Bilan thermique de climatisation : la méthode de calcul pas à pas

Une climatisation mal dimensionnée coûte cher dans les deux sens : trop petite, elle ne tient pas la température ; trop grosse, elle fonctionne par à-coups et déshumidifie mal. Le bilan thermique est l’étape qui évite les deux écueils. Voici la méthode, étape par étape.

Les données d’entrée du bilan thermique

• Surfaces et orientations des murs, toitures et vitrages.
• Coefficients de transmission thermique U des parois et facteur solaire des vitrages. Voir le RTCM.
• Occupation prévue, puissance d’éclairage et d’équipements.
• Débit d’air neuf. Voir le débit d’air neuf par type de local.
• Conditions intérieures visées et conditions extérieures de base, issues des données climatiques du site.

Étape 1 — La transmission par les parois

La chaleur traverse chaque paroi selon la relation Q = U × S × ΔT, avec U en W/m²·K, S en m² et ΔT l’écart de température entre l’extérieur et l’intérieur, en kelvins. Plus une paroi est isolée, plus son U est faible.

Étape 2 — Les apports solaires

Pour un vitrage ensoleillé, l’apport s’estime par Q = S × g × I : S est la surface vitrée, g le facteur solaire (la part de l’énergie solaire transmise) et I l’éclairement solaire reçu par la façade, en W/m², qui dépend de l’orientation et de l’heure. Les protections solaires réduisent fortement ce terme.

Étape 3 — Les apports internes

• Occupants — selon les valeurs publiées par l’ASHRAE et le guide A du CIBSE, une personne assise à son bureau dégage environ 75 W sensibles et 55 W latents.
• Éclairage et équipements — on retient leur puissance réellement dissipée dans le local, en tenant compte de leur usage simultané.

Étape 4 — La charge de l’air neuf

Part sensible : Q ≈ 0,34 × q × ΔT, en watts, avec q en m³/h. Le coefficient vient des propriétés de l’air : masse volumique d’environ 1,2 kg/m³ et chaleur massique d’environ 1 005 J/kg·K, soit environ 1 206 J/m³·K, ou 0,335 W·h/m³·K.

Part latente : Q ≈ 0,82 × q × Δw, en watts, avec q en m³/h et Δw l’écart d’humidité absolue en grammes d’eau par kilogramme d’air. Le coefficient combine la masse volumique de l’air et la chaleur de vaporisation de l’eau, voisine de 2 450 kJ/kg.

Exemple chiffré

Bureau de 20 m² pour 2 personnes. Toutes les valeurs ci-dessous sont illustratives : elles montrent la méthode, elles ne remplacent pas les données réelles d’un projet.

Charge totale : environ 2,3 kW, soit près de 7 800 BTU/h. Deux enseignements : le poste solaire pèse ici plus que tous les autres, et l’air neuf représente près d’un tiers du total. Pour convertir en puissance d’appareil, voir quelle puissance en BTU.

Les erreurs fréquentes

• Oublier la part latente — l’équipement tient la température mais pas l’humidité.
• Oublier l’air neuf — surtout dans les locaux très occupés, où il pèse lourd.
• Ignorer l’orientation — une façade exposée ne se traite pas comme une façade à l’ombre.
• Empiler les marges — ajouter une marge à chaque poste conduit au surdimensionnement. Voir dimensionner une climatisation.

Questions fréquentes

Qu’est-ce qu’un bilan thermique de climatisation ?

C’est le calcul de toutes les puissances de chaleur à évacuer d’un local : apports par les parois et les vitrages, apports des occupants, de l’éclairage et des équipements, et charge de l’air neuf. Il sert à choisir un équipement correctement dimensionné.

Combien de chaleur dégage une personne dans un bureau ?

Selon les valeurs publiées par l’ASHRAE et le guide A du CIBSE, une personne assise à son bureau dégage environ 75 W de chaleur sensible et 55 W de chaleur latente.

Comment calcule-t-on la charge de l’air neuf ?

En chaleur sensible, on peut utiliser Q ≈ 0,34 × débit (m³/h) × écart de température (K), qui donne des watts. La part latente se calcule à partir de l’écart d’humidité absolue entre l’air extérieur et l’air intérieur.

Pourquoi distinguer chaleur sensible et latente ?

La chaleur sensible fait monter la température, la chaleur latente correspond à l’humidité à retirer. Un équipement doit couvrir les deux, et leur proportion influence son choix et son réglage.

Peut-on dimensionner une climatisation au mètre carré ?

Un ratio au mètre carré ignore l’orientation, les vitrages, l’occupation et l’air neuf. Il peut servir d’ordre de grandeur, mais pas de base de dimensionnement.