Rayonnement vers le ciel

[Nicolas]

Bonjour à tous,

Lesosai
Farfouillant dans l'aide Lesosai 5.6, je suis tombé sur un commentaire éclairant une vielle et profonde question pour laquelle je n'ai jamais trouvé de réponse claire :
"Comment et où est pris en compte la température radiative du ciel dans tous nos calculs ?"

Le commentaire de l'aide Lesosai :
"Une paroi extérieure peut, de jour, capter l'énergie solaire et en transmettre une faible partie à l'intérieur du bâtiment. D'autre part, les déperditions par rayonnement vers le ciel - dont la température est, en moyenne, inférieure à celle de l'air ambiant - sont plus importantes que vers l'environnement immédiat. Ces deux phénomènes se compensent partiellement et la différence est généralement négligeable, donc souvent négligée.
Toutefois, la méthode de calcul EN832 permet de tenir compte des échanges radiatifs des éléments opaques avec leur environnement, ce qui peut être utile pour les grandes surfaces, ou pour évaluer l'effet de ces échanges. Afin d'effectuer ce bilan, il est supposé que la température apparente du ciel est 10 K inférieure à la température de l'air extérieur. Le coefficient d'échange de chaleur par rayonnement est constant et vaut 5 W/m²K pour une émissivité de 1."

Sur chaque paroi opaque de Lesosai on a donc le choix de prendre en compte les apports solaires + les pertes vers le ciel (case "bilan radiatif à cocher). Ici les pertes vers le ciel ne sont pas pondérées par l'inclinaison de la paroi... (aye! pour les parois verticales)
Très intéressant : impact de la prise en compte, pour un maison, et uniquement sur la toiture :
- pertes vers le ciel => -2% sur besoins de chaleur
- apports solaires => +3% sur besoins de chaleur
Au bilan, par défaut Lesosai ne prend ni l'un ni l'autre, donc +1% sur besoins de chaleur.

La RT
Me souvenant avoir vu parlé du ciel dans la méthode Th-CE de la RT, mes recherches continuent, et page 54 on voit que sont explicitement pris en compte pour les parois opaques : et les apports solaires, et les pertes radiatives vers le ciel (pondérée par l'orientation de la paroi).
Ces pertes semblent bien être prises en supplément du transfert radiatif compris dans le h extérieur (=hc+hr).

Dans les fichiers météo de la RT on trouve effectivement la température du ciel. En moyenne 10°C inférieur à température extérieure sur hiver (on retrouve bien les 10°C pris en compte dans Lesosai)

Si on fait une moyenne temporelle sur la période d'hiver on trouve les puissances transmises à travers les parois opaques suivantes (/m²) :
- 1,5W en perte radiative vers le ciel sur paroi horiz. (0W sur verticale)
- 1,7W d'apports solaires sur l'horiz. (1,2W sur la verticale)
- 3 W de déperdition dûes uniquement à Tint-Text.

Ma conclusion est : les pertes radiatives vers le ciel, sont d'environ 1,5W/m² de toiture sur l'hiver, soit l'équivalent d'un abaissement de la température extérieure d'environ 7°C (pour U=0,2), soit une augmentation d'environ 50% des déperditions.

Toute ces valeurs sont approximatives et correspondent au choix de modélisation fait dans la Th-CE

Comfie
Dans la méthode Comfie j'ai trouvé ça : "Les transferts radiatifs grande longueur d'onde vers l'extérieur (sol, ciel, bâtiments environnants,...) sont également inclus dans les coefficients hext. La donnée de la température de ciel n'est pas prise en compte dans ce modèle : le rayonnement supplémentaire par rapport au rayonnement calculé vers la
température extérieure a une influence faible, surtout si la paroi émettrice est isolée."

Je crois me souvenir que certaines méthodes corrigent Text pour tenir compte de Tciel, cela n'est apparemment pas le cas de Comfie.

Comfie ne tiendrait ainsi compte que des apports solaires, et pas des pertes vers le ciel ? Sur la base de la méthode de calcul Lesosai cela conduirait à un sous-estimation des besoins de chaleur d'au minimum 2%.

Données météo
Et ma question préférée c'est : les fichiers météo sont basés sur des relevés, ok. Quelle est la part du rayonnement celleste sur la température relevée dans les stations météo ?

Le pourquoi du comment
Je comprends maintenant mieux ce traditionnel réflexe de mettre deux fois plus d'isolant dans la toiture que dans les murs :
1) on se protège des apports solaires d'été,
2) on se protège des déperditions plus importantes l'hiver.
Je ne sais pas si ce sont les vraies raisons qui ont conduit à cette tradition mais ça paraît convainquant (bon il y a aussi la facilité de mise en oeuvre et d'autres choses...)

Quelles sont vos points de vue ?
Bon ça fait beaucoup de choses dans un message, désolé pour la longueur.

Ce serait intéressant d'avoir l'avis éclairé des Mines là dessus.

Nicolas.

[olivir]

Bonjour Nicolas,

J'ai posé la question à un ami de l'école des Mines, il m'a indiqué que si COMFIE considère un échange direct avec la température de l'air extérieur, le coefficient d'échange est corrigé de façon simplifiée pour prendre en compte cette température de ciel.

En revanche, j'ignore qu'elle est la méthode utilisée exactement

[Nicolas]

Tous les hext sont indiqués dans le doc "algorithmes Comfie".

Mais augmenter hext n'a quasiment pas d'impact puisque 1/hext est déjà bien petit devant Rparoi.

[Architecture NATURELLE]

Cette "tradition" vient surtout du fait que mettre 30 cm d'isolant sur un faux plafond coûte 10 fois moins cher que la même chose en vertical. Merci la gravité, merci la pomme à Newton.
Mais sinon, le reste des arguments est exact aussi

[Clement_R]

Bonjour,

N'ayant pas trouvé d'autre conversation plus approfondi sur la prise en compte des échanges radiatifs avec le ciel dans Pleiades, je dépoussière ce vieux sujet.

Il est question des échanges radiatifs en grande longueur d'onde avec le ciel. J'avais eu une réponse assez claire sur ce sujet http://www.izuba.fr/forum/viewtopic.php ... t&start=15 :

Est-ce qu'un bilan radiatif en grande longueur d'onde est effectué, prenant en compte les rayonnements émis par la voûte céleste et le sol ? Et par les bâtiments alentours ?

Non.

Néanmoins, à ce moment là je n'avais pas lu le pdf "Algorithmes COMFIE" et notamment le paragraphe suivant (p. 7) : " Les transferts radiatifs grande longueur d'onde vers l'extérieur (sol, ciel, bâtiments environnants,...) sont également inclus dans les coefficients hext. La
donnée de la température de ciel n'est pas prise en compte dans ce modèle :
le rayonnement supplémentaire par rapport au rayonnement calculé vers la
température extérieure a une influence faible, surtout si la paroi émettrice est
isolée."

Je trouve que cette affirmation est à compléter. On peut lire dans la thèse de Lou Chesné ("Vers une nouvelle méthodologie de conception des bâtiments, basée sur leurs performances bioclimatiques", 2012), page 96, que près de 20% des besoins de rafraîchissement d'une maison INCAS BBC pourraient être couverts par la "ressource ciel" à travers les échanges GLO. Certes, pour la même maison peu isolée ce taux de couverture possible atteint plus de 30% et certes, le taux d'exploitation "réel" de la ressource "ciel" est quasi nul pour la maison BBC et atteint à peine 15% pour la maison peu isolée. L'affirmation ci-dessus est donc juste. Cependant vu que les températures estivales ont tendance à augmenter d'année en année, et au vu de la philosophie d'Izuba, je trouve qu'il serait intéressant de préciser que le potentiel de rafraîchissement offert par le ciel peut être important et que s'il est malheureusement très peu exploité aujourd'hui, on peut espérer que ce sera d'avantage le cas à l'avenir... En veillant à ce qu'on ne génère pas + de besoins de chauffage qu'on ne diminue les besoins de rafraîchissement, ce qui est plus facile à dire qu'à faire.

Par ailleurs, une remarque d'Olivir n'a pas été commentée et me pose question.

J'ai posé la question à un ami de l'école des Mines, il m'a indiqué que si COMFIE considère un échange direct avec la température de l'air extérieur, le coefficient d'échange est corrigé de façon simplifiée pour prendre en compte cette température de ciel.

En revanche, j'ignore qu'elle est la méthode utilisée exactement

Puisqu'il est écrit noir sur blanc dans la documentation que la température de ciel n'est pas prise en compte, qu'en est-il exactement ? Le coefficient hext prend-il en compte cette température ? Si oui, peut-on savoir de quelle façon ?

Merci pour vos éclaircissements.

[Stephane_T]

Bonjour,

N'ayant pas trouvé d'autre conversation plus approfondi sur la prise en compte des échanges radiatifs avec le ciel dans Pleiades, je dépoussière ce vieux sujet.

Il est question des échanges radiatifs en grande longueur d'onde avec le ciel. J'avais eu une réponse assez claire sur ce sujet http://www.izuba.fr/forum/viewtopic.php ... t&start=15 :

Est-ce qu'un bilan radiatif en grande longueur d'onde est effectué, prenant en compte les rayonnements émis par la voûte céleste et le sol ? Et par les bâtiments alentours ?

Non.

Néanmoins, à ce moment là je n'avais pas lu le pdf "Algorithmes COMFIE" et notamment le paragraphe suivant (p. 7) : " Les transferts radiatifs grande longueur d'onde vers l'extérieur (sol, ciel, bâtiments environnants,...) sont également inclus dans les coefficients hext. La
donnée de la température de ciel n'est pas prise en compte dans ce modèle :
le rayonnement supplémentaire par rapport au rayonnement calculé vers la
température extérieure a une influence faible, surtout si la paroi émettrice est
isolée."

Je trouve que cette affirmation est à compléter. On peut lire dans la thèse de Lou Chesné ("Vers une nouvelle méthodologie de conception des bâtiments, basée sur leurs performances bioclimatiques", 2012), page 96, que près de 20% des besoins de rafraîchissement d'une maison INCAS BBC pourraient être couverts par la "ressource ciel" à travers les échanges GLO. Certes, pour la même maison peu isolée ce taux de couverture possible atteint plus de 30% et certes, le taux d'exploitation "réel" de la ressource "ciel" est quasi nul pour la maison BBC et atteint à peine 15% pour la maison peu isolée. L'affirmation ci-dessus est donc juste. Cependant vu que les températures estivales ont tendance à augmenter d'année en année, et au vu de la philosophie d'Izuba, je trouve qu'il serait intéressant de préciser que le potentiel de rafraîchissement offert par le ciel peut être important et que s'il est malheureusement très peu exploité aujourd'hui, on peut espérer que ce sera d'avantage le cas à l'avenir... En veillant à ce qu'on ne génère pas + de besoins de chauffage qu'on ne diminue les besoins de rafraîchissement, ce qui est plus facile à dire qu'à faire.

Par ailleurs, une remarque d'Olivir n'a pas été commentée et me pose question.

J'ai posé la question à un ami de l'école des Mines, il m'a indiqué que si COMFIE considère un échange direct avec la température de l'air extérieur, le coefficient d'échange est corrigé de façon simplifiée pour prendre en compte cette température de ciel.

En revanche, j'ignore qu'elle est la méthode utilisée exactement

Puisqu'il est écrit noir sur blanc dans la documentation que la température de ciel n'est pas prise en compte, qu'en est-il exactement ? Le coefficient hext prend-il en compte cette température ? Si oui, peut-on savoir de quelle façon ?

Non, la température de ciel n'est pas utilisée dans les calculs, elle n'est donc pas évaluée ni prise en compte. C'est le coefficient hext (issu du European Passive Solar Handbook) qui représente de manière simplifiée les échanges convectif et radiatifs CLO et GLO. A l'heure actuelle nous n'avons pas les moyens de tirer plus d'information de ces coefficients qui agrègent les différents phénomènes et transforme des formules de sigma T4 en relations linéaires. D'autre part, nous ne disposons pas de la température de surface des parois.
Il faut bien voir qu'à l'époque où le European Passive Solar Handbook a été rédigé (1986) et à l'époque où COMFIE a été conçu (1990), il n'était pas encore question de maisons passives. La thèse de Lou Chesné est beaucoup plus récente et la problématique du rafraîchissement passif via l'émission radiative en GLO est alors apparue comme significative. Mais Lou remarque dans sa thèse (p. 28-29), concernant les modèles de température de ciel, que :

En premier lieu, toutes les formules donnent une température de ciel inférieure à la température de l’air et une surface à la température de l’air extérieur émettra donc plus d’énergie vers la voûte céleste qu’elle n’en reçoit de cette dernière : le ciel se comportera plutôt comme un puits d’énergie. En outre la figure indique que l’écart entre les températures obtenues à partir des différentes formules peut atteindre 20°C. On est donc loin de l’unanimité sur le sujet et des progrès sont nécessaires dans ce domaine si des applications basées sur l’exploitation de la voûte céleste doivent connaître un véritable développement.

Bref, cette température est difficilement mesurable et les différentes manières de la calculer sont insuffisamment fiables.

[Clement_R]

Bonjour,

Merci pour votre retour détaillé sur le sujet. Je ne remets pas en cause le fonctionnement de COMFIE, que je trouve très performant. Je me disais simplement que le pdf "Algorithmes COMFIE" pourrait être un peu plus étoffé sur certains points, dont celui-ci.

Bon c'est vrai que vu votre réactivité et la richesse de ce forum on peut facilement avoir des réponses à nos questions !