ISO/DIS 11855-4

Building environment design -- Embedded radiant heating and cooling systems

Conception de l'environnement des bâtiments -- Systèmes intégrés de chauffage et de refroidissement par rayonnement

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DRAFT INTERNATIONAL STANDARD
ISO/DIS 11855-4
ISO/TC 205 Secretariat: ANSI
Voting begins on: Voting terminates on:
2020-03-16 2020-06-08
Building environment design — Embedded radiant heating
and cooling systems —
Part 4:
Dimensioning and calculation of the dynamic heating and
cooling capacity of Thermo Active Building Systems (TABS)

Conception de l'environnement des bâtiments — Systèmes intégrés de chauffage et de refroidissement par

rayonnement —

Partie 4: Dimensionnement et calculs relatifs au chauffage adiabatique et à la puissance frigorifique pour

systèmes thermoactifs (TABS)
ICS: 91.040.01
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TECHNOLOGICAL, COMMERCIAL AND
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WHICH REFERENCE MAY BE MADE IN
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ISO/DIS 11855-4:2020(E)
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ISO/DIS 11855-4:2020(E)
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ISO/DIS 11855-4:2020(E)
Contents Page

Foreword ........................................................................................................................................................................................................................................iv

Introduction ..................................................................................................................................................................................................................................v

1 Scope ................................................................................................................................................................................................................................. 1

2 Normative references ...................................................................................................................................................................................... 1

3 Terms and definitions ..................................................................................................................................................................................... 1

4 Symbols and abbreviations ....................................................................................................................................................................... 1

5 The concept of Thermally Building Active Surfaces (TABS) .................................................................................... 4

6 Calculation methods ......................................................................................................................................................................................... 9

6.1 General ........................................................................................................................................................................................................... 9

6.2 Rough sizing method ......................................................................................................................................................................11

6.3 Simplified sizing by diagrams .................................................................................................................................................12

6.4 Simplified model based on FDM ...........................................................................................................................................18

6.4.1 Cooling system ................................................................................................................................................................19

6.4.2 Hydraulic circuit and slab .....................................................................................................................................19

6.4.3 Room .......................................................................................................................................................................................22

6.4.4 Limits of the method .................................................................................................................................................23

6.5 Dynamic building simulation programs.........................................................................................................................24

7 Effects of Acoustic Ceiling Units on the Cooling Performance of TABS ......................................................24

8 Input for computer simulations of energy performance.........................................................................................24

Annex A (informative) Simplified diagrams ..............................................................................................................................................26

Annex B (normative) Calculation method ...................................................................................................................................................33

Annex C (informative) Tutorial guide for assessing the model..............................................................................................43

Annex D (informative) Computer program .................................................................................................................................................46

Bibliography .............................................................................................................................................................................................................................59

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ISO/DIS 11855-4:2020(E)
Foreword

ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards

bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out

through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical

committee has been established has the right to be represented on that committee. International

organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.

ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of

electrotechnical standardization.

International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.

The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International

Standards adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting.

Publication as an International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies

casting a vote.

Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of

patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.

ISO 11855-4 was prepared by Technical Committee ISO/TC 205, Building environment design.

ISO 11855 consists of the following parts, under the general title Building environment design — Design,

dimensioning, installation and control of embedded radiant heating and cooling systems:

— Part 1: Definition, symbols, and comfort criteria
— Part 2: Determination of the design and heating and cooling capacity
— Part 3: Design and dimensioning

— Part 4: Dimensioning and calculation of the dynamic heating and cooling capacity of Thermo Active

Building Systems (TABS)
— Part 5: Installation
— Part 6: Control
— Part 7: Input parameters for the energy calculation

Part 1 specifies the comfort criteria which should be considered in designing embedded radiant heating

and cooling systems, since the main objective of the radiant heating and cooling system is to satisfy

thermal comfort of the occupants. Part 2 provides steady-state calculation methods for determination

of the heating and cooling capacity. Part 3 specifies design and dimensioning methods of radiant

heating and cooling systems to ensure the heating and cooling capacity. Part 4 provides a dimensioning

and calculation method to design Thermo Active Building Systems (TABS) for energy-saving purposes,

since radiant heating and cooling systems can reduce energy consumption and heat source size by using

renewable energy. Part 5 addresses the installation process for the system to operate as intended. Part

6 shows a proper control method of the radiant heating and cooling systems to ensure the maximum

performance which was intended in the design stage when the system is actually being operated in a

building. Part 7 presents a calculation method for input parameters to ISO 52031.

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ISO/DIS 11855-4:2020(E)
Introduction

The radiant heating and cooling system consists of heat emitting/absorbing, heat supply, distribution,

and control systems. The ISO 11855 series deals with the embedded surface heating and cooling system

that directly controls heat exchange within the space. It does not include the system equipment itself,

such as heat source, distribution system and controller.

The ISO 11855 series addresses an embedded system that is integrated with the building structure.

Therefore, the panel system with open air gap, which is not integrated with the building structure, is

not covered by this series.

The ISO 11855 series shall be applied to systems using not only water but also other fluids or electricity

as a heating or cooling medium.

The object of the ISO 11855 series is to provide criteria to effectively design embedded systems. To do

this, it presents comfort criteria for the space served by embedded systems, heat output calculation,

dimensioning, dynamic analysis, installation, control method of embedded systems, and input

parameters for the energy calculations.
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DRAFT INTERNATIONAL STANDARD ISO/DIS 11855-4:2020(E)
Building environment design — Embedded radiant heating
and cooling systems —
Part 4:
Dimensioning and calculation of the dynamic heating and
cooling capacity of Thermo Active Building Systems (TABS)
1 Scope

This part of ISO 11855 allows the calculation of peak cooling capacity of Thermo Active Building

Systems (TABS), based on heat gains, such as solar gains, internal heat gains, and ventilation, and the

calculation of the cooling power demand on the water side, to be used to size the cooling system, as

regards the chiller size, fluid flow rate, etc.

This part of ISO 11855 defines a detailed method aimed at the calculation of heating and cooling

capacity in non-steady state conditions.

The ISO 11855 series is applicable to water based embedded surface heating and cooling systems in

residential, commercial and industrial buildings. The methods apply to systems integrated into the

wall, floor or ceiling construction without any open air gaps. It does not apply to panel systems with

open air gaps which are not integrated into the building structure.

The ISO 11855 series also applies, as appropriate, to the use of fluids other than water as a heating or

cooling medium. The ISO 11855 series is not applicable for testing of systems. The methods do not apply

to heated or chilled ceiling panels or beams.
2 Normative references

The following referenced documents are indispensable for the application of this document. For dated

references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced

document (including any amendments) applies.

ISO 11855-1, Building environment design — Embedded radiant heating and cooling systems — Part 1:

Definition, symbols, and comfort criteria
3 Terms and definitions

For the purposes of this document, the terms and definitions in ISO 11855-1 apply.

4 Symbols and abbreviations

For the purposes of this part of ISO 11855, the symbols and abbreviations in Table 1 apply:

Table 1 — Symbols and abbreviations
Symbol Unit Quantity
A m Area of the heating/cooling surface area

A m Total area of internal vertical walls (i.e. vertical walls, external façades excluded)

C J/(m ·K) Specific thermal capacity of the thermal node under consideration
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ISO/DIS 11855-4:2020(E)
Table 1 (continued)
Symbol Unit Quantity
C J/(m ·K) Average specific thermal capacity of the internal walls
J/(kg·K) Specific heat of the material constituting the j-th layer of the slab
c J/(kg·K) Specific heat of water
d m External diameter of the pipe
E kWh/m Specific daily energy gains
Day

Running mode (1 when the system is running; 0 when the system is switched off) in

the h-th hour
- Design safety factor
F - View factor between the floor and the ceiling
v F-C
- View factor between the floor and the external walls
v F-EW
F - View factor between the floor and the internal walls
v F-W
W/(m ·K) Convective heat transfer coefficient between the air and the ceiling
A-C
h W/(m ·K) Convective heat transfer coefficient between the air and the floor
A-F

h W/(m ·K) Convective heat transfer coefficient between the air and the internal walls

A-W
h W/(m ·K) Radiant heat transfer coefficient between the floor and the ceiling
F-C

h W/(m ·K) Radiant heat transfer coefficient between the floor and the internal walls

F-W

Heat transfer coefficient between the thermal node under consideration and the air

H W/K
thermal node (“A”)

Heat transfer coefficient between the thermal node under consideration and the ceiling

H W/K
surface thermal node (“C”)

H W/K Heat transfer coefficient between the thermal node under consideration and the circuit

Circuit

H W/K Heat transfer coefficient between the thermal node under consideration and the next one

CondDown
Heat transfer coefficient between the thermal node under consideration and the
H W/K
CondUp
previous one

H - Fraction of internal convective heat gains acting on the thermal node under consideration

Conv

Heat transfer coefficient between the thermal node under consideration and the floor

H W/K
surface thermal node (“F”)

H W/K Coefficient connected to the inertia contribution at the thermal node under consideration

Inertia
Heat transfer coefficient between the thermal node under consideration and the
H W/K
IWS
internal wall surface thermal node (“IWS”)

H - Fraction of total radiant heat gains impinging on the thermal node under consideration

Rad

h W/(m ·K) Total heat transfer coefficient (convection + radiation) between surface and space

J - Number of layers constituting the slab as a whole
J - Number of layers constituting the upper part of the slab
J - Number of layers constituting the lower part of the slab
L m Length of installed pipes

kg/(m ·s) Specific water flow in the circuit, calculated on the area covered by the circuit

H,sp
- Number of partitions of the j-th layer of the slab
n - Actual number of iteration in iterative calculations
n h Number of operation hours of the circuit
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Table 1 (continued)
Symbol Unit Quantity
Max
n - Maximum number of iterations allowed in iterative calculations
Max,h

W Maximum cooling power reserved to the circuit under consideration in the h-th hour

Circuit
Max
P W/m Maximum specific cooling power (per floor square metre)
Circuit,Spec
q W/m Inward specific heat flow
q W/m Outward specific heat flow
W Heat flow impinging on the ceiling surface (“C”) in the h-th hour
Q W Heat flow extracted by the circuit in the h-th hour
Circuit
W Total convective heat gains in the h-th hour
Conv
W Heat flow impinging on the floor surface (“F”) in the h-th hour
W Internal convective heat gains in the h-th hour
IntConv
Q W Internal radiant heat gains in the h-th hour
IntRad
W Heat flow impinging on the internal wall surface (“IWS”) in the h-th hour
IWS
W Primary air convective heat gains in the h-th hour
PrimAir
W Total radiant heat gains in the h-th hour
Rad
Q W Solar heat gains in the room in the h-th hour
Sun
W Transmission heat gains in the h-th hour
Transm
Q W/m Average specific cooling power
R (m ·K)/W Generic thermal resistance
R (m ·K)/W Additional thermal resistance covering the lower side of the slab
Add C
(m ·K)/W Additional thermal resistance covering the upper side of the slab
Add F
R (m ·K)/W Internal thermal resistance of the slab conductive region
int
Conduction thermal resistance connecting the p-th thermal node with the boundary
R (m ·K)/W
L,p
of the (p+1)-th thermal node
R (m ·K)/W Pipe thickness thermal resistance
R (m ·K)/W Circuit total thermal resistance
Conduction thermal resistance connecting the p-th thermal node with the boundary
R (m ·K)/W
U,p
of the (p-1)-th thermal node
R (m ·K)/W Wall surface thermal resistance
Walls
R (m ·K)/W Water flow thermal resistance
R (m ·K)/W Pipe level thermal resistance
R (m ·K)/W Convection thermal resistance at the pipe inner side
s m Pipe wall thickness
s m Thickness of the upper part of the slab
s m Thickness of the lower part of the slab
W m Pipe spacing
m Thickness of the j-th layer of the slab
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ISO/DIS 11855-4:2020(E)
Table 1 (continued)
Symbol Unit Quantity
Δθ K Generic temperature difference
Max
K Maximum operative temperature drift allowed for comfort conditions
Comfort
Δt s Calculation time step
°C Temperature of the air thermal node (“A”) in the h-th hour
°C Temperature of the ceiling surface thermal node (“C”) in the h-th hour
Max
θ °C Maximum operative temperature allowed for comfort conditions
Comfort

θ °C Maximum operative temperature allowed for comfort conditions in the reference case

Comfort,Ref
°C Temperature of the floor surface thermal node (“F”) in the h-th hour

°C Temperature of the core of the internal walls thermal node (“IW”) in the h-th hour

θ °C Temperature of the internal wall surface thermal node (“IWS”) in the h-th hour

IWS
°C Room mean radiant temperature in the h-th hour
θ °C Room operative temperature in the h-th hour
θ °C Temperature of the p-th thermal node in the h-th hour
°C Temperature of the pipe level thermal node (“PL”) in the h-th hour
°C Daily average temperature of the conductive region of the slab
Slab
θ °C Water inlet actual temperature in the h-th hour
Water,In
Setp,h
°C Water inlet set-point temperature in the h-th hour
Water,In
Setp
θ °C Water inlet set-point temperature in the reference case
Water,In,Ref
θ °C Water outlet temperature in the h-th hour
Water,Out
W/(m·K) Thermal conductivity of the material of the pipe embedded layer

W/(m·K) Thermal conductivity of the material constituting the j-th layer of the slab

λ W/(m·K) Thermal conductivity of the material constituting the pipe
ξ K Actual tolerance in iterative calculations
ξ K Maximum tolerance allowed in iterative calculations
Max
kg/m Density of the material constituting the j-th layer of the slab
various Slope of correlation curves
5 The concept of Thermally Building Active Surfaces (TABS)

A Thermally Active Building Surface (TABS) is an embedded water based surface heating and cooling

system, where the pipe is embedded in the central concrete core of a building construction (see

Figure 1).
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ISO/DIS 11855-4:2020(E)
Key
C concrete
F floor
P pipes
R room
RI reinforcement
W window
Figure 1 — Example of position of pipes in TABS

The building constructions embedding the pipe are usually the horizontal ones. As a consequence, in

the following sections, floors and ceilings are usually referred to as active surfaces. Looking at a typical

structure of a TAS, heat is removed by a cooling system (for instance, a chiller), connected to pipes

embedded in the slab. The system can be divided into the elements shown in Figure 2.

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ISO/DIS 11855-4:2020(E)
Key
1 heating/cooling equipment
2 hydraulic circuit
3 slab including core layer with pipes
4 possible additional resistances (floor covering or suspended ceiling)
5 room below and room above
PL pipe level
Figure 2 — Simple scheme of a TAS

Thermally active surfaces exploit the high thermal inertia of the slab in order to perform the peak-

shaving. The peak-shaving consists in reducing the peak in the required cooling power (see Figure 3),

so that it is possible to cool the structures of the building during a period in which the occupants are

absent (during night time, in office premises). This way the energy consumption can be reduced and a

lower night time electricity rate can be used. At the same time a reduction in the size of heating/cooling

system components (including the chiller) is possible.
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ISO/DIS 11855-4:2020(E)
Key
X time, h
Y cooling power, W
1 heat gain
2 cooling power needed for conditioning the ventilation air
3 cooling power needed on the water side
4 reduction of the required peak power
Figure 3 — Example of peak-shaving effect

TABS may be used both with natural and mechanical ventilation (depending on weather conditions).

Mechanical ventilation with dehumidifying may be required depending on external climate and

indoor humidity production. In the example in Figure 3, the required peak cooling power needed for

dehumidifying the air during day time is sufficient to cool the slab during night time.

As regards the design of TABS, the planner needs to know if the capacity at a given water temperature

is sufficient to keep the room temperature within a given comfort range. Moreover, the planner needs

also to know the heat flow on the water side to be able to dimension the heat distribution system and

the chiller/boiler. This part of ISO 11855 provides methods for both purposes.

When using TABS, the indoor temperature changes moderately during the day and the aim of a good

TABS design is to maintain internal conditions within the range of comfort, i.e. –0,5 < PMV < 0,5, during

the day, according to ISO 7730 (see Figure 4).
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ISO/DIS 11855-4:2020(E)
Key
X time, h
Y temperature, °C
PMV Predicted Mean Vote
θ air temperature
air
θ ceiling temperature
θ mean radiant temperature
θ floor temperature
θ water return temperature
w exit
Figure 4 — Example of temperature profiles and PMV values vs. time

Some detailed building system calculation models have been developed to determine the heat exchanges

under unsteady state conditions in a single room, the thermal and hygrometric balance of the room air,

prediction of comfort conditions, check of condensation on surfaces, availability of control strategies and

calculation of the incoming solar radiation. The use of such detailed calculation models is, however, limited

due to the high amount of time needed for the simulations. The development of a more user friendly tool

is required. Such a tool is provided in this part of ISO 11855, and allows the simulation of TAS.

The diagrams in Figure 5 show an example of the relation between internal heat gains, water supply

temperature, heat transfer on the room side, hours of operation and heat transfer on the water side.

The diagrams refer to a concrete slab with raised floor (R = 0,45 (m ·K)/W) and an allowed room

temperature range of 21°C to 26°C.

The upper diagram shows on the Y-axis the maximum permissible total heat gain in space (internal

heat gains plus solar gains) [W/m ], and on the X-axis the required water supply temperature. The

lines in the diagram correspond to different operation periods (8 h, 12 h, 16 h, and 24 h) and different

maximum amounts of energy supplied per day [Wh/(m ·d)].

The lower diagram shows the cooling power [W/m ] required on the water side (to dimension the

chiller) for TAS as a function of supply water temperature and operation time. Further, the amount of

energy rejected per day is indicated [Wh/(m ·d)].

The example shows that, for a maximum internal heat gain of 38 W/m and 8 h operation, a supply

water temperature of 18,2 °C is required. If, instead, the system is in operation for 12 h, a supply

water temperature of 19,3 °C is required. In total, the amount of energy rejected from the room is

approximately 335 Wh/m per day. In the same conditions, the required cooling power on the water side

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2 2

is 37 W/m (for 8 h operation) and 25 W/m (for 12 h operation) respectively. Thus, by 12 h operation,

the chiller can be much smaller.
Key
X (upper diagram) supply temperature tabs, °C
Y (upper diagram) maximum total heat gain in space (W/m , floor area)
Y (lower diagram) mean cooling power tabs (W/m , floor area)
Figure 5 — Working principle of TABS
6 Calculation methods
6.1 General

TABS are systems with high thermal inertia. Therefore, for sizing chillers coupled with them, dynamic

simulations have to be carried out. In principle, the solution of heat transfer inside structures with

embedded pipes has to deal with 2-D calculations (see Figure 6). The calculation time required to

consider the 2-D thermal field and the overall balance with the rest of the room is usually too high.

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Therefore, mathematical models in literature are usually based on a link between the pipe surface and

the upper and lower surfaces (i.e. floor and ceiling).

One possibility to model radiant systems is to apply response factors to the pipe surface, upper surface

and lower surface of the slab (see Figure 7). This way, the conduction heat transfer is defined via nine

response factor series, that can be reduced to six response factor series, because of reciprocity rules.

Key
1 upper surface
2 pipe surface
3 lower surface
Figure 6 — Heat transfer through structures containing pipes
Figure 7 — Transfer functions for building elements containing pipes

Another possibility is to consider a resistance between the external pipe surface and an equivalent core

temperature at pipe level, which represents the average temperature along the axial plane of the pipes

(see Figure 8). From the core level to upward and downward levels, a 1-D resistance-capacity network

or 1-D response factor series (or transfer function) can be applied.
10 © ISO 2020 – All rights reserved
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Key
LS lower part of the slab
LST lower surface temperature (ceiling)
R circuit total thermal resistance
US upper part of the slab
UST upper surface temperature (floor)
θ mean temperature at the pipe level
θ water supply temperature
Water,In

Figure 8 — Simplified model for the conductive heat transfer in a structure containing pipes

In this part of ISO 11885, the following calculation methods are presented:

— Rough sizing method, based on a standard calculation of the cooling load (error: 20÷30%). To be

used starting from the knowledge of the daily heat gains in the room (see 6.2).

— Simplified method using diagrams for sizing, based on the knowledge of the total energy to be

extracted daily to ensure comfort conditions (error: 15÷20%). For details, see 6.3.

— Simplified model based on finite difference method (FDM) (error: 10÷15%). It consists in detailed

dynamic simulations predicting the heat transfers in the slab and even in the room via FDM. Based

on the knowledge of the values of the variable cooling loads of the room during each hour of the day.

For further details, see 6.4.

— Detailed simulation models (error: 6÷10%). It implies the overall dynamic simulation model for the

radiant system and the room via detailed building-system simulation software (see 6.5).

6.2 Rough sizing method
The cooling system shall be sized via the following equation:
Day
Max 2
P =⋅1000⋅f [W/m] (1)
Circuit,Spec s
where
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PROJET DE NORME INTERNATIONALE
ISO/DIS 11855-4
ISO/TC 205 Secrétariat: ANSI
Début de vote: Vote clos le:
2020-03-16 2020-06-08
Conception de l'environnement des bâtiments —
Systèmes intégrés de chauffage et de refroidissement par
rayonnement —
Partie 4:
Dimensionnement et calculs relatifs au chauffage
adiabatique et à la puissance frigorifique pour systèmes
d'éléments de construction thermoactifs (TABS)
Building environment design — Embedded radiant heating and cooling systems —

Part 4: Dimensioning and calculation of the dynamic heating and cooling capacity of Thermo Active

Building Systems (TABS)
ICS: 91.040.01
CE DOCUMENT EST UN PROJET DIFFUSÉ POUR
OBSERVATIONS ET APPROBATION. IL EST DONC
SUSCEPTIBLE DE MODIFICATION ET NE PEUT

Le présent document est distribué tel qu’il est parvenu du secrétariat du comité.

ÊTRE CITÉ COMME NORME INTERNATIONALE
AVANT SA PUBLICATION EN TANT QUE TELLE.
OUTRE LE FAIT D’ÊTRE EXAMINÉS POUR
ÉTABLIR S’ILS SONT ACCEPTABLES À DES
FINS INDUSTRIELLES, TECHNOLOGIQUES ET
COMMERCIALES, AINSI QUE DU POINT DE VUE TRAITEMENT PARALLÈLE ISO/CEN
DES UTILISATEURS, LES PROJETS DE NORMES
INTERNATIONALES DOIVENT PARFOIS ÊTRE
CONSIDÉRÉS DU POINT DE VUE DE LEUR
POSSIBILITÉ DE DEVENIR DES NORMES
POUVANT SERVIR DE RÉFÉRENCE DANS LA
RÉGLEMENTATION NATIONALE.
Numéro de référence
LES DESTINATAIRES DU PRÉSENT PROJET
ISO/DIS 11855-4:2020(F)
SONT INVITÉS À PRÉSENTER, AVEC LEURS
OBSERVATIONS, NOTIFICATION DES DROITS
DE PROPRIÉTÉ DONT ILS AURAIENT
ÉVENTUELLEMENT CONNAISSANCE ET À
FOURNIR UNE DOCUMENTATION EXPLICATIVE. ISO 2020
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ISO/DIS 11855-4:2020(F)
Sommaire Page

Avant-propos .................................................................................................................................................................. iv

Introduction ................................................................................................................................................................... vi

1 Domaine d'application .................................................................................................................................. 1

2 Références normatives .................................................................................................................................. 1

3 Termes et définitions ..................................................................................................................................... 1

4 Symboles et abréviations ............................................................................................................................. 2

5 Concept de surfaces de construction thermoactives (TABS) ........................................................... 6

6 Méthodes de calcul ....................................................................................................................................... 11

6.1 Généralités ...................................................................................................................................................... 11

6.2 Méthode de dimensionnement approximative ................................................................................. 13

6.3 Dimensionnement simplifié au moyen de diagrammes ................................................................. 14

6.4 Modèle simplifié fondé sur la MDF ......................................................................................................... 21

6.4.1 Système de refroidissement ..................................................................................................................... 21

6.4.2 Circuit hydraulique et dalle ...................................................................................................................... 21

6.4.3 Pièce .................................................................................................................................................................. 24

6.4.4 Limites de la méthode................................................................................................................................. 25

6.5 Programmes de simulation de bâtiment dynamique ...................................................................... 26

7 Effets des plafonniers acoustiques sur les performances de refroidissement des TABS ... 26

8 Entrée pour les simulations informatiques de performance énergétique .............................. 27

Annexe A (informative) Diagrammes simplifiés ............................................................................................ 28

Annexe B (normative) Méthode de calcul ......................................................................................................... 35

Annexe C (informative) Guide d'apprentissage pour l'évaluation du modèle .................................... 47

Annexe D (informative) Programme informatique ...................................................................................... 50

Bibliographie................................................................................................................................................................ 62

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Tous droits réservés. Sauf prescription différente ou nécessité dans le contexte de sa mise en oeuvre, aucune partie de cette

publication ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique,

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ISO/DIS 11855-4:2020(F)
Sommaire Page

Avant-propos .................................................................................................................................................................. iv

Introduction ................................................................................................................................................................... vi

1 Domaine d'application .................................................................................................................................. 1

2 Références normatives .................................................................................................................................. 1

3 Termes et définitions ..................................................................................................................................... 1

4 Symboles et abréviations ............................................................................................................................. 2

5 Concept de surfaces de construction thermoactives (TABS) ........................................................... 6

6 Méthodes de calcul ....................................................................................................................................... 11

6.1 Généralités ...................................................................................................................................................... 11

6.2 Méthode de dimensionnement approximative ................................................................................. 13

6.3 Dimensionnement simplifié au moyen de diagrammes ................................................................. 14

6.4 Modèle simplifié fondé sur la MDF ......................................................................................................... 21

6.4.1 Système de refroidissement ..................................................................................................................... 21

6.4.2 Circuit hydraulique et dalle ...................................................................................................................... 21

6.4.3 Pièce .................................................................................................................................................................. 24

6.4.4 Limites de la méthode................................................................................................................................. 25

6.5 Programmes de simulation de bâtiment dynamique ...................................................................... 26

7 Effets des plafonniers acoustiques sur les performances de refroidissement des TABS ... 26

8 Entrée pour les simulations informatiques de performance énergétique .............................. 27

Annexe A (informative) Diagrammes simplifiés ............................................................................................ 28

Annexe B (normative) Méthode de calcul ......................................................................................................... 35

Annexe C (informative) Guide d'apprentissage pour l'évaluation du modèle .................................... 47

Annexe D (informative) Programme informatique ...................................................................................... 50

Bibliographie................................................................................................................................................................ 62

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ISO/DIS 11855-4:2020(F)
Avant-propos

L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux

de normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général

confiée aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire

partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non

gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement

avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui concerne la normalisation

électrotechnique.

Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/IEC,

Partie 2.

La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. Les projets de

Normes internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote.

Leur publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités

membres votants.

L'attention est attirée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de

droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable de

ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence.

L'ISO 11855-4 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 205, Conception de l'environnement intérieur

des bâtiments.

L'ISO 11855 comprend les parties suivantes, sous le titre général Conception de l'environnement des

bâtiments — Conception, dimensionnement, installation et contrôle des systèmes intégrés de chauffage et de

refroidissement par rayonnement :
— Partie 1 : Définition, symboles et critères de confort ;

— Partie 2 : Détermination de la puissance calorifique et frigorifique à la conception ;

— Partie 3 : Conception et dimensionnement ;

— Partie 4 : Dimensionnement et calculs relatifs au chauffage adiabatique et à la puissance frigorifique

pour systèmes d'éléments de construction thermoactifs (TABS) ;
— Partie 5 : Installation ;
— Partie 6 : Contrôle ;
— Partie 7 : Paramètres d'entrée pour le calcul de la performance énergétique.
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ISO/DIS 11855-4:2020(F)

La Partie 1 spécifie les critères de confort dont il convient de tenir compte lors de la conception des

systèmes de chauffage et de refroidissement par rayonnement intégrés, le principal objectif d'un système

de chauffage et de refroidissement par rayonnement étant de satisfaire au confort thermique des

occupants. La Partie 2 fournit des méthodes de calcul en régime stabilisé pour la détermination de la

capacité de chauffage et de refroidissement. La Partie 3 spécifie les méthodes de conception et de

dimensionnement des systèmes de chauffage et de refroidissement par rayonnement permettant de

garantir la puissance calorifique et frigorifique. La Partie 4 fournit une méthode de dimensionnement et de

calcul pour la conception des systèmes d'éléments de construction thermoactifs (TABS) en vue de réaliser

des économies d'énergie, les systèmes de chauffage et de refroidissement par rayonnement permettant de

réduire la consommation d'énergie et la taille de la source de chaleur en utilisant de l'énergie renouvelable.

La Partie 5 examine le processus d'installation permettant au système de fonctionner comme prévu. La

Partie 6 présente une méthode de contrôle appropriée des systèmes de chauffage et de refroidissement

par rayonnement, permettant de garantir les performances maximales prévues au stade de la conception

lorsque le système est effectivement exploité dans un bâtiment. La Partie 7 présente une méthode de calcul

pour les paramètres d'entrée pour l'ISO 52031.
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ISO/DIS 11855-4:2020(F)
Introduction

Les systèmes de chauffage et de refroidissement par rayonnement sont constitués de systèmes

d'émission/d'absorption de chaleur, de fourniture de chaleur, de distribution et de contrôle. La

série ISO 11855 concerne les systèmes de chauffage et de refroidissement de surface intégrés qui

contrôlent directement l'échange de chaleur dans les locaux. Elle n'inclut pas l'équipement composant le

système lui-même, tel que la source de chaleur, le système de distribution et le contrôleur.

La série ISO 11855 examine un système intégré dans une structure de bâtiment. Le système de panneaux

avec ouverture à l'air libre, qui n'est pas intégré dans une structure de bâtiment, n'est donc pas traité par

cette série de normes.

La série ISO 11855 doit être appliquée aux systèmes utilisant non seulement de l'eau mais également

d'autres fluides ou de l'électricité en tant que medium de chauffage ou de refroidissement.

L'objectif de la série ISO 11855 est de fournir des critères permettant une conception efficace des systèmes

intégrés. À cet effet, elle présente des critères de confort des locaux desservis par les systèmes intégrés, et

traite du calcul de la puissance calorifique, du dimensionnement, de l'analyse dynamique, de l'installation,

de la méthode de contrôle des systèmes intégrés et des paramètres d'entrée pour le calcul de la

performance énergétique.
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PROJET DE NORME INTERNATIONALE ISO/DIS 11855-4:2020(F)
Conception de l'environnement des bâtiments — Systèmes
intégrés de chauffage et de refroidissement par rayonnement —
Partie 4 : Dimensionnement et calculs relatifs au chauffage
adiabatique et à la puissance frigorifique pour systèmes
d'éléments de construction thermoactifs (TABS)
1 Domaine d'application

La présente partie de l'ISO 11855 permet de calculer la puissance frigorifique de pointe de systèmes

d'éléments de construction thermoactifs (TABS) en se fondant sur les apports de chaleur, tels que les

apports solaires, les apports de chaleur internes et la ventilation, ainsi que de calculer la demande en

puissance frigorifique côté eau, afin de les utiliser pour dimensionner le système de refroidissement en

ce qui concerne les dimensions du refroidisseur, le débit de fluide, etc.

La présente partie de l'ISO 11855 présente une méthode détaillée visant à calculer la puissance

calorifique et frigorifique dans des conditions non stabilisées.

La série ISO 11855 s'applique aux systèmes de chauffage et de refroidissement de surface intégrés à eau

dans les bâtiments résidentiels, commerciaux et industriels. Ces méthodes s'appliquent aux systèmes

intégrés dans les murs, sols ou plafonds, sans ouverture à l'air libre. Elles ne s'appliquent pas aux

systèmes de panneaux avec ouvertures à l'air libre, qui ne sont pas intégrés dans une structure de

bâtiment.

La série ISO 11855 s'applique également, le cas échéant, à l'utilisation d'autres fluides que l'eau en tant

que medium de chauffage ou de refroidissement. La série ISO 11855 ne s'applique pas à l'essai des

systèmes. Ces méthodes ne s'appliquent pas aux panneaux ou poutres de plafond chauffés ou refroidis.

2 Références normatives

Les documents suivants cités dans le texte constituent, pour tout ou partie de leur contenu, des

exigences du présent document. Pour les références datées, seule l’édition citée s’applique. Pour les

références non datées, la dernière édition du document de référence s'applique (y compris les éventuels

amendements).

ISO 11855-1, Conception de l'environnement des bâtiments — Conception, dimensionnement, installation

et contrôle des systèmes intégrés de chauffage et de refroidissement par rayonnement —

Partie 1 : Définition, symboles et critères de confort
3 Termes et définitions

Pour les besoins du présent document, les termes et définitions de l'ISO 11855-1 s'appliquent.

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ISO/DIS 11855-4:2020(F)
4 Symboles et abréviations

Pour les besoins de la présente partie de l'ISO 11855, les symboles et abréviations figurant dans

le Tableau 1 s'appliquent :
Tableau 1 — Symboles et abréviations
Symbole Unité Quantité
m Aire de la surface de chauffage/refroidissement

Aire totale des murs intérieurs verticaux (à savoir, murs verticaux, façades externes

exclues)
C J/(m K) Capacité thermique spécifique du nœud thermique considéré
J/(m K) Capacité thermique spécifique moyenne des murs intérieurs
J/(kg K) Chaleur spécifique du matériau constituant la j-e couche de la dalle
J/(kg K) Chaleur spécifique de l'eau
m Diamètre extérieur du tuyau
EDay /m Apports énergétiques journaliers spécifiques

Mode de fonctionnement (1 lorsque le système fonctionne, 0 lorsque le système est

arrêté), à la h-e heure
- Coefficient de sécurité théorique
- Facteur de forme sol-plafond
v F-C
- Facteur de forme sol-murs extérieurs
v F-EW
- Facteur de forme sol-murs intérieurs
v F-W

W/(m K) Coefficient de transmission thermique par convection entre l'air et le plafond

A-C

W/(m K) Coefficient de transmission thermique par convection entre l'air et le sol

A-F
Coefficient de transmission thermique par convection entre l'air et les murs
W/(m K)
A-W
intérieurs
h 2

W/(m K) Coefficient de transmission thermique par rayonnement entre le sol et le plafond

F-C
Coefficient de transmission thermique par rayonnement entre le sol et les murs
W/(m K)
F-W
intérieurs
Coefficient de transmission thermique entre le nœud thermique considéré et le
HA W/K
nœud thermique de l'air (« A »)
Coefficient de transmission thermique entre le nœud thermique considéré et le
HC W/K
nœud thermique de la surface du plafond (« C »)
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ISO/DIS 11855-4:2020(F)
Symbole Unité Quantité
Coefficient de transmission thermique entre le nœud thermique considéré et le
H W/K
Circuit
circuit
Coefficient de transmission thermique entre le nœud thermique considéré et le
H W/K
CondDown
nœud suivant
Coefficient de transmission thermique entre le nœud thermique considéré et le
HCondUp W/K
nœud précédent
Fraction des apports de chaleur internes par convection agissant sur le nœud
HConv -
thermique considéré
Coefficient de transmission thermique entre le nœud thermique considéré et le
HF W/K
nœud thermique de la surface du sol (« F »)

H W/K Coefficient lié à la contribution de l'inertie au niveau du nœud thermique considéré

Inertia
Coefficient de transmission thermique entre le nœud thermique considéré et le
HIWS W/K
nœud thermique de la surface du mur intérieur (« IWS »)
Fraction du total des apports de chaleur par rayonnement agissant sur le nœud
HRad -
thermique considéré
Coefficient global de transmission thermique (convection + rayonnement) entre la
h 2
W/(m K)
surface et le local
- Nombre de couches constituant la dalle dans son ensemble
- Nombre de couches constituant la partie supérieure de la dalle
- Nombre de couches constituant la partie inférieure de la dalle
m Longueur de tuyaux installés
m 2

kg/(m ·s) Écoulement d'eau spécifique dans le circuit, calculé sur l'aire couverte par le circuit

H,sp
- Nombre de séparations de la j-e couche de la dalle
n - Nombres réels d'itérations dans les calculs itératifs
n h Nombre d'heures de fonctionnement du circuit
Max
n - Nombre maximum d'itérations admises dans les calculs itératifs
Max,h
P W Puissance frigorifique maximale réservée au circuit considéré à la h-e heure
Circuit
Max
W/m Puissance frigorifique maximale spécifique (par mètre carré de sol)
Circuit,Spec
qi W/m Flux thermique spécifique entrant
q W/m Flux thermique spécifique sortant
W Flux thermique arrivant sur la surface du plafond (« C ») à la h-e heure
W Flux thermique extrait par le circuit à la h-e heure
Circuit
Q W Total des apports de chaleur par convection à la h-e heure
Conv
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ISO/DIS 11855-4:2020(F)
Symbole Unité Quantité
Q W Flux thermique arrivant sur la surface du sol (« F ») à la h-e heure
Q W Apports de chaleur internes par convection à la h-e heure
IntConv
Q W Apports de chaleur internes par rayonnement à la h-e heure
IntRad
W Flux thermique arrivant sur la surface interne du mur (« IWS ») à la h-e heure
IWS
Q W Apports de chaleur par convection d'air primaire à la h-e heure
PrimAir
Q W Total des apports de chaleur par rayonnement à la h-e heure
Rad
W Apports de chaleur solaire dans la pièce à la h-e heure
Sun
W Apports de chaleur par transmission à la h-e heure
Transm
W/m Puissance frigorifique spécifique moyenne
R (m K)/W Résistance thermique générique
(m K)/W Résistance thermique supplémentaire de la face inférieure de la dalle
Add C
(m K)/W Résistance thermique supplémentaire de la face supérieure de la dalle
Add F
R (m K)/W Résistance thermique interne de la zone conductrice de la dalle
int
Résistance thermique par conduction liant le p-e nœud thermique avec la limite
R (m K)/W
L,p
du (p + 1)-e nœud thermique
(m K)/W Résistance thermique de l'épaisseur des tuyaux
Rt (m K)/W Résistance thermique totale du circuit
Résistance thermique par conduction liant le p-e nœud thermique avec la limite
RU,p (m K)/W
du (p -1)-e nœud thermique
(m K)/W Résistance thermique de la surface d'un mur
Walls
(m K)/W Résistance thermique de l'écoulement d'eau
(m K)/W Résistance thermique au niveau de la tuyauterie
(m K)/W Résistance thermique de convection côté intérieur des tuyaux
m Épaisseur de paroi du tuyau
m Épaisseur de la partie supérieure de la dalle
m Épaisseur de la partie inférieure de la dalle
W m Espacement des tuyaux
m Épaisseur de la j-e couche de la dalle
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ISO/DIS 11855-4:2020(F)
Symbole Unité Quantité
 K Différence de température générique
Dérive de température opérative maximale admissible pour des conditions de
Max
Comfort
confort
t s Échelon de temps de calcul
°C Température du nœud thermique de l'air (« A ») à la h-e heure
°C Température du nœud thermique de la surface du plafond (« C ») à la h-e heure
Max
°C Température opérative maximale admissible pour des conditions de confort
Comfort
Température opérative maximale admissible pour des conditions de confort dans le
Comfort,Ref
cas de référence
°C Température du nœud thermique de la surface du sol (« F ») à la h-e heure
Température du cœur du nœud thermique des murs intérieurs (« IW ») à la
 °C
h-e heure
Température du nœud thermique de la surface des murs intérieurs (« IW S») à la
IWS
h-e heure
°C Température moyenne de rayonnement de la pièce à la h-e heure
°C Température opérative de la pièce à la h-e heure
°C Température du p nœud thermique à la h-e heure

°C Température du nœud thermique au niveau de la tuyauterie (« PL ») à la h-e heure

 °C Température journalière moyenne de la zone conductrice de la dalle
Slab
°C Température réelle d'entrée de l'eau à la h-e heure
Water,In
Setp,h
 °C Température de consigne d'entrée de l'eau à la h-e heure
Water,In
Setp
Water,In,Ref
°C Température de consigne d'entrée de l'eau dans le cas de référence
°C Température de sortie de l'eau à la h-e heure
Water,Out
W/(m·K) Conductivité thermique du matériau de la couche intégrée dans le tuyau
W/(m·K) Conductivité thermique du matériau constituant la j-e couche de la dalle
W/(m·K) Conductivité thermique du matériau constituant le tuyau
K Tolérance réelle dans les calculs itératifs
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ISO/DIS 11855-4:2020(F)
Symbole Unité Quantité
K Tolérance maximale admissible dans les calculs itératifs
Max
kg/m Masse volumique du matériau constituant la j-e couche de la dalle
diverses Pente des courbes de corrélation
5 Concept de surfaces de construction thermoactives (TABS)

Une surface de construction thermoactive (TABS) est un système intégré de chauffage et de

refroidissement de surface à eau dans lequel le tuyau est intégré dans le noyau central en béton de la

construction d'un bâtiment (voir Figure 1).
Légende
C béton
F sol
P tuyaux
R pièce
RI renfort
W fenêtre
Figure 1 — Exemple de position des tuyaux dans une TABS

Les constructions de bâtiments qui intègrent le tuyau sont habituellement horizontales. En

conséquence, dans les parties qui suivent, il sera généralement fait référence au sol et au plafond par le

terme « surfaces actives ». Dans la structure type d'une TABS, la chaleur est éliminée par un système de

refroidissement (par exemple, un refroidisseur) raccordé aux tuyaux intégrés dans la dalle. Le système

peut être divisé en plusieurs éléments représentés à la Figure 2.
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ISO/DIS 11855-4:2020(F)
Légende
1 équipement de chauffage/refroidissement
2 circuit hydraulique
3 dalle incluant le noyau et la tuyauterie
4 autres résistances possibles (revêtement de sol ou plafond suspendu)
5 pièce au-dessous et pièce au-dessus
PL niveau de la tuyauterie
Figure 2 — Schéma simple d'une TAS

Les surfaces thermoactives exploitent la grande inertie thermique de la dalle pour réaliser l'écrêtement

de la pointe. L'écrêtement de la pointe consiste à réduire la pointe de la puissance frigorifique requise

(voir Figure 3), de sorte qu'il est possible de refroidir les structures du bâtiment pendant une période

au cours de laquelle les occupants sont absents (la nuit, dans les locaux professionnels). La

consommation d'énergie peut ainsi être réduite et un tarif d'électricité de nuit plus bas peut être

appliqué. Il est par ailleurs possible de diminuer la taille des composants du système de

chauffage/refroidissement (refroidisseur compris).
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ISO/DIS 11855-4:2020(F)
Légende
X heure, h
Y puissance frigorifique, W
1 apport de chaleur
2 puissance frigorifique nécessaire au conditionnement de l'air de ventilation
3 puissance frigorifique nécessaire côté eau
4 diminution de la puissance de pointe requise
Figure 3 — Exemple d'effet d'écrêtement de la pointe

Les TABS peuvent fonctionner avec une ventilation naturelle ou mécanique (suivant les conditions

climatiques). Une ventilation mécanique avec déshumidification peut être requise en fonction du climat

extérieur et de la production d'humidité à l'intérieur. Dans l'exemple de la Figure 3, la puissance

frigorifique de pointe requise nécessaire à la déshumidification de l'air pendant la journée est suffisante

pour refroidir la dalle pendant la nuit.

En ce qui concerne la conception de la TABS, le concepteur a besoin de savoir si la puissance à une

température donnée de l'eau est suffisante pour maintenir la température de la pièce dans une plage de

confort donnée. De plus, le concepteur a besoin de connaître le flux thermique côté eau pour être en

mesure de dimensionner le système de distribution de chaleur et le refroidisseur/la chaudière. La

présente partie de l'ISO 11855 fournit des méthodes permettant d'atteindre ces deux objectifs.

Lorsqu'on utilise une TABS, la température intérieure varie légèrement pendant la journée et l'objectif

d'une bonne conception de la TABS est de maintenir les conditions intérieures dans la plage de confort,

c'est-à-dire, –0,5 < PMV < 0,5, pendant la journée, selon l'ISO 7730 (voir Figure 4).

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