110509 ibam chauffage

Audit énergétiqueJour 1 : Systèmes énergétiques

27 novembre 2013

Mohamed Ait HassouAdministrateur

Mohamed.aithassou@ibam.be

Méthodologie de l’audit énergétique

Stratégie Enveloppe Systèmes

Projet

3 postes d’analyse

CATEGORIE THEMES ASPECT SYSTÈME

Systèmes

1 Installation de chaleur

1.1 Utilisation d'énergie fossile / nucléaire production, distribution, émission et régulation

1.2 Utilisation de la biomasse bûche de bois, copeaux, pellets

1.3 Utilisation de la chaleur solaire collecteur solaire thermique, sous plaque, sous vide

1.4 Utilisation de la chaleur ambiante (via pompe à chaleur)

air extérieur, chaleur perdue, pompe à chaleur sol, eau, air

1.5 Stockage de chaleur, distribution et utilisation

absorption, chaleur latente, serpentin de chauffage, convecteurs,

2 Installation de froid et

dissipation de chaleur

2.1 Dissipateur de chaleur naturellefraicheur du sol, refroidissement adiabatique, night chilling

2.2 Système de refroidissement électriqueunité de réfrigération par compresseur, pompe à chaleur réversible

2.3 Système de refroidissement thermique unité d'absorption et adsorption, refroidissement solaire

2.4 Stockage, distribution et évacuation de froid

stockage d'eau et de glace, ailette de refroidissement, activation de composants du bâtiment

3 Ventilation mécanique

3.1 Besoins et confortbatteries de chauffage et de froid, humidification, déshumidification, gaines d'air

3.2 Conduite et management de la ventilation

conduite de ventilation, déplacement de bouche d'air, extracteur, déflecteur venturi, cheminées solaire, ventilateur

3.3 Récupération de chaleur, de froid et d'humidité

échangeur thermique à courant croisés/inversés ou rotationnel

4 Eclairage artificiel

4.1 Technologies d'éclairage équipements, luminaires

4.2 Concept d'éclairageéclairage directe/indirect, éclairage de travail (luminance, contraste, visibilité), caractéristiques des surfaces

4.3 Automatisation de l'éclairagedétection de présence, dimming, contrôle en fonction de la journée

CATEGORIE THEMES ASPECT SYSTÈME

Systèmes

5 Production et efficacité électrique

5.1 Photovoltaïque types de modules, intégration, multiples fonctions

5.2 Production combiné électricité/chaleurgénérateur, moteur, moteur stirling, turbine, pile à combustible, cogénération

5.3 Stockage d'électricité batteries, cycle de vie de l'hydrogène

6 Autres systèmes

6.1 Systèmes propres à la fonction du bâtiment gestion des déplacements, air comprimé, autres (bureautique)

6.2 Systèmes non propres à la fonction du bâtiment

confort, loisirs

6.3 Autres optionnels

Jour 2 : Systèmes énergétiques : Production et maintien de chaleurRappel poste de l’audit énergétiqueInstallation de chauffage

Les pertes Le rendement de l’installation de chauffage La combustion

- Le cadre législatif- Le rendement saisonnier- Les différents types de chaudière - Le dimensionnement des chaudières

La distributionL’émission La régulation

Importance de la ventilation

Agenda

2. Les pertes?

Pertes par rayonnement(0,6 à 10%)

Pertes par la cheminée(15 à 5%)Pertes par

balayage(0,1 à 10 %)

Pertes par manque d’isolation dans des locaux non chauffés

2. Les pertes?

Pertes par vitrages, allèges, …

2. Les pertes?

De la chaleur est fournie à des moments pas toujours nécessaires

2. Les pertes?

3. Le rendement de l’installation

ηglobal = ηproduction × ηdistribution × ηémission × ηrégulation

ηglobal = 100% - % pertes de production - % pertes de distribution - % pertes d’émission - % pertes

de distribution

Agenda

Quand le brûleur est en fonctionnement...

Quand le brûleur est à l ’arrêt...

combustionIsolation balayage

La production de chaleur

MAIS:• Combustion = jamais parfaite • But des fabricants de matériels = augmenter les

rendements tout en limitant autant que possible les imbrûlés et rejets toxiques dans l’environnement

La combustionCombustible Air Eau => Lv

A votre avis, pour 1 L de mazout/gaz, combien faut-il d’air ? (En théorie, en pratique) (en m³, en L)

Et NOx, CO, SOx

Analyseur de combustion

La combustion

• Les différents paramètresTempérature des

fumées La température nette des gaz de combustion = différence entre la température des gaz de combustion et celle de l’air comburant.Température de la

pièce

Excès d’airAfin de permettre une combustion complète, il faut un apport d’air plus important que la quantité d’air requise en théorie. Idéalement, un excès d’air de 20% doit être fourni, c’est-à-dire un λ égal à 1,2.

Teneur en CO Le monoxyde de carbone est le produit d’une combustion incomplète (production d’imbrulés)

Pourcentage de CO2

Théoriquement max 15% pour le mazout / max 11% pour le gaz.Pratique 12..13,5 % pour le mazout / 8,5…10% pour le gaz Le taux de CO2 influence le rendement de l’installation.

Pourcentage d’O2Le pourcentage d’O2 est directement lié à l’excès d’air car il représente la part de la combustion qui n’a pas été réalisée.

Indice de Bacharach

L’indice de Bacharach est l’image de la production de suie du brûleur. Une amélioration (meilleur réglage) est conseillée au-delà de 1.

La combustion

Manque d’air => + d’imbrûlés => ↗ CO

Surplus d’air => ↘ CO2 par dilution

0 imbrûlés !

Car combustion incomplètes => pertes d’énergie

Le rendement de combustion ηcomb = 100 - f x (Tfumées - Tamb) /

f dépend du combustible et du %CO2

Avec une chaudière HR actuelle: 92 ... 93 ... 94%

Limite inférieure acceptable: … 89 % ...

1 % de moins = + 1% de surconsommationSi Tfumées ↘, ŋ ↗

Si %CO2 ↗, ŋ ↗

La combustion

Cheminée type C (Air comburant extérieur : T = ???? °C)

Cheminée type B (Air comburant chaufferie = ±20°C)

Meilleur rendement ?

La combustion

Température de l’air comburant

Détail brûleur - Gicleur

Mesures

• Mazout : contrôle tous les ans • Gaz : contrôle tous les 3 ans

Wallonie Flandre Bruxelles

Avant A.R 6/1/1978 A.R 6/1/1978 A.R 6/1/1978

Aujourd’hui AGW 29/5/09 BVR 27/4/2007 10/06/2010

Le cadre législatif

• Bruxelles-Capitale : 10 juin 2010, Chauffage PEBPuissance nominale > 20 kW, combustible liquide

- réception des systèmes de chauffage- contrôle périodique des chaudières - diagnostic chaudière >15ans.

Le contrôle périodique comprend :• le nettoyage de la chaudière, • le nettoyage du système d’évacuation des gaz de combustion,• le réglage du brûleur de la chaudière,• la vérification de certaines exigences.

• Bruxelles-Capitale : 10 juin 2010 Chauffage PEB

Ex : Pour toute chaudière utilisant un combustible liquide mazout

Date de construction de la chaudière

Indice de

fumée

Min CO2

(%)CO max

(mg/kWh)Max O2 (%) η min*

A partir du 01/01/1998 ≤ 1 12 155 4,4 90

Du 01/01/1988 au 31/12/1997 inclus

≤ 1 11 155 néant 88

Jusqu’au 31/12/1987 ou inconnue

≤ 2 10 155 néant 85

* η min = le rendement de combustion sur PCI. Cette exigence n’est pas d’application pour les chaudières à condensation

• Wallonie : AGW 29 mai 2009– Contrôle obligatoire // Entretien pas obligatoire

• Le rendement saisonnier = (Consommation annuelle – Pertes combustion – Pertes à

l’arrêt ) / Consommation annuelle

ηsais= ηutile / (1+qE*(nT/nB-1))

Avec :ηutile = rendement utile (quand le brûleur fonctionne) = η combustion – pourcentage de réduction due aux

pertes vers l’ambiance durant le fonctionnement du brûleur

qE = coefficient d'entretien ou de pertes à l'arrêt nT = nombre total d’heures de la saison de chauffe [h] nB = nombre d’heures de fonctionnement du brûleur [h]

Le rendement saisonnier

1 – Chaudière au charbon converties au fuel 2 – Chaudière gaz atmosphérique 3 – Chaudière fuel ou gaz à brûleur pulsé

Pertes en fonctionnement

Le rendement saisonnier

Ordres de grandeur

Type d'installation

Rendements en % (hglobal = hproduction x hdistribution x hémission x hrégulation)

hproduction hdistribution hémission hrégulation hglobal

Ancienne chaudière surdimensionnée, longue boucle de distribution.

75 .. 80 % 80 .. 85 % 90 .. 95 % 85 .. 90 % 46 .. 58 %

Ancienne chaudière bien dimensionnée, courte boucle de distribution.

80 .. 85 % 90 .. 95 % 95 % 90 % 62 .. 69 %

Chaudière haut rendement, courte boucle de distribution, radiateurs isolés au dos, régulation par sonde extérieure, vannes thermostatiques,...

90 .. 93 % 95 % 95 .. 98 % 95 % 77 .. 82 %

La production de chaleur

• Les différents types de chaudières– Chaudière gaz atmosphérique – Chaudière gaz à prémélange avec ventilateur – Chaudière gaz/mazout à brûleur pulsé – Chaudière gaz/mazout à condensation

Les différents types de chaudières

Brûleur atmosphérique

Le gaz est prémélangé avec l'air Le mélange est soufflé au travers d’une surface d'accrochage (acier inoxydable, matière céramique, …)

Brûleur à prémélange

Pas de ventilateur Combustion à P armosphérique Réglage d’usine Beaucoup d’excès d’air Pertes à l’arrêt

Les différents types de chaudières

• Rendement de combustion – Quel rendement ?

• Température de rosée : – Mazout : 47°C // Gaz : 57°C

• Conditions : – Température de retour < Température de rosée– Surdimensionnement des radiateurs

1 L de mazout = ± 1 L d’eau

Chaudière à condensation

=> 2 méthodes pour l’estimer:

1. Sur base de la consommation actuelle du bâtiment:

Calcul du nombre d’heures de fonctionnement du brûleur

Exple 4 : consommation Bâtiment X = 90 MWhPuissance chaudière Bâtiment X = 150 kW

Nombre d’heure de fonctionnement du brûleur

Image du surdimensionnement = nombre d’heures de la saison de chauffe/nombre d’heure fonctionnement brûleur

Entre 1800 et 2000 heures

Dimensionnement des chaudières

=> 2 méthodes pour l’estimer:2. Le dimensionnement réel : basé sur le calcul des déperditions au

travers de l'enveloppe et celles provoquées par la ventilation

• Le niveau d'isolation thermique globale du bâtiment "le niveau K »

http://www.energieplus-lesite.be/index.php?id=10384

Dimensionnement des chaudières

• Mesures– Améliorer le rendement de combustion– Remplacement de la chaudière

Exple 3 : Chaudières ancienne vers chaudière à condensation ŋchaudière = 89 % …. 105 % (à condensation)

Consommation : 50 MWhPuissance initiale : 50 kW….. 30 kW Pertes… Investissement : 3.000 €TRI ?

Mesures URE

Agenda

• Les différents accessoires

La distribution

Vanne d’équilibrage : objectif : équilibrage des circuits

Þ Equilibrer les circuits pour avoir les débits nécessaires sur chaque circuit Þ Amélioration du confort car répartition uniformeÞ Eviter les surchauffes et zones froides. Þ Puissance suffisante dans les locaux : économie d’énergie

La distribution

• Isolation des tuyaux et des vannes

Perte de chaleur d'un tuyau en acier non isolé en [W/m]DN [mm] 10 15 20 25 32 40 50 62 80 100Teau - Tair :

20°C 11 13 17 21 26 30 38 47 55 7140°C 22 29 36 45 57 65 81 101 118 15260°C 36 46 58 73 92 105 130 164 191 24680°C 52 67 84 105 132 151 188 236 276 355

Energie perdue si la circulation fonctionne uniquement pendant la saison de chauffe:

Perte de Chaleur[kW]* saison de chauffe [h/an] / ηsais

Isolation des circuits

• Mesure : Isolation des circuits

Isoler les circuits dans la chaufferieExercice: 4 mètres de circuits non isolés, épaisseur du tuyau DN 40T° eau 80°C et T° chaufferie 20°C / ηsais: 80% Quelle est la déperdition?

Mesure URE

Agenda

• Système de chauffage direct

Emission

• Système de chauffage indirect

Emission

• Différents types d’émetteurs

Radiateurs

AérothermesVentilo-convecteurs

Emission

Agenda

• 2 types de régulation :– Locale (vanne thermostatique, thermostat

sur appareil)– Centrale (thermostat d’ambiance

simple/évolué, vanne 3 voies)

La régulation

Source: http://www.plomberiechauffage.com

La régulation

Régulation sur base de la température de retour

PB en cas de fermeture global des vannes.

La régulation

La régulation centrale

• Intérêt => couplage à une motorisation électrique pilotée par un système de régulation.

Température de départ fixeTempérature au circuit variable

Régulation avec thermostat influençant le circulateur

Þ Gestion de la temp. dans le localÞ MAIS Temp. fixe chaudière

Régulation avec thermostat influençant l’aquastat

Þ Gestion de la temp. dans le local & temp. variable de la chaudière => réactivité Þ Modulation du brûleur en fonction des besoins

Régulation par calculateur influençant l’aquastat

Sonde extérieure Calculateur

Sonde sur le départ

Aquastat

13/04/202355

La courbe de chauffe, via un régulateur dit "climatique", établit une correspondance entre les besoins de chaleur et la température de l'eau de chauffage.

Le plus souvent, la grandeur la plus représentative des besoins est la température extérieure.

La régulation centrale climatique

• Où placer le thermostat ?

Pièce témoin

La régulation locale

Régulation locale

• Principe des vannes thermostatiques

• Comment placer une vanne thermostatique ?

A l’abri des courants d’air

• Intermittence gérée grâce à 2 outils automatiques : horloge ou optimiseur

Un optimiseur permet de redémarrer « à la dernière minute » !

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Régulation climatique OK mais pas de ralenti nocturne

La régulation

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Pas de régulation !

La régulation

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Evolution de la température dans les classes

Classe 2

Classe 1

Chaufferie

Coupure à relance fixe

La régulation

Focus sur la régulation

Importance de la ventilationNotion de confort

Agenda

Ventilation

• Objectif : Ventilation contrôlée Þ Fournir la quantité d'air frais nécessaire aux occupantsÞ Limiter les consommations énergétiques par des pertes d’air

frais.

Qualité de l’air

Catégorie de qualité d'air

Taux de CO2 maximum

Valeur par défaut

Excellente qualité < 400 [ppm] 350 [ppm]

Qualité moyenne 400 à 600 [ppm] 500 [ppm]

Qualité modérée 600 à 1 000 [ppm] 800 [ppm]

Faible qualité mais acceptable > 1 000[ppm] 1 200 [ppm]

Débit d’air exigés

Type de local Amenée d'air neuf Évacuation d'air vicié

Locaux de séjour 3,6 m³/h.m²]

(min : 75 [m³/h], peut être limité à : 150 [m³/h])

Chambres, locaux d'étude et de loisir

3,6 [m³/h.m²](min : 75 [m³/h], peut être limité à : 36 [m³/h.pers])

Cuisines fermées, salles de bains, buanderie

3,6 [m³/h.m²](min : 50 [m³/h], peut être

limité à : 75 [m³/h])

Cuisines ouvertes 3,6 [m³/h.m²](min : 75 [m³/h])

WC 25 [m³/h]

Logements

Principe de la ventilation mécanique

4 systèmes de ventilation

Récupération de chaleur

• Système D

Système de ventilation

Echangeur à plaques

Echangeur à roue

Echangeur à eau glycolée

Importance de la ventilationNotion de confort

Agenda

Le confort dépend de 6 paramètres:• L’activité• L’habillement• La température ambiante de l’air Ta• La température moyenne des parois Tp• L’humidité relative de l’air (HR): inconfort si < 30% ou >

70%• La vitesse de l’air

Température de confort

2paroisair

confortTT

Confort thermique = la température de confort ressentie

Tconfort = (Tparoi + Tambiante)/2

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