur de la maison Tj2 est alors mesurée toutes les dix minutes, au moyen de deux capteurs de température installés respectivement dans la pièce principale et dans la chambre de la maison, à chaque fois dans l'air ambiant à 180 cm de hauteur. Ici encore, les mesures montrent que l'évolution de la température ambiante à l'intérieur de la pièce principale et l'évolution de la température ambiante à l'intérieur de la chambre sont quasiment identiques. La figure 6 montre la courbe représentative de l'évolution de la température intérieure de la maison TJ2 en fonction du temps pendant la période de temps D2 . Comme visible sur cette figure, la courbe de montée en température de la maison 1 présente une partie sensiblement linéaire sur l'intervalle de temps At2 . La mise en équation de cette partie linéaire de la courbe donne : TI2 = 16,2 °C + 0,014 (t - 1730), avec t en minutes.
L'évolution de la température de l'air extérieur TE2 pendant la même période de temps D2 est également montrée sur la figure 6. Comme dans la première étape, la température de l'air extérieur TE2 sur l'intervalle de temps At2 est suffisamment stable pour qu'on puisse la considérer sensiblement constante et égale à la température moyenne sur l'intervalle de temps At2 , à savoir dans cet exemple TE2M = 14°C.
oc
Le rapport — entre, d'une part, la pente αγ de la droite cc2
représentative de l'évolution de la grandeur ^ (t) et, d'autre part, la pente cc2 de la droite représentative de l'évolution de la grandeur Tj2 (t) vaut donc cet _ 0,003
cc2 ~ 0,014 '
ce P — Q K
Comme le rapport des pentes— est égal à ————— d'après l'équation (2) précédente, en prenant 0lm = 10,9°C, 02m = 3,9°C, PIM≠ = 0 W, PimP2 = 4,23 x 5000 W, on obtient la valeur du coefficient de déperdition thermique K de la maison 1 :
i cafc = 386 W/K.
En pratique, les étapes d'acquisition des températures intérieure TIK et extérieure TEK et de calcul du coefficient de déperdition thermique K à partir des températures acquises peuvent être réalisées au moyen d'un microprocesseur ou de toute autre unité de calcul électronique appropriée. Le chauffage ayant été apporté par la masse du bâtiment, la relation (4) est applicable et, avec hi = 8 W/m2.K et AT = 736 m2, on obtient :
*∞r = 362 W/K.
La valeur du coefficient de déperdition thermique Kcorr de la maison 1 déterminée par le procédé de l'invention peut être comparée à une valeur statique moyenne Ks du coefficient de déperdition thermique. Cette valeur statique moyenne Ks est estimée à partir de la consommation énergétique de la pompe à chaleur 2, laquelle est mesurée une fois par semaine pendant treize semaines hivernales, en configuration occupée de la maison et pour une température statique imposée à l'intérieur de la maison Tjs de 20°C. En retranchant la part de consommation due à l'eau chaude sanitaire, la valeur statique moyenne Ks du coefficient de déperdition thermique est estimée à environ 430 W/K. Cette valeur statique moyenne Ks est bien du même ordre de grandeur que la valeur du coefficient de déperdition thermique Kcorr déterminée par le procédé de l'invention.
La différence entre les deux valeurs Ks et Kcorr peut provenir des conditions d'occupation différentes de la maison 1 pour, d'une part, la mise en œuvre du procédé conforme à l'invention et, d'autre part, l'évaluation de la valeur statique moyenne Ks . En effet, le procédé de l'invention a été mis en œuvre dans la maison inoccupée, tandis que la valeur statique moyenne Ks a été évaluée avec la maison occupée par quatre personnes, ce qui implique des contributions énergétiques supplémentaires, notamment en termes de débit de renouvellement d'air dû aux VMC hygroréglables, et en termes de puissance due au rayonnement solaire ou au fonctionnement d'appareils électroménagers.
Un test de porte soufflante a également été réalisé sur la maison 1 . Ce test conduit à une valeur de l'indicateur n50 de 7,35 pour un volume chauffé de la maison 1 de 688 m3. A l'aide de la relation (3), on peut alors déduire la valeur moyenne du débit de renouvellement de l'air m' dans la maison 1 : m' = 250 m3/h.
Il en résulte que la contribution des infiltrations d'air représente :
m'.Cp = 85 W/K.
En supposant que les deux VMC hygrorég labiés de la maison 10 ne se sont pas déclenchées au cours des périodes de temps Dl et D2 , on peut déduire que la contribution des pertes thermiques par transmission est :
HT = UAT = Kcorr - m'.Cp = 277 W/K.
En outre, le procédé de l'invention permet d'accéder à la valeur de l'inertie ou capacité thermique effective C de la maison 1 telle que définie précédemment, à savoir l'énergie nécessaire pour augmenter la température ambiante de la maison de 1 K à température extérieure constante :
C = 80 MJ/K.
EXEMPLE 2
En référence aux figures 7 et 8, le procédé selon l'invention est mis en œuvre pour la détermination du coefficient de déperdition thermique K d'un bungalow 10 qui a un volume intérieur Vj de 5,8 m x 2,1 m x 2,6 m et qui est muni de deux fenêtres triple vitrage. L'enveloppe du bungalow 10 est constituée de panneaux sandwich isolants assemblés par une structure métallique. Une isolation supplémentaire a été ajoutée à l'enveloppe, sous la forme d'une laine de verre de 40 mm d'épaisseur et d'une plaque de plâtre en parement intérieur de l'enveloppe. La perméabilité à l'air, mesurée par gaz traceur, est de 0,43 vol/h. Le procédé est mis en œuvre alors que le bungalow est inoccupé.
Le chauffage du bungalow 10 est assuré par des convecteurs électriques 20 ayant une puissance réelle mesurée de 1880 W. Les convecteurs permettent de chauffer l'air du bungalow et, du fait du volume réduit du bungalow, le chauffage du bungalow est homogène. Les convecteurs 20 constituent une source de puissance contrôlée bien adaptée pour générer les impulsions de chauffage du bungalow, c'est-à-dire les puissances de chauffe imposées i> mpi , qui sont requises par le procédé de l'invention. Lors des chauffages, la consigne est de 32°C, mesurée par un globe noir placé au centre du volume d'air.
Le procédé selon l'invention est mis en œuvre en continu dans sa globalité sur une seule période de temps nocturne, afin de s'affranchir de la contribution du rayonnement solaire au chauffage du bungalow 10. A partir d'une température intérieure du bungalow Tad = 32°C, on procède à un refroidissement du bungalow sur une première période de temps Dl de 23h à 3h, ce qui correspond à une puissance de chauffe imposée i> mpl nulle, puis à un chauffage du bungalow sur une deuxième période de temps D2 de 3h à 8h avec une puissance de chauffe imposée i> mp2 de 1880 W. La deuxième période de temps D2 est ainsi immédiatement consécutive à la première période de temps Dl .
Aucune source de puissance autre que celle utilisée pour l'application des impulsions de chauffage n'est active dans le bungalow 10 au cours du procédé. Ainsi, pour chaque période de temps Dl et D2 , la seule puissance à considérer dans le bilan énergétique est la puissance de chauffe imposée
Dans une première étape du procédé, qui correspond à la première période de temps Dx , on applique la première puissance de chauffe imposée i> mpl nulle dans le bungalow 10, à partir de la température de départ Tild =
32°C, c'est-à-dire que les convecteurs 2 ne fonctionnent pas pendant cette période Dl . La température ambiante à l'intérieur du bungalow Tn est alors mesurée toutes les dix secondes. A cet effet, un globe noir est placé au centre du bungalow.
La courbe représentative de l'évolution de la température intérieure du bungalow Tn en fonction du temps pendant la période de temps Dl est montrée sur la figure 8. Comme visible sur cette figure, la courbe de descente en température du bungalow 10 présente une partie sensiblement linéaire sur l'intervalle de temps Δ^ . La mise en équation de cette partie linéaire de la courbe donne : Tn = 26,5 °C - 0,00053 t, avec t en secondes.
La figure 8 fait également apparaître l'évolution de la température de l'air extérieur Tel pendant la période de temps Dx . La température de l'air extérieur TA sur l'intervalle de temps est suffisamment stable pour qu'on puisse la considérer sensiblement constante et égale à la température moyenne sur l'intervalle de temps , à savoir dans cet exemple TAm = 13,4°C.
Dans une deuxième étape du procédé, qui correspond à la deuxième période de temps D2 , on rétablit le chauffage dans le bungalow 10 en appliquant la deuxième puissance de chauffe imposée i>mp2 dans le bungalow, égale à 1880 W, à partir d'une température de départ Ti2d = 22°C.
Comme dans la première étape, la température ambiante à l'intérieur de la maison Tj2 est alors mesurée toutes les dix secondes, au moyen d'un globe noir placé au centre du bungalow.
La figure 8 montre la courbe représentative de l'évolution de la température intérieure du bungalow Tj2 en fonction du temps pendant la période de temps D2 . Comme visible sur cette figure, la courbe de montée en température du bungalow 10 présente une partie sensiblement linéaire sur l'intervalle de temps At2 . La mise en équation de cette partie linéaire de la courbe donne : Ti2 = 28,9 °C + 0,00179 t, avec t en secondes.
L'évolution de la température de l'air extérieur Te2 pendant la même période de temps D2 est également montrée sur la figure 8. Comme dans la première étape, la température de l'air extérieur Te2 sur l'intervalle de temps At2 est suffisamment stable pour qu'on puisse la considérer sensiblement constante et égale à la température moyenne sur l'intervalle de temps At2 , à savoir dans cet exemple Te2m = 1 1 ,8°C. Le rapport — entre, d'une part, la pente at de la droite cc2
représentative de l'évolution de la grandeur ^ (t) et, d'autre part, la pente cc2 de la droite représentative de l'évolution de la grandeur Ti2 (t) vaut donc
Figure imgf000032_0001
OC P — Q K
Comme le rapport des pentes— est égal à ————— d'après l'équation (2) précédente, en prenant 0lm = 1 1 ,7°C, 02m = 18,1 °C, Pim≠ = 0 W, Pimp2 = 1880 W, on obtient la valeur du coefficient de déperdition thermique Kcalc du bungalow 10 :
Kcalc = 2>2,<o W/K.
En pratique, les étapes d'acquisition des températures intérieure Tik et extérieure Tek et de calcul du coefficient de déperdition thermique K à partir des températures acquises peuvent être réalisées au moyen d'un microprocesseur ou de toute autre unité de calcul électronique appropriée.
Dans cet exemple, on chauffe l'air intérieur du bungalow 10 et on utilise, pour calculer le coefficient de déperdition thermique, des températures intérieures de globe noir qui sont proches des températures de l'air ambiant à l'intérieur du bungalow. Dès lors, il n'est pas nécessaire de corriger la valeur calculée du coefficient de déperdition thermique Kcalc avec la relation (4).
La valeur du coefficient de déperdition thermique Kcalc du bungalow 10 déterminée par le procédé de l'invention peut être comparée à une valeur statique moyenne Ks du coefficient de déperdition thermique. Cette valeur statique moyenne Ks est estimée en régime permanent. En pratique, on considère que le régime permanent est atteint lorsque la température des murs du bungalow est stable, la température de l'air l'étant alors aussi. L'estimation de Ks a été faite lors d'un essai long durant lequel on a mesuré, pendant une période de 8 heures de 23h à 7h, la puissance moyenne Pm nécessaire pour maintenir la température ambiante à l'intérieur du bungalow Ti stable, la température de l'air extérieur Te étant de préférence également stable pendant cette période. La valeur statique moyenne Ks du coefficient de déperdition thermique est ensuite estimée à partir de la relation :
Pm = K, T, -O - La valeur statique moyenne Ks du coefficient de déperdition thermique ainsi estimée est de l'ordre de 32,7 W/K, ce qui est proche de la valeur du coefficient de déperdition thermique Kcalc déterminée par le procédé de l'invention. Cela valide le modèle utilisé.
La valeur moyenne du débit de renouvellement de l'air m' dans le bungalow est :
m' = 0,43 Vt = 13,62 m3/h.
Il en résulte que la contribution des infiltrations d'air représente :
m'.Cp = 4,6 W/K.
On peut déduire que la contribution des pertes thermiques par transmission est :
HT = UAT = Kcalc— m'.Cp = 28,0 W/K.
En outre, le procédé de l'invention permet d'accéder à la valeur de l'inertie ou capacité thermique effective C du bungalow 10 telle que définie précédemment, à savoir l'énergie nécessaire pour augmenter la température ambiante du bungalow de 1 K à température extérieure constante :
C = 720 kJ/K.
A titre d'exemple comparatif, le procédé selon l'invention a été mis en œuvre à nouveau sur le bungalow 10, mais cette fois le bungalow 10 est muni de deux plaques de plâtre en parement intérieur de l'enveloppe du bungalow, au lieu d'une seule plaque de plâtre comme précédemment. Tous les autres paramètres sont identiques, en particulier la perméabilité à l'air mesurée par gaz traceur est toujours de 0,43 vol/h et le procédé est mis en œuvre en continu dans sa globalité sur une seule période de temps nocturne pendant laquelle le bungalow est inoccupé. Les cycles de chauffage- refroidissement sont les mêmes que précédemment.
On obtient alors la valeur du coefficient de déperdition thermique Kcalc du bungalow 10 :
Kcalc = 30, W/K.
La contribution des infiltrations d'air étant toujours m'.Cp = 4,6 W/K, on peut déduire que la contribution des pertes thermiques par transmission est :
HT = \JAT =Kcalc - m'.Cp = 25,5 W/K.
La valeur de l'inertie ou capacité thermique effective C du bungalow muni de deux plaques de plâtre en parement intérieur, à savoir l'énergie nécessaire pour augmenter la température ambiante du bungalow de 1 K à température extérieure constante, est alors :
C = 1071 kJ/K,
ce qui correspond à une augmentation de l'ordre de 350 kJ/K de la capacité thermique effective du bungalow par rapport au même bungalow muni d'une seule plaque de plâtre en parement intérieur. Une estimation de la surface de plâtre ajoutée pour passer d'une plaque à deux plaques de plâtre en parement intérieur du bungalow indique un ajout d'inertie de 400 kJ/K. Ainsi, il ressort que le procédé selon l'invention est capable de discriminer K et C .
EXEMPLE 3
Afin de vérifier la validité des hypothèses sur lesquelles repose le procédé de l'invention, des essais virtuels ont été réalisés avec le logiciel TRNSYS sur une maison fictive ayant une partie habitée de 12,10 m x 9,90 m x 2,50 m et une surface déperditive totale S = 350 m2. Plus précisément, deux séries de calculs ont été effectuées :
- une première série correspondant à un régime permanent obtenu avec un fichier météo non réaliste, sans soleil et en fixant la température extérieure à 10°C et la puissance à 30 kW pendant le temps nécessaire jusqu'à stabilisation des températures (400 heures au maximum) ; - une deuxième série correspondant à un régime transitoire obtenu avec un fichier météo réaliste, à savoir 3 jours en mars pour un climat adapté à la ville de Chambéry, en apportant une puissance répartie de manière homogène, soit par le sol à la surface (pas en profondeur), soit par l'air, de 30 kW de 19h à minuit, et de 3 kW pendant les 36 heures suivantes, après régulation à 19°C pendant une journée.
Les deux séries d'essais ont été réalisées sans occupation ni apport de chaleur interne. A chaque fois, les infiltrations n'ont d'abord pas été prises en compte, puis elles l'ont été.
Le cas permanent permet d'obtenir le coefficient de déperdition thermique K théorique de la maison. En considérant un chauffage par l'air et aucune infiltration, on obtient Kcalc = 167 W/K. Dans les mêmes conditions avec le cas transitoire, en appliquant le procédé conforme à l'invention, on obtient Kcalc = 164 W/K, soit moins de 2 % d'écart avec la valeur obtenue dans le cas permanent. Cela valide que le procédé selon l'invention fournit une bonne estimation du coefficient de déperdition thermique K .
En réitérant les deux séries de calculs dans les mêmes conditions, mais avec un apport de chaleur par le plancher au lieu de l'air, on obtient respectivement Kcalc = 177 W/K dans le cas permanent, et Kcalc = 181 W/K dans le cas transitoire en appliquant le procédé conforme à l'invention. En considérant que le coefficient d'échange convectif h entre les parois et l'air ambiant est de 8 W/m2.K et en utilisant la relation (4), on obtient Kcorr = 166
W/K dans le cas permanent et Kcorr = 170 W/K dans le cas transitoire. Cela valide le fait que le chauffage direct de la masse du local peut être utilisé en l'absence d'infiltrations.
Enfin, en considérant un cas plus réaliste, avec un apport de chaleur par le plancher et des infiltrations de 0,4 vol/h, on obtient Kcalc = 220 W/K dans le cas transitoire en appliquant le procédé conforme à l'invention. En faisant l'hypothèse que l'on peut appliquer la correction de la relation (4) décrite précédemment même en présence d'infiltrations, pour tenir compte de l'échange de chaleur entre les parois et l'air ambiant avec le coefficient d'échange convectif h pris à 8 W/m2.K, on obtient Kcorr = 204 W/K au niveau de l'air. En tenant compte de la valeur des infiltrations de 0,4 vol/h = 120 m3/h, la perte par infiltrations est de 120 m3/h / 3600 s x 1 ,2 kg/m3 x 1 kJ/kg/K = 0,04 kJ/s.K = 40 W/K. Le coefficient de déperdition thermique de l'enveloppe seule est alors de 204 W/K - 40 W/K = 164 W/K, valeur très proche de celle estimée dans le régime permanent. Cela valide le fait que le chauffage direct de la masse du local peut être utilisé même en présence d'infiltrations, et qu'il est possible en mesurant ces infiltrations de séparer les pertes thermiques par transmission et les pertes par infiltrations.
L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits ci-dessus. En particulier, comme déjà évoqué, le procédé selon l'invention peut être mis en œuvre indifféremment avec des moyens de chauffage qui équipent le local de manière fixe ou avec des moyens de chauffage qui sont rapportés dans le local spécifiquement pour la mise en œuvre du procédé, pour autant que la puissance fournie par ces moyens de chauffage pour les impulsions requises par le procédé puisse être déterminée de manière précise. Ainsi, dans l'exemple de la maison 1 , le procédé selon l'invention aurait pu être mis en œuvre en désactivant le système de chauffage utilisant la pompe à chaleur 2 de la maison et en appliquant les impulsions de chauffage au moyen d'un dispositif de chauffage rapporté dans la maison, tel qu'un dispositif comprenant des films chauffants électriques ou encore un dispositif combinant des appareils de chauffage électriques de type convectif et des ventilateurs.
Comme illustré précédemment, lorsque la valeur de la capacité thermique effective du local C n'est pas connue, le procédé de l'invention fait intervenir au moins deux puissances imposées différentes ^mpi de chauffage du local . De préférence, la différence entre les deux puissances imposées Pimpk est maximisée. Ainsi, dans les exemples précédents, une puissance maximale et une puissance nulle ont été sélectionnées. En variante, il aurait été possible de choisir deux puissances imposées P- k non nulles, notamment une puissance de chauffage relativement faible et une puissance de chauffage maximale.
Par ailleurs, dans le cas d'un local de grande taille, tel qu'un immeuble à plusieurs étages, le procédé de l'invention peut être utilisé soit pour la détermination du coefficient de déperdition thermique K du local dans son intégralité, auquel cas le chauffage et le brassage de l'air doivent être assurés dans tout le local, soit pour la détermination du coefficient de déperdition thermique K d'une partie seulement du local . Ainsi, dans le cas d'un immeuble, on peut ne tester qu'un seul appartement de l'immeuble. Pour cela, il est nécessaire :
- soit de prendre en compte les pertes thermiques par le calcul , à la condition toutefois que les parties mitoyennes à l'appartement mesuré soient dans un état thermique représentatif de leur état d'occupation normal, en particulier que les parties mitoyennes normalement habitées soient à une température ambiante de l'ordre de 20°C ;
- soit de minimiser autant que possible les pertes thermiques, par exemple en sur-isolant les parois mitoyennes au moyen d'une isolation rapportée, ou encore en conditionnant les parties mitoyennes de la même manière que l'appartement mesuré de façon à assurer un écart de température de part et d'autre de la paroi mitoyenne aussi proche de zéro que possible.
Enfin, comme il ressort des exemples précédents, le procédé selon l'invention est bien adapté pour la détermination du coefficient de déperdition thermique K de locaux présentant une bonne isolation thermique. Dans ce cas, il en en effet aisé de dissiper une puissance thermique telle que la courbe Tik (t) peut être considérée comme une droite. Pour d'autres configurations de locaux, notamment des locaux anciens et moins bien isolés thermiquement, le temps de réponse aux impulsions de chauffage Pimpk peut être trop court pour que l'évolution de la grandeur Tik (t) puisse être considérée linéaire. L'évolution non linéaire de Tik (t) peut alors être p.
modélisée par une exponentielle du type (0i (O) - ^^) exp(-t/x ) sur au moins un intervalle de temps Atk', où τ =— est la constante de temps thermique du local. Il est possible de déterminer le coefficient K en appliquant une seule impulsion de chauffage du local, avec une puissance P k impérativement non nulle, la méthode consistant ensuite à déterminer la imp£
θ*( - valeur K* du coefficient K telle que la courbe Ln K* est une impk θ*(0)- droite, où Qk(t) = Tik(t)-Tekm' et Tekm' est la moyenne des mesures température de l'air extérieur Tek sur l'intervalle de temps Atk'

Claims

REVENDICATIONS
1 . Procédé de détermination du coefficient de déperdition thermique K d'un local, caractérisé en ce qu'il comprend des étapes dans lesquelles :
- on procède, dans le local inoccupé, à une campagne de mesures d'au moins une température à l'intérieur du local Tjk à intervalles de temps rapprochés, sur au moins deux périodes de temps Dk successives correspondant à des puissances Ptotk distinctes de chauffage du local ;
- on détermine la température de l'air extérieur Tek auxdits mêmes temps rapprochés ;
- pour chaque période de temps Dk , à partir de l'évolution Tik (t) de la grandeur Tik en fonction du temps :
o soit, s'il existe un intervalle de temps Atk pour lequel l'évolution
Tik (t) est sensiblement linéaire, on détermine sur cet intervalle de temps Atk la pente ak de la tangente à la courbe Tik (t) et on déduit la valeur du coefficient de déperdition thermique K du local à partir des pentes ak ;
o soit, s'il n'existe pas d'intervalle de temps pour lequel l'évolution Tik (t) est sensiblement linéaire, on sélectionne un intervalle de temps Atk ' sur lequel l'évolution Tik (t) est sensiblement exponentielle de type exp(-t/x) , avec τ la constante de temps thermique du local, et on déduit la valeur du coefficient de déperdition thermique K du local, qui est la valeur telle que la courbe Ln Ptotk-)/(Qk (0) -^ est une droite, avec
K K
est la moyenne des mesures de température de l'air extérieur Tek sur l'intervalle de temps Atk '.
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que, pour chaque période de temps Dk , la puissance Ptotk de chauffage du local comprend une puissance de chauffe Pimpk imposée au moyen d'une source de puissance contrôlée.
3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend des étapes dans lesquelles :
- on procède, dans le local inoccupé et sur deux périodes de temps Dl et
D2 successives :
i. sur la première période de temps Dx , à l'application d'une première puissance de chauffe imposée i> mpl du local au moyen d'une source de puissance contrôlée, et à une campagne de mesures d'au moins une température à l'intérieur du local Tn à intervalles de temps rapprochés, ainsi qu'à la détermination de la température de l'air extérieur Tel auxdits mêmes temps rapprochés, puis
ii. sur la deuxième période de temps D2 , à l'application d'une deuxième puissance de chauffe imposée i> mp2 du local au moyen d'une source de puissance contrôlée, où la deuxième puissance de chauffe imposée i> mp2 est différente de la première puissance i> mpl , et à une campagne de mesures d'au moins une température à l'intérieur du local Tj2 à intervalles de temps rapprochés, ainsi qu'à la détermination de la température de l'air extérieur Te2 auxdits mêmes temps rapprochés ;
- pour chacune des première et deuxième périodes de temps Dl et D2 , on sélectionne un intervalle de temps ou At2 pour lequel l'évolution Tn (t) ou Ti2(t) est sensiblement linéaire et on détermine, sur cet intervalle de temps Atx ou At2 , la pente ax ou cc2 de la tangente à la courbe (Tik (t) )k= \ ou 2 ;
- on déduit la valeur du coefficient de déperdition thermique K du local à oc
partir du rapport des pentes— .
cc2
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'une puissance parmi la première puissance de chauffe imposée i>mpl et la deuxième puissance de chauffe imposée i>mp2 est nulle, alors que l'autre puissance est non nulle.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que la source de puissance contrôlée est un équipement fixe du local.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que la source de puissance contrôlée est une source rapportée dans le local spécifiquement pour la mise en œuvre du procédé.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, sur chaque période de temps Dk , la température de l'air extérieur Tek est stable.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, sur chaque période de temps Dk , le rayonnement solaire est faible, de préférence nul.
9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il est réalisé dans sa globalité sur une seule période nocturne.
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, sur chaque période de temps Dk , tout système de ventilation fixe équipant le local est désactivé.
1 1 . Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la détermination de la température de l'air extérieur Tek auxdits mêmes temps rapprochés est obtenue par une campagne de mesures.
12. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque campagne de mesures de la température à l'intérieur du local comprend des mesures de la température ambiante, des mesures de la température de parois et/ou des mesures de la température moyenne radiante.
13. Dispositif pour la mise en œuvre d'un procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un capteur de température qui mesure une température à l'intérieur du local Tjk et un dispositif de chauffage homogène du local comportant une source de puissance contrôlée.
14. Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce que le dispositif de chauffage chauffe directement la capacité thermique du local et le capteur de température mesure la température dans l'air à l'intérieur du local.
15. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 13 et 14, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une unité centrale électronique comportant des moyens pour acquérir les mesures de température à l'intérieur du local Tik , des moyens pour calculer le coefficient de déperdition thermique K du local à partir des mesures de température acquises et des moyens de contrôle automatique de la source de puissance en fonction des mesures de température acquises.
16. Procédé de détermination du coefficient de déperdition thermique
K d'un local dont la capacité thermique effective C est connue, où C est l'énergie nécessaire pour augmenter la température ambiante à l'intérieur du local de 1 K alors que la température de l'air extérieur est constante, caractérisé en ce qu'il comprend des étapes dans lesquelles :
- on procède, dans le local inoccupé, à une campagne de mesures d'au moins une température à l'intérieur du local Ti à intervalles de temps rapprochés, sur une seule période de temps correspondant à une puissance Ptot non nulle de chauffage du local ;
- on détermine la température de l'air extérieur Te auxdits mêmes temps rapprochés ;
- à partir de l'évolution T^t) de la grandeur Ti en fonction du temps :
o soit, s'il existe un intervalle de temps At pour lequel l'évolution 7 est sensiblement linéaire, on détermine sur cet intervalle de temps At la pente a de la tangente à la courbe Tt (t) et on déduit la valeur du coefficient de déperdition thermique K du local à partir de la pente a et de la capacité thermique effective C du local ;
o soit, s'il n'existe pas d'intervalle de temps pour lequel l'évolution Tt{t) est sensiblement linéaire, on sélectionne un intervalle de temps At ' sur lequel l'évolution Tt(t) est sensiblement exponentielle de type exp(-.£t/C) et on déduit la valeur du coefficient de déperdition thermique K du local, qui est la valeur telle que la courbe Ln (Θ (i) - ¾/(B (0) -¾ est une droite,
K K
avec Θ (t) = Ti(t) - Tem ' où Te est la moyenne des mesures de température de l'air extérieur Te sur l'intervalle de temps At '.
PCT/FR2011/052016 2010-09-03 2011-09-02 Determination du coefficient de deperdition thermique d'un local WO2012028829A1 (fr)

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