Collection

des guides

de l’AICVF

Juillet 2000

CALCUL PREVISIONNEL DES CONSOMMATIONS D’ENERGIE

BATIMENTS NON - RESIDENTIELS

Cher lecteur,

Vous avez donc enfin entre les mains ce guide de « Calcul prévisionnel des

consommations d’énergie des bâtiments neufs non-résidentiels », que ses familiers ont pris l’habitude de désigner par l’abrégé de ses initiales, le guide CPC.

Dans la collection des guides thématiques de l’AICVF, qui en compte désormais onze, celui-ci porte le numéro 6. C'est dire combien le besoin d’un tel ouvrage était apparu comme indispensable dès la fin des années 80, mais aussi combien la tâche s’est avérée plus difficile qu’elle le semblait à l’origine.

Vous aurez certainement noté que sa forme est quelque peu différente des autres. Nous l’avons voulu ainsi pour afficher clairement son caractère non définitif. Il constitue en effet un outil de travail pour des ingénieurs qui ont à établir les bilans énergétiques de bâtiments aux usages les plus variés. Il évoluera à partir des réactions des uns et des autres. C’est en quelque sorte un guide en évolution, destiné à s’enrichir dans les années qui viennent, et ceci simplement grâce au support électronique.

Au nom de l’AICVF, je tiens donc à remercier ceux sans lesquels cet ouvrage n’aurait jamais vu le jour :

- d’une part, nos partenaires, . l’Agence de l’Environnement et de la Maîtrise de l’Energie (ADEME), . Electricité de France, . Gaz de France, . le Ministère de l’Equipement, des Transports et du Logement ( Direction

Générale de l’Urbanisme, de l’Habitat et de la Construction), - d’autre part, la remarquable équipe rédactionnelle, coordonnée par Bernard

SESOLIS, dont vous trouverez la composition dans les pages qui suivent. A tous, très sincèrement, merci ! Les consommations d’énergie des bâtiments représentent, en cette fin de XX

e siècle, environ 44 % de notre consommation énergétique nationale, tous secteurs confondus. L’enjeu est essentiel, notamment en terme d’environnement.

Au moment où le gouvernement français vient, à l’issue d’une longue concertation de l’ensemble des parties concernées, de publier le programme national de lutte contre l’effet de serre, gageons que cette contribution de l’AICVF saura trouver toute sa place auprès de l’ensemble des professionnels du bâtiment.

Paul BREJON, Président de l’AICVF.

SOMMAIRE GENERAL

LES OBJECTIFS ET LES LIMITES DU GUIDE 1

1 – PRÉSENTATION 5

1.1. PRÉSENTATION GÉNÉRALE 6 1.2. GRANDEURS PHYSIQUES 6 1.3. TYPES DE MÉTHODES 7

2 - L’ÉCLAIRAGE 8

2.1. PRINCIPES GÉNÉRAUX 9 2.2. MÉTHODES RAPIDES D’ESTIMATION 10

2.2.1. ECLAIRAGE ELECTRIQUE SANS ECONOMIES PAR LUMIERE DE JOUR 2.2.2. ECONOMIES PAR LUMIERE DE JOUR

2.3. MÉTHODE DÉTAILLÉE 15 2.3.1. ECONOMIES MENSUELLES 2.3.2. DEPENSES

3 - LES AUTRES USAGES 18

3.1. LES ENJEUX 19 3.2. PRINCIPES GÉNÉRAUX 19 3.3. CONSOMMATION ÉLECTRIQUE DE LA BUREAUTIQUE ET DE L'INFORMATIQUE 22

3.3.1. EVOLUTION DE LA BUREAUTIQUE ET DE SON UTILISATION 3.3.2. PUISSANCE AFFICHEE ET ABSORBEE 3.3.3. ESTIMATION DES CONSOMMATIONS

3.4. AUTRES USAGES 25 3.4.1. ASCENSEURS 3.4.2. AUTRES EQUIPEMENTS

4 - L’EAU CHAUDE SANITAIRE 26

4.1.PRINCIPES GÉNÉRAUX 27 4.2.MÉTHODE RAPIDE PAR RATIOS 27 4.3.MÉTHODE D’ESTIMATION 27

4.3.1. ESTIMATION DES BESOINS « BECS » 4.3.2. ESTIMATION DES RENDEMENTS « RECS » 4.3.3. ESTIMATION DU FACTEUR DE RECUPERATION « RECUP » 4.3.4. EVALUATION DU COUT DU kWh « PECS »

4.4. MÉTHODE DÉTAILLÉE 29 4.4.1. DETERMINATION DES BESOINS « BECS » 4.4.2. DETERMINATION DU RENDEMENT MOYEN « RECS » 4.4.3. DETERMINATION DU FACTEUR DE RECUPERATION « RECUP » 4.4.4. CALCUL DES PERTES RECUPERABLES POUR LE CHAUFFAGE OU DES CHARGES SUPPLEMENTAIRES POUR LA CLIMATISATION 4.4.5. CONSOMMATIONS DES AUXILIAIRES D’ECS « CAXECS » 4.4.6. REPARTITIONS TARIFAIRES POUR LES CONSOMMATIONS ELECTRIQUES 4.4.7. DEFINITION DES ZONES CLIMATIQUES (INSOLATION ET TEMPERATURE D’EAU FROIDE « TEF »)

5 - LE CHAUFFAGE DES BATIMENTS NON CLIMATISES 45

5.1. METHODES RAPIDES D'ESTIMATION 46 5.1.1. PRINCIPES GENERAUX 5.1.2. METHODE AICVF DERIVEE DU CALCUL REGLEMENTAIRE 5.1.3. METHODES PAR CORRELATION 5.1.4. CALCULS DERIVES DE METHODES DE DIAGNOSTIC

5.2. METHODE DETAILLEE 55 5.2.1. PRINCIPES GENERAUX 5.2.2. STRUCTURE 5.2.3. CALCUL DES BESOINS BRUTS POUR UNE ZONE OU LE BATIMENT « Ql » 5.2.4. APPORTS BRUTS « Qg » 5.2.5. CALCUL DES BESOINS NETS « Qh » 5.2.6. PERTES DU SYSTEME ET RENDEMENTS 5.2.7. PERTES DE DISTRIBUTION DE CHAUFFAGE 5.2.8. PERTES DE GENERATION 5.2.9. CONSOMMATIONS DE CHAUFFAGE 5.2.10. CALCUL DES DEPENSES LIEES AUX CONSOMMATIONS DE CHAUFFAGE

6 - LA CLIMATISATION 92

6.1. MÉTHODE ET ORGANISATION DES CALCULS 93 6.1.1. DIFFÉRENTES MÉTHODES EXISTANTES 6.1.2. ORDRE DES CALCULS PROPOSE

6.2. DETERMINATION DES BESOINS ENERGETIQUES DU BATIMENT 101 6.2.1. BASES DE CALCUL 6.2.2. DETERMINATION DES BESOINS DU BÂTIMENT 6.2.3. RÉDUCTION DU NOMBRE DE SITUATIONS

6.3. DETERMINATION DES PUISSANCES UTILES 125 6.3.1. DETERMINATION DES CYCLES DE TRAITEMENT 6.3.2. DETERMINATION DES PUISSANCES UTILES 6.3.3. DETERMINATION DES PUISSANCES REQUISES 6.3.4. FORMULAIRE DE L'AIR HUMIDE

6.4. DETERMINATION DES PUISSANCES APPELEES 133 6.4.1. GROUPES FRIGORIFIQUES 6.4.2. CHAUDIERES

6.5. EVALUATION DES CONSOMMATIONS D’ÉNERGIE ET DES COÛTS 138 6.5.1. CONSOMMATIONS ENERGETIQUES 6.5.2. REPARTITION TARIFAIRE

7 - LES LOGICIELS DE SIMULATION EN RÉGIME VARIÉ 141

7.1. INTRODUCTION 142

7.1.1. INFORMATION 7.1.2. CRITERES DE SELECTION DES LOGICIELS

7.2 - QU'EST-CE QU'UN LOGICIEL DE SIMULATION EN RÉGIME VARIÉ ? 142 7.2.1. DU POINT DE VUE DE SES ALGORITHMES 7.2.2. DU POINT DE VUE DES RESULTATS FOURNIS

7.3. ÉLÉMENTS DE CONSOMMATION ÉNERGÉTIQUE PRIS EN COMPTE 145

7.3.1. CHAUFFAGE 7.3.2. CLIMATISATION 7.3.3. ÉCLAIRAGE 7.3.4. AUTRES POSTES DE CONSOMMATION

7.4. PRÉCISION DES CALCULS 146 7.5. LEXIQUE 146 7.6. FICHES DE PRESENTATION DE PROGICIELS 148

BIBLIOGRAPHIE 161

1

LES OBJECTIFS ET LES LIMITES DU GUIDE ______________

Le présent guide est consacré au calcul prévisionnel des consommations d'énergie des bâtiments neufs non résidentiels. Les postes concernés sont le chauffage, la ventilation, l'eau chaude sanitaire, la climatisation et les autres usages tels que l'éclairage et la bureautique. Une première version de travail a été réalisée en 1992. Cette nouvelle version du guide thématique n°6 de l’AICVF diffusé sur Cd-Rom inaugure une nouvelle forme mieux adaptée au caractère évolutif du sujet abordé. Il sera dorénavant possible d’intégrer rapidement les avancées en matière de calcul des consommations énergétiques des bâtiments. Depuis 1992, ce document a été évidemment actualisé et a fait l’objet d’importants travaux de validation, en particulier pour l’estimation des consommations de chauffage et de climatisation. Pourquoi le secteur non résidentiel ? Il s'agit d'un domaine dont les caractéristiques d'occupation justifient à elles seules l'emploi de méthodes de calcul spécifiques. Or, si les méthodes de calcul sont relativement bien connues des concepteurs pour les bâtiments d'habitation (méthode DEL par exemple), pour le secteur non résidentiel la situation est toute autre: à côté de « règles du pouce » éparpillées dans la littérature coexistent des logiciels très sophistiqués mais relativement difficile d’usage. Il a donc semblé utile aux rédacteurs de ce guide de se livrer à un travail de compilation et de mise en cohérence de ces règles du pouce, d'élaboration de règles explicites là où la littérature faisait apparaître des lacunes, enfin de recensement de progiciels disponibles pouvant être utilisés pour le calcul des consommations d'énergie.

Les rédacteurs de ce guide ont dû faire des choix. Afin d'éclairer pleinement le lecteur, tous les choix importants sont justifiés soit dans le guide, soit dans des ouvrages cités en bibliographie. Avant de proposer comment calculer les consommations prévisionnelles d'énergie des bâtiments - objet de ce guide - il convient de préciser pour quelles raisons on peut être amené à faire ce type de calcul. Nous nous intéressons essentiellement aux bâtiments neufs du secteur non résidentiel. Dès lors que le bâtiment auquel s'applique le calcul n'est pas encore construit, il ne peut s'agir que d'un calcul « prévisionnel ». Il permet d'obtenir une consommation qui est « théorique » par opposition à la seule consommation « pratique » qui est celle que l'on pourra mesurer ou déduire des factures énergétiques une fois le bâtiment en service. Pour mener à bien ce calcul, il est nécessaire de formuler des hypothèses de fonctionnement, qui s'expriment en général sous forme de scénarios hebdomadaires ou mensuels par type d'usage. Il s'agit de « conventions » de calcul; en ce sens, le calcul CPC (Calcul Prévisionnel de Consommations) peut être qualifié de « conventionnel ». Toutefois, il s'appuie sur des scénarios définis dans les guides sectoriels, de façon aussi réaliste que possible. De plus, si les paramètres qui caractérisent le mode de fonctionnement du bâtiment sont explicites, il est envisageable d'utiliser le même type de méthode, lorsque le bâtiment est en service, en introduisant alors des données issues de l'observation des scénarios réels. Cependant, cette démarche s’assimile à une procédure de diagnostic qui nécessite une confrontation entre les données « réelles » et les données calculées

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Ces préalables étant faits, on peut aborder la question du pourquoi. Deux raisons principales :

* Choisir entre 2 variantes techniques On se focalise sur certains usages de l'énergie en se limitant à ceux qui dépendent des 2 solutions envisagées. Le choix final est en général multi-critères, et l'un de ces critères est économique; il consiste à apprécier si l'économie d'exploitation escomptée justifie le surcoût induit. Que l'on ait recours à un calcul de temps de retour brut ou de coût global, il faut disposer de méthodes de calcul des consommations d'énergie. Et il faut estimer les coûts d'exploitation - énergie et entretien/maintenance - qui découlent des solutions étudiées. * Estimer le coût d'exploitation annuel de la solution retenue, élément essentiel de l'équilibre économique de tout projet d'investissement. Il importe de considérer tous les usages de l'énergie et de faire une analyse des bilans énergétiques qui reposent sur des puissances installées, et souscrites dans le cas de l'électricité (à terme les autres énergies pourront aussi être facturées suivant un système mixte liant puissance souscrite et énergie consommée), les contrats d'approvi-sionnement énergétique, les consom-mations par type d'énergie, et leur modulation selon les tranches tarifaires le cas échéant.

A quel moment doit-on pouvoir disposer de méthodes de CPC ? Deux phases semblent particulièrement intéressantes :

* Lorsque se font les choix qui influeront de façon sensible sur les consommations et sur lesquels on ne reviendra pas ultérieurement. C'est le moment où, en l'absence d'une estimation approchée, on risque d'orienter le projet vers une solution non rationnelle sur le plan des dépenses énergétiques.

Quels sont ces choix ? Essentiellement : - les choix de forme, de mode constructif, de type d'enveloppe, d’insertion dans le site, - les choix d'énergie thermique, pour le chauffage, l'eau chaude sanitaire, la cuisine, la blanchisserie, - le choix de climatisation ou de rafraîchissement par des moyens plus simples (ventilation nocturne naturelle ou forcée, rafraîchissement par humidification ...) - le choix du système de traitement de l'ambiance. Il s'agit donc d'une phase « amont » du projet qui peut se situer au niveau du programme, de l'esquisse, de la faisabilité ou de l'avant-projet sommaire. * Lorsque l'on souhaite affiner les solutions retenues, en étudier des variantes et disposer d'un outil d'évaluation des consommations et des charges d'exploitation prévisionnelles. Le projet est alors plus avancé - niveau avant-projet sommaire ou détaillé -, on dispose de données plus nombreuses et plus précises. Le niveau d'analyse est plus fin : on quitte l'approche très globale des « choix de parti » pour étudier de façon détaillée les différentes zones fonctionnelles du bâtiment. On est alors en mesure d'étudier la sensibilité des consommations à un beaucoup plus grand nombre de paramètres.

Pour répondre à ces deux types de besoins et pouvoir s'adapter aux contraintes et aux spécificités de ces deux phases, le guide propose deux classes de méthodes :

- des méthodes d'estimation des consom-mations d'énergie, qui s'inscrivent dans une logique « aide à la décision » ou « choix de parti » - des méthodes de calcul détaillées des consommations qui s'inscrivent dans une logique « aide à la conception » ou « évaluation des solutions proposées ».

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Dans ces deux types de méthodes, le « temps » est agrégé de façon assez synthétique :

- l'année ou la saison (été/hiver) pour les premières, - le mois et, pour chaque mois, quelques journées types (occupation/inoccupation) pour les secondes.

Autrement dit, on ne suit pas la chronologie d'une saison ou d'une année. Les méthodes qui suivent une telle chronologie sont beaucoup plus détaillées. Elles existent sous forme de logiciels de simulation du comportement thermique de bâtiments en régime varié. Ces logiciels peuvent apporter une aide précieuse dès l’avant-projet sommaire. Moyennant certains efforts, ces logiciels peuvent être rendus accessibles aux professionnels. Aussi, nous avons décidé de consacrer le dernier chapitre du guide à la description de progiciels disponibles en nous limitant aux modèles :

- développés et utilisés en France - ou de notoriété mondiale et présents en France.

Ainsi se trouvent esquissées dans leurs grandes lignes les trois classes de méthodes décrites dans cet ouvrage :

- des méthodes d'estimation, appro-chées, issues de la pratique des professionnels, utilisables de façon rapide, manuelle, et faisant appel à un nombre limité de paramètres essentiels; leur rôle est limité à la faisabilité, à des grands choix de parti ou à des aides à la décision très ponctuelles; - des méthodes détaillées de calcul des consommations d'énergie, exigeant le recours à un calcul informatisé, éventuellement par tableur, utilisant un grand nombre de paramètres et à même de rendre compte de la sensibilité des consommations à ces paramètres; - des méthodes de simulation dyna-mique, qui permettent - parmi de nombreuses autres fonctions - de calculer des consommations d'énergie, et qui sont disponibles sous forme de « codes de calcul », informatisés sur micro-ordinateurs ou stations de travail.

PHASE

OBJECTIFS

Programmation Esquisse Faisabilité

Avant-projet sommaire Avant-projet détaillé Projet

Choix entre solutions, choix de parti.

Méthodes d'estimation des consommations, par usage

Méthodes de calcul détaillées des consommations par usage

Détermination du coût d'exploitation annuel prévisionnel

Méthodes d'estimation des consommations, tous usages

Méthodes de calcul détaillées des consommations tous usages

Analyse thermique et énergétique approfondie, étude de bâtiments ou de systèmes innovants.

Méthodes de simulation en régime varié (*)

(*) Lorsque le logiciel est très convivial, une méthode de simulation en régime varié peut aussi être utilisée en phases d'esquisse et de faisabilité pour permettre des choix de parti ou estimer une consommation annuelle. Comme peu de données sont disponibles dans ces phases, on est amené à faire des hypothèses sur le type de parti constructif et sur les modes d'occupation probables.

Les 3 classes de méthodes décrites dans le guide

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L'équipe rédactionnelle La rédaction du guide a été effectuée par une équipe d'ingénieurs concernés par les calculs de consommations d'énergie, responsables de bureaux d'études, participant pour la plupart à des actions de formation. Pour ceux dont la fonction a changé depuis 1992, celle-ci figure entre parenthèses. Ces ingénieurs ont, soit participé à la rédaction de la première version de 1992 (1), soit participé au groupe de validation des méthodes (2), soit participé à la rédaction de la nouvelle version (3). L'équipe était composée de : Alain BORNAREL (1) + (2) Ingénieur au bureau d’études TRIBU Jean-Pierre BRASSELET (1) + (2) (Ingénieur de la société OASIIS) Roger CASARI (1) + (2) + (3) Ingénieur-conseil Pierre DIAZ PEDREGAL (1) + (2) Ingénieur-conseil Marie-Hélène FOUCARD (2) Ingénieur de recherche à EDF Mireille JANDON (2) Ingénieur au CSTB Alain LUTON (2) Responsable du bureau d’études TIBERE

Dominique MARCHIO (1) + (2) + (3), Ingénieur de recherche à l’École des Mines de Paris Coordination du groupe de rédaction pour la partie « climatisation » Jean-Robert MILLET (1) + (2) + (3) Ingénieur de recherche au CSTB Olivia NOËL (2) (Ingénieur de recherche à GDF) Véronique PAILLASSA (2) (Technicienne supérieure au CSTB) Eric PIRET (2) Ingénieur à la société SFEE Ari RABL (1) Ingénieur de recherche à l’École des Mines de Paris Michel RAOUST (1) + (2) + (3) Ingénieur-conseil Mise en forme du guide Bernard SESOLIS (1) + (2) + (3) Ingénieur au bureau d’études TRIBU Coordination générale et coordination du groupe de validation « chauffage » Rédaction finale et mise en forme du guide Luc TABARY (2), Ingénieur de recherche à EDF Jean-Christophe VISIER (1) + (2) Ingénieur de recherche au CSTB

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CHAPITRE 1

PRÉSENTATION

1.1. PRÉSENTATION GÉNÉRALE 1.2. GRANDEURS PHYSIQUES 1.3. TYPES DE MÉTHODES

6

1.1. PRÉSENTATION GÉNÉRALE Ce document met à la disposition des professionnels un ensemble d'éléments de Calcul Prévisionnel des Consom-mations d'énergie (CPC) tous usages dans le secteur des bâtiments non résidentiels. Ce guide CPC vise plusieurs objectifs : • amplifier et structurer les calculs de consommation du

secteur, • développer la démarche « coût global » qui bute

encore sur l'absence de méthode adaptée, • maîtriser la consommation énergétique d'un secteur

très consommateur (13 % du total, un tiers du secteur bâtiment)

• accompagner une nouvelle réglementation, mieux adaptée aux besoins et enjeux actuels.

Le domaine d'application Il comprend les bâtiments neufs du secteur non résidentiel, notamment : - immeubles de bureaux, - établissements de soins, - hôtellerie et restauration, - établissements d’enseignement, - établissements sportifs. Sont explicitement exclus : - les piscines et patinoires, - les bâtiments agricoles (serres horticoles, locaux d'éle-

vage), - les bâtiments de transports, - les locaux souterrains. Ces derniers pourront donner lieu ultérieurement à la publication de fascicules présentant les méthodes de calcul spécifiques. Tous les usages de l'énergie - combustibles et électricité - sont inclus à différents degrés: - chauffage et ventilation, - climatisation, - production d'eau chaude sanitaire, - éclairage, - bureautique, - cuisine, - blanchisserie, - force motrice et appareils de levage. Tous les climats de France métropolitaine sont traités. Pour appliquer les méthodes décrites dans cet ouvrage, il faut préalablement découper le bâtiment étudié en zones fonctionnelles homogènes. En effet, dans un bâtiment, on rencontre souvent des zones fonctionnelles correspondant à différents secteurs, et pour chaque secteur, à différents usages. Exemple : • Un lycée comprend une zone d'enseignement, une

zone « bureaux » (administration, bibliothèque...), éventuellement une zone « hôtellerie » (dortoirs), une zone « restauration » et une zone « gymnase ».

• Un hôpital comporte de nombreuses zones différentes (chambres, soins, accueil, bureaux, commerces, restauration,…)

Ce constat justifie que l'ouvrage ne soit pas structuré en fonction des domaines du secteur non résidentiel mais plutôt en fonction d'activités-types par zone, c'est-à-dire selon les zones fonctionnelles. Les différentes parties de l'ouvrage Les chapitres s'organisent comme suit : Eclairage 2 Autres usages (bureautique, autres équipements) 3 Eau chaude sanitaire 4 Chauffage 5 Climatisation 6 Progiciels de simulation dynamique 7 Chaque chapitre décrit les méthodes d'estimation des consommations d'énergie tous usages et les méthodes détaillées de calcul des consommations d'énergie (voir §.1.3). Le dernier chapitre propose des fiches descriptives de progiciels de simulation en régime varié. Pour le chauffage et la climatisation, les méthodes détaillées requiert nécessairement le recours à un logiciel. Pour les bâtiments climatisés, de tels outils sont en cours d'élaboration. On pourra se référer aux documents relatifs au projet « CONSOCLIM ». Les principales références bibliographiques utilisées pour l'élaboration du guide sont rappelées en fin d’ouvrage.

1.2. GRANDEURS PHYSIQUES Cet ouvrage est émaillé d'un très grand nombre de varia-bles. Nous avons choisi de les introduire au fil des chapitres en précisant à chaque fois le nom de la variable, sa signification et son unité. Dans le texte, l'unité de la variable est précisée entre crochets [ ]. Quelques règles générales président au choix des noms et des unités pour le chauffage : • Les apports de chaleur dus respectivement aux occu-

pants, à l'ensoleillement, à l'eau chaude sanitaire (ecs), aux procédés, à l'éclairage ou à la bureautique, s'expriment en watts [W], en watts par m² [W/m²] ou par m3 [W/m3].

• Les pertes de chaleur par les parois et par degré

d'écart, divisées par le volume chauffé s'expriment par le coefficient G1. Il peut être différent en période d'occupation et d'inoccupation. L'unité employée est [W/m3.K].

• Les puissances s’expriment en [W] ou en [kW]. Elles

peuvent être ramenée au m3 chauffé. Dans ce cas elles sont exprimées en [W/m3] ou en [kW/m3]. Par exemple, la puissance utile d’un système de chauffage, désignée par Puch, est la puissance à fournir pour couvrir les besoins nets, c'est-à-dire les besoins bruts (comme par exemple les pertes par les parois) moins les apports. La puissance finale d'un système de chauffage ou d'ECS, dont le nom de la variable qui le désigne commence par Pf, est la puissance consom-

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mée par le générateur pour couvrir les besoins nets et toutes les pertes dues à l'installation et, pour le chauf-fage, aux imperfections de couplage entre l'installation et l'enveloppe.

• Les consommations d'énergie utiles et finales, dont les

noms des variables qui les désignent commencent par Cu et Cf respectivement, sont exprimées en [Wh], [kWh] ou en [Wh/m3] et [kWh/m3] lorsqu'elles sont ramenées au m3 chauffé.

• Les dépenses utiles et finales, dont les noms des

variables qui les désignent commencent par Du et Df respectivement, sont exprimées en [F] ou [F/m3] lorsqu'elles sont ramenées au m3 chauffé.

Rappel : 1 kWh = 103 Wh 1 MWh = 106 Wh 1 GWh = 109 Wh 1 TWh = 1012 Wh.

1.3. TYPES DE METHODES Chacun des chapitres 2 à 6 commence par la description de méthodes qui, avec peu de données, permettent d'esti-mer les consommations et les dépenses d'énergie. Sont décrites ensuite des méthodes plus détaillées qui nécessitent plus de données. • Les chapitres 2 et 3 décrivent les consommations dues

principalement aux usages de l’électricité, c'est-à-dire tous les postes comprenant la consommation d'électri-cité des bâtiments hors chauffage, climatisation et eau chaude sanitaire. Pour chaque usage spécifique, on estime la consom-mation annuelle à l'aide d'une formule du type :

C Pi.Nii

=� [kWh] (1.1)

où i désigne un palier de puissance Pi [kW] et Ni le nombre d'heures de fonctionnement à ce palier de puissance [h]. Pour estimer la dépense correspondante, il faut croiser les paliers de puissance avec les plages tarifaires, c'est-à-dire les heures ayant un même prix du kWh. On obtient une formule du type :

D Pi pk.Ni,ki k

=� �. [F] (1.2)

avec : - pk = prix de vente du kWh pendant la plage tarifaire k

[F/kWh], - Ni,k = nombre d'heures de fonctionnement à la

puissance Pi au cours de la plage tarifaire k

On a, bien sûr : Ni Ni,kk

=� .

Pour un calcul détaillé, on peut utiliser comme pas de temps le mois et non plus l’année.

• La première partie du chapitre 4 décrit, pour estimer les

consommations de production d'ECS, une méthode rapide simplifiée à base de ratios et une méthode d'estimation annuelle où on évalue successivement :

- les besoins d'ECS [kWh/an], - le rendement moyen de l'installation, - le facteur de récupération moyen annuel lorsqu'il y a

préchauffage d'ECS par capteurs solaires ou par ré-cupération sur un groupe frigorifique de climatisation.

Pour passer de la consommation aux dépenses, il faut, dans le cas de l'électricité, répartir la consommation selon les tranches tarifaires horo-saisonnières. Des tableaux permettent de d’effectuer cette répartition. La deuxième partie du chapitre 4 décrit, pour calculer les consommations pour la production d'ECS, une méthode détaillée applicable au mois, structurée comme la méthode d'estimation annuelle.

• La première partie du chapitre 5 présente quelques

méthodes rapides de calcul de la consommation d'énergie pour le chauffage prenant en compte de manières différentes :

- les déperditions [W/K], - les apports récupérés [W/K], - les degrés-heures ou degrés-jours sur la saison de

chauffe, en fonction du régime de consigne [K.h] ou [K.j].

Ces éléments permettent de calculer Bch, les besoins de chauffage sur la saison de chauffe [kWh]. Pour passer de Bch à Cch, la consommation de chauffage [kWh], on divise Bch par Rch, le rendement moyen annuel de l'installation. La deuxième partie du chapitre 5 présente une métho-de de calcul détaillée de la consommation d'énergie pour le chauffage et la ventilation. Son pas de temps est la période (quelques heures). Cette méthode per-met de prendre en compte finement : - l'intermittence des locaux et l'interaction inertie/inter-

mittence, - la répartition dans le temps du tarif électrique,

lorsque le chauffage est assuré par électricité. En phase opérationnelle, seul un usage par tableur de cette méthode est possible. Cet usage se résume aux données d'entrées décrites dans la deuxième partie du guide CPC, au chapitre 5. • Le chapitre 6 présente un large panorama des métho-

des d’estimation de la consommation d'une installation de climatisation. Le compresseur et les ventilateurs représentant les principaux postes de consommation, on peut se ramener à l'emploi de formules très simplifiées pour obtenir des ordres de grandeur, pour autant qu'on dispose du nombre d'heures concernées. Celles-ci dépendent du type d'utilisation et des caracté-ristiques du bâtiment. C'est pourquoi il est conseillé de recourir à une simulation annuelle pour appréhender valablement les consommations.

• Le chapitre 7 rappelle les fondements des simulations

dynamiques et présente quatre progiciels actuellement disponibles.

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CHAPITRE 2

L’ÉCLAIRAGE 2.1. PRINCIPES GÉNÉRAUX 2.2. MÉTHODES RAPIDES D’ESTIMATION

2.2.1. ECLAIRAGE ELECTRIQUE SANS ECONOMIES PAR LUMIERE DE JOUR 2.2.2. ECONOMIES PAR LUMIERE DE JOUR

2.3. MÉTHODE DÉTAILLÉE

2.3.1. ECONOMIES MENSUELLES 2.3.2. DEPENSES

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2.1. PRINCIPES GÉNÉRAUX Les facteurs déterminants de la consommation de l'éclai-rage sont la puissance installée et le nombre d'heures d'utilisation. La consommation peut varier de quelques pourcents selon les conditions de fonctionnement (tempé-rature, vieillissement, tension du réseau...), mais ces effets sont négligeables au regard des incertitudes sur les heures d'utilisation. La consommation annuelle C [kWh] est l'intégrale de la puissance appelée P(t) [kW] au moment t, le temps t étant exprimé en heures.

C P(t) dtannée

= � [kWh] (2.1)

Le calcul prévisionnel de C est incertain, même si la puis-sance installée du matériel est connue, parce que l'utilisation dépend du comportement des occupants du bâtiment. L'objectif de ce chapitre est de présenter des hypothèses et des scénarios qui permettent d'estimer C dans des cas typiques. Afin de prendre en compte la tarification EDF, il faut effectuer un calcul séparé pour chaque période de tarif différent. L'équation (2.1), ainsi que les équations qui sui-vent, seront donc à appliquer séparément pour chacune des ces périodes. On peut faire, sans erreur significative, l'hypothèse d'un fonctionnement à puissance P constante. Dans ce cas la consommation annuelle est simplement : C P.N= [kWh] (2.2) où N = nombre d'heures de fonctionnement par an. Cette formule est une bonne base même pour les cas où la puissance appelée varie légèrement. Si on peut estimer la puissance moyenne Pmov et le nombre d'heures d'utilisation Nmov, l'équation (2.2) devient : C P .Nmoy moy≈ [kWh] (2.3) Exemple : en supposant une puissance moyenne Pmov = 200 W pendant 8 h par jour, 5 jours par semaines, 45 semaines par an on trouve : Nmov = 45*40 h = 1800 h et C = 0,2 kW * 1800 h = 360 kWh. Dans certains cas, il peut exister plusieurs niveaux de fonctionnement. On peut généraliser l'équation (2.3) en prenant plusieurs paliers de puissance Pi et les heures correspondantes :

C Pi.Nii

=� [kWh] (2.4)

Bien sûr, on attache plus d'intérêt à la dépense qu'à la consommation elle même. Or le prix de vente de l'électricité varie au cours de la journée et au cours de l'année selon la tarification de EDF réf.[2.1] et [2.2]. Il faut

donc calculer la dépense annuelle en distinguant dans l'équation (2.4) toutes les plages tarifaires ayant un prix de vente différent :

D Pi. pk.Ni,kki

= �� [kWh] (2.5)

où : - pk = prix de vente du kWh pendant la plage tarifaire k

[F/kWh] - Ni,k = nombre d'heures de fonctionnement à la puis-

sance Pi pendant la plage tarifaire k [h]. Supposons par exemple que l'éclairage d'un bâtiment fonctionne à pleine puissance, 5000 W, de 8:00 à 18:00 du lundi au vendredi, et à puissance réduite, 500 W, le reste du temps, et supposons que le tarif est le tarif Bleu avec option heures creuses. Ce tarif n'a que deux prix: 0,5185 F HT/kWh en heures pleines (tous les jours de 6:00 à 22:00) et 0,3178 F HT/kWh en heures creuses (le reste du temps). Sur tableur, on trouve facilement les résultats (tableau 2.1.) EDF offre trois catégories de tarifs, le choix entre ces trois tarifs étant déterminé par la puissance souscrite (voir le chapitre 5 pour plus de détails sur les tarifs) : • le tarif Bleu pour des puissances en dessous de 36

kVA, • le tarif Jaune pour des puissances entre 36 kVA et 250

kVA, • le tarif Vert pour des puissances en dessus de 250 kW. Pour chaque tarif, il existe un choix d'options : assez limité pour le tarif Bleu, plus détaillé pour le tarif Jaune, et très détaillé pour le tarif Vert. Le choix optimal entre ces tarifs dépend de la courbe de charge, de la puissance souscrite, de la durée d'utilisation de la puissance. Un élément clef de la tarification est la différence du prix du kWh entre les heures pleines et les heures creuses. Les heures creuses comprennent 8 heures par jour. Typiquement c'est la période de 22:00 à 6:00, mais la répartition précise peut varier d'une région à l'autre. La distinction des heures pleines et creuses est optionnelle pour le tarif Bleu, et obligatoire pour les autres tarifs. Tous les tarifs offrent une option EJP (effacement jours de pointe), qui peut être intéressante pour des clients qui sont prêts à couper ou réduire leur consommation pendant certaines périodes: 18 heures/jour pendant 22 jours en hiver, à répartition variable et aléatoire (avec préavis) d'un an à l'autre. L'exemple ci-dessus a déjà illustré le calcul de la dépense annuelle (hors abonnement) pour le tarif Bleu avec option heures creuses. Le même principe s'applique pour les tarifs Jaune et Vert mais avec d'autres répartitions horaires et d'autres plages tarifaires. Au chapitre 5, des tableaux indiquent le nombre d'heures par mois, en séquence d'occupation, correspondant à cha-que plage tarifaire et ce pour différents types de locaux.

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plages tarifaires P N p dépense heures pleines [W] [h/an] [F/kWh] [F/an] 8:00-18:00 lundi-vendi. 5000 2607 0,5185 6759 8:00-18:00 samedi.-dim. 500 1043 0,5185 270 6:00-8:00 et 18:00-22:00 tlj. 500 2190 0,5185 568 heures creuses 22:00-6:00 tlj. 500 2920 0,3178 464 total 8760 8061

Tableau 2.1 - Exemple de calcul de dépense annuelle en F (HT, tarif 05/99) pour l'éclairage

Les totaux annuels de ces tableaux peuvent être utilisés pour faire une estimation annuelle rapide des consomma-tions électriques spécifiques. Quant aux questions de conception d'un système d'éclairage et aux types de lampes, nous renvoyons au chapitre 8 des guides sectoriels de l'AICVF ref.[1.1] à [1.8] et aux documents de référence (exemples ref.[2.3] à [2.10]. Les exigences et modes d'utilisation sont différents selon les locaux (bureaux, couloirs, chambres d'hôtel). Pour des estimations rapides, le tableau 2.2 donne des exemples courants de puissance installée. Parmi les considérations à prendre en compte, plusieurs effets peuvent influer sur le comportement des occupants et donc sur la consommation. L'emplacement des interrupteurs joue un rôle important. Un emplacement mal commode peut décourager les occupants d'éteindre la lumière quand ils n'en ont plus besoin, quand la lumière du jour atteint un niveau suffisant par exemple. D'autre part, si un trop grand nombre de lampes est contrôlé par un seul interrupteur, on aura tendance à laisser plus de lampes allumées que nécessaire. Le fonctionnement inutile peut être minimisé avec un contrôle automatique de l'éclairage électrique, à base d'un détecteur de présence et de lumière. Pour ne pas déranger les occupants il est préférable que le contrôle soit graduel plutôt que par paliers discrets. Le calcul des consommations permet de souligner l'impor-tance d'une analyse en coût global pour la sélection d'un système d'éclairage. Il existe parmi les modèles des cata-logues une dispersion importante des rendements (d'envi-ron 30 à 65%) pour des luminaires qui donnent un bon contrôle de l'éblouissement. Le coût d'exploitation sera deux fois plus élevé pour un modèle ayant un rendement de 30% que celui d'un luminaire de rendement 60%. De plus il faut installer un plus grand nombre de luminaires pour obtenir l'éclairement demandé. Il a été démontré réf.[2.11] que, à éclairement égal, plusieurs modèles à mauvais rendement étaient plus chers même en coût initial (installation comprise) que des modèles plus efficaces.

2.2. MÉTHODES RAPIDES D’ESTIMATION

Selon les principes généraux énoncés plus haut (§ 2.1), deux paramètres doivent être estimés :

• La puissance installée P, avec un découpage par zone selon les types de lampes et leur utilisation. La déter-mination de P est, soit issue d’un dimensionnement fait par un éclairagiste qui permet de préciser le descriptif du lot "éclairage", soit estimée à partir de ratios préétablis (tableau 2.2).

• Les temps de fonctionnement typiques de la zone

fonctionnelle ou du bâtiment considéré. En considérant un comportement conventionnel des usa-gers, le temps de fonctionnement dépendra du scénario d’occupation, de l’apport de l’éclairage naturel et des systèmes de gestion de l’énergie. 2.2.1. ECLAIRAGE ELECTRIQUE SANS ECONOMIES PAR LUMIERE DE JOUR Pour le calcul de la consommation C, il est conseillé de faire une comptabilité détaillée selon les types de lampes et les types d'utilisation. Prendre des valeurs typiques forfaitaires de puissances installées en [W/m²] donnerait des résultats moins fiables à cause de la grande variabilité des rendements des luminaires et des lampes. Par exemple dans un bâtiment de bureaux il faut compter séparément l'éclairage des couloirs, des bureaux, des salles de conférence, des centres de calcul,...1. Pour chacun de ces postes il faut déterminer la puissance installée (y compris les ballasts) et ensuite estimer les heures d'utilisation par an. Pour l'éclairage, la puissance affichée par le fabricant est assez proche de la puissance utilisée en service. Ayant estimé ainsi les puissances installées P et les heures d'utilisation N par an, la consommation annuelle C pour chaque poste est calculée selon la formule (2.2). Pour les zones sans lumière du jour il paraît raisonnable de supposer des heures de fonctionnement cohérentes avec les heures d'occupation (incluant la période de nettoyage) réf.[2.12]. Cependant, il est possible d’affiner cette approche. On considère qu’une programmation cen-tralisée est le système permettant de faire coïncider la durée de fonctionnement à celle du scénario d’occupation de la zone étudiée.

1 A cause de la faible efficacité lumineuse des lampes incandes-centes, la contribution des quelques lampes incandescentes peut peser lourd dans le bilan total de la consommation.

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Éclairement Puissance installée [W/m²] moyen

en service (lux)*

incandescence, halogène

fluo standard

fluo haute perform.

Bureau, moins de 30 m² 500 80 25 18 Bureau paysage 500 65 20 15 Salle de réunion 500 80 25 18 Sanitaires 250 65 20 19 Couloir 200 40 15 9 Cuisine 500 80 25 20 Restaurant 300 60 18 13 Stock archives 150 18 8 6 Hall accueil 300 60 15 12 Reprographie 500 80 25 18 Salle informatique 500 80 25 18 Bureau de dessin 1000 160 40 30 Salle de classe 400 70 20 15 Amphi 400 70 23 15 Foyer 400 70 23 15 Infirmerie 500 80 25 18 Bibliothèque 500 80 25 20 Laboratoire 750 120 40 27 Chambres (hébergement) 300 60 15 12

(*) selon recommandations de l’AFE

Tableau 2.2 - Ratios indicatifs de puissance installée d'éclairage [W/m²] On aboutit ainsi à un nombre d’heures de fonctionnement à pleine puissance qui doit être pondéré par un coefficient de foisonnement spatial et temporel Cf : dans la zone, durant les heures d’occupation, certaines lampes peuvent ne pas fonctionner, d’autres ne pas fonctionner en permanence. Cf ne peut être apprécié qu’au cas par cas. Par exemple, pour calculer la consommation d’éclairage d’une zone "chambres" dans un hôtel, Cf intégrera le coefficient moyen d’occupation des chambres. D’autres systèmes de gestion vont augmenter ou diminuer la con-sommation par rapport à la programmation. On peut les caractériser par un coefficient de gestion Cges. Le tableau 2.3, inspiré d’une étude CSTB ref.[2.13], ras-semble l’équivalent des coefficients Cges pris en compte dans différentes méthodes existantes, en ramenant le cas de la programmation à Cges = 1. Ainsi, le nombre d’heures équivalent à pleine puissance serait égal à Nocc x Cf x Cges, où Nocc désigne le nombre d’heures d’occupation selon le scénario choisi. Exemple : Calculer la consommation annuelle pour une zone de couloirs d’un immeuble de bureaux avec une puissance d'éclairage installée P = 1000 W, gérée par détection de présence. La période d’occupation est de 8:00 à 18:00 , 5 jours par semaine, 52 semaines par an : Cf = 1 ; Cges = 0,9 ; Nocc = 10 *5* 52 h = 2600 h . N = 2600 x 1 x 0,9 = 2340 h Consommation C = P.N = 2340 kWh par an. 2.2.2. ECONOMIES PAR LUMIERE DU JOUR

Même dans un cadre purement technique et parfaitement défini, un calcul précis des économies par la lumière du jour est difficile du fait de la variabilité du rayonnement solaire et de la complexité des transferts radiatifs dans un bâtiment. Un tel calcul nécessite l'utilisation d'un program-me de simulation heure-par-heure. Mais au delà de ces difficultés, le calcul prévisionnel dépend du décor des pièces et de l'emplacement des postes de travail (ce qui n'est pas toujours connu au moment du calcul) et, surtout, de la façon dont les occupants vont gérer les interrupteurs d'éclairage et les protections solaires. Cependant, des méthodes d’estimation ont été élaborées, soit à partir de données statistiques, soit à partir de simulations numériques. Les données statistiques concernent essentiellement les fréquences des niveaux d’éclairement extérieur qui peuvent être exploitées avec des modèles relativement simples permettant d’estimer la part de cet éclairement transmise dans le bâtiment (facteur de lumière de jour). Les méthodes citées dans le tableau 2.3 prennent en compte l’éclairage naturel. Mais aucune pour l’instant ne peut servir de base dans ce guide pour les raisons suivantes :

12

• La méthode hollandaise (NEN 2916) est réglementaire,

donc s’appuyant sur des conventions figées non extra-polables a priori. Cette méthode a cependant l’avantage de traiter l’ensemble des bâtiments non résidentiels et son usage est simple.

• La méthode CIBSE est principalement dédiée aux

immeubles de bureaux. Le domaine d’application est trop restrictif.

• La méthode californienne est réglementaire, donc

conventionnelle, avec en outre un gisement d’éclairage extérieur difficilement transposable pour la France.

• La méthode PAPOOSE développée par TRIBU, repose

sur des statistiques françaises d’éclairement extérieur. L’approche correspond bien à un outil d’aide à la conception. Cependant, la validité du calcul n’est pas encore clairement établie.

où :

- Svit est la surface en tableau des fenêtres sur la zone - Fe est le facteur de masques (voir chapitre 5) - Sfac est la surface totale de façade de la zone - Fl est le facteur de transmission lumineuse dépendant de

la nature du vitrage - RCL est le rapport de la surface claire des fenêtres à leur

surface en tableau Quelques résultats calculés avec le logiciel DOE2.1 peuvent être représentatifs de bâtiments tertiaires, mais ils supposent des critères objectifs pour le contrôle de l'éclairage électrique (c'est à dire une réduction automa-tique si l’éclairement total dépasse le seuil demandé). On doit donc considérer ces résultats comme une limite supérieure des économies réalisables (ou limite inférieure de la consommation). Par exemple, la figure 2.1 montre la consommation électrique d'éclairage dans la zone du périmètre sud d'un bâtiment de bureaux en fonction de l'ouverture effective. La ligne continue montre un niveau constant correspon-dant à un fonctionnement continu de l'éclairage électrique.

Méthodes Système de gestion NEN 2916

Réglementation hollandaise (1)

CIBSE

(2)

Réglementationcalifornienne

(3)

Méthode PAPOOSE

(4)

Cges Méthode CPC

Commande manuelle 1 1 - 1,15 1,1 Programmation 1 1 1 1 1 Détecteur de présence 0,7 - 0,8 à 0,9 1 0,9

(1) Energy performance of non residential buildings. Determination Method. Juin 1993. (2) CIBSE building energy code. BEC2 : Air conditionned building. Draft 19.4 : versions for comment trial. CIBSE, juillet 1997. (3) Energy efficiency standards for Residential and non residential buildings. California Energy Commission, juillet 1992. (4) Méthode pour les bâtiments à haute qualité environnementale. TRIBU, outil développé dans le cadre de l’atelier ATEQUE. Plan

Construction et Architecture, 1997. Tableau 2.3 : Performances comparées des systèmes de gestion - Locaux sans éclairage naturel - Valeurs de "Cges"

• La méthode réglementaire française 2000 être

analysée après usage pour savoir si son degré de souplesse lui confère des possibilités d’aide à la conception.

Les simulations numériques permettent d’établir des corrélations exprimées généralement sous la forme d’abaques (ref.[2.14], [2.16], [5.15]). Pour l’instant, à titre d’exemple, est présentée ici une étu-de à partir de simulations numériques, pouvant déboucher sur une méthode simplifiée. Il s’agit de travaux de l'équipe "Windows and Daylighting" du Lawrence Berkeley Laboratory (réf.[2.14]). Il a été montré que les aspects géométriques et optiques des fenêtres peuvent être caractérisés par une seule variable, appelée ouverture effective "Oe". Cette variable est le produit de la surface vitrée et du taux de trans-mission de lumière (corrigé pour tenir compte de l'effet des masques, stores…), divisé par la surface totale de la façade :

Oe = facS

RCLxFlxFexSvit (2.6)

Les deux courbes en pointillé indiquent la consommation avec un contrôle théorique idéal, pour deux sites. L'un est un site assez ensoleillé au Sud des USA (4,3 kWh/m² par jour en moyenne annuelle horizontale. Par comparaison, Carpentras reçoit le même ensoleillement). L'autre est situé plus au Nord (3,75 kWh/m² par jour). L’effet du site paraît relativement faible. Ces résultats peuvent donc s'appliquer n'importe où en France, au moins de façon qualitative. On observe que la consomma-tion diminue d'abord rapidement quand l'ouverture effective augmente, puis atteint un niveau de saturation. Dans cette étude, un éclairement de 538 lux est requis et la saturation commence vers une valeur d’ouverture effective de 0,15. L'influence du type de régulation et du niveau d'éclaire-ment demandé est montré dans la Figure 2.2. Trois niveaux d'éclairement sont comparés (323 lux, 538 lux et 753 lux) avec une régulation de réduction automatique progressive. Le niveau de saturation est atteint à une ouverture plus faible si le niveau d'éclairement est plus faible. De plus, pour le niveau de 538 lux le graphique compare deux modes de contrôles discrets: un contrôle tout ou rien et un contrôle en trois paliers. La réduction graduelle donne les meilleurs résultats.

13

Figure 2.1 - Consommation d'éclairage à moins de 5 m d’une façade d'un bâtiment de bureaux en fonction de l'ouverture effective, pour deux sites : Lake Charles, LA (30°N) et Madison, WI (43°N) (ref.[2.15])

��������–����••••����–����••••���� Tout ou rien (538 lux) – •••• –– –– –– –– 3 paliers de puissance (538 lux) ���� –––––––––––– modulation graduée de puissance (753 lux) ∆ ………………… modulation graduée de puissance (538 lux)

- - - - - - - - - - - - modulation graduée de puissance (323 lux)

Figure 2.2 - Influence du type de contrôle et du niveau d'éclairement d'un bâtiment de bureaux à Lake Charles, LA. (réf.[2.16])

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Figure 2.3 - Évolution du taux de couverture électrique moyen « ττττelm » en fonction de l'ouverture effective « Oe » pour différents modes de gestion de l'éclairage

(déduit de la réf. [2.16]) (T.O.R signifie "Tout Ou Rien")

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La figure 2.3 (établie à partir des courbes des figures 2.1 et 2.2) donne la variation du taux de couverture électrique des besoins d'éclairage en fonction de l'ouverture effec-tive, et ce, pour différents modes de gestion de l'éclairage. Un taux de 100% signifie une absence d'économie de consommation électrique par lumière du jour. Un taux de 0% signifierait que la totalité des besoins d'éclairage serait couverte par la lumière du jour, ce qui est impossible. Cette estimation n’est applicable qu’à une zone située à moins de 5 m de la façade. Si le local comporte un éclairage zénithal, on considère alors que la zone concernée est le local. Le calcul de "Oe" s'effectuera en additionnant aux vitrages verticaux de façade, le double de la surface des parties transparentes ou translucides zénithales pondérée par leurs caractéris-tiques (Fl, RCL) et en considérant Fe = 1. Cette méthode inspirée de ref.[1.1] à [1.8] reste à valider.

Fraction de l'électricité nécessaire avec l'éclairage naturel = 0,38 (lu sur la figure 2.3) Consommation annuelle avec économies dues à l'éclairage naturel : Cavec = 1755 kWh * 0,38 = 667 kWh.

2.3. MÉTHODE DÉTAILLÉE 2.3.1. ECONOMIES MENSUELLES Au §2.1, ont été exposés les principes d'un calcul de consommation du poste éclairage et au §2.2 les éléments nécessaires pour une estimation annuelle. Dans ce para-graphe sont décrits les éléments permettant un calcul mensuel détaillé de la consommation d'électricité pour l’éclairage à partir de l’exemple de méthode développé au §2.2.

RCL.Svit.Fe/Sfac 0,1 0,2 0,3 ≥0,4 GESTION A (TOR) Fl τelm SV clair 0,9 1 0,8 0,5 0,4 DV clair 0,8 1 0,8 0,6 0,4 DV teinté clair 0,4 1 1 0,9 0,8 DV foncé ou réflech. 0,2 1 1 1 1 GESTION B (50%TOR) Fl τelm SV clair 0,9 1 0,9 0,7 0,7 DV clair 0,8 1 0,9 0,8 0,7 DV teinté clair 0,4 1 1 1 0,9 DV foncé ou réflech. 0,2 1 1 1 1

gestion A : gestion automatique Tout Ou Rien de l'éclairage gestion B : gestion manuelle considérée comme moitié moins efficace que la gestion automatique Tout Ou Rien

Tableau 2.4 - Valeurs du taux moyen annuel de couverture électrique « ττττelm »

pour différents choix de conception : RCL.Svit.Fe/Sfac, différents modes de gestion de l'éclairage et différents types de vitrage (Fl)

Exemple : Estimer, à l'aide de la figure.2.3, la consomma-tion électrique de l'éclairage, avec économies dues à l'éclairage naturel, pour la situation suivante : surface façade = 10 m (longueur façade) x 3 m (hauteur façade), zone sud de 4 m de profondeur, surface en tableau = 9,4 m², avec RCL = 0,85, absence de masque, taux de transmission = 0,80, puissance installée de P = 750 W, éclairement sur plan de travail = 540 lux, nombre d’heures (égal à Nocc.Cf.Cges, voir § 2.2.1) équivalent à pleine puissance : 2 340 h par an, mode de contrôle: réduction graduelle (gestion optimale). Consommation annuelle sans économies de l'éclairage naturel : Csans = 2340 h * 750 W = 1755 kWh.

Oe = 21,0310

85,04,980,0 =×

××

S’il n'y a pas possibilité d'économie par lumière du jour, faute de système de gestion de l'éclairage artificiel ou

faute d'un éclairage naturel suffisant, le taux de couverture électrique moyen "τelm" (part moyenne annuelle des besoins d'éclairage non couverte par l'éclairement naturel) est alors égal à 1. Dans le cas contraire, le tableau 2.4 donne des valeurs usuelles de τelm. Le taux de couverture électrique mensuelle "τel" varie au-tour de sa valeur moyenne annuelle "τelm" selon une loi : τ τel 1 Cmens.(1 elm)= − − (2.7) Les valeurs de "Cmens", ainsi que des valeurs précal-culées de τel sont données au tableau 2.5, en fonction du taux de couverture électrique moyen annuel τelm. Les économies varient selon la saison comme le montrent les trois courbes de la Figure 2.4. La variation est assez faible de mars à septembre, mais en hiver les économies chutent presque de moitié par rapport à celles de juin.

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τelm moyen annuel 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9

Cmens τel mensuel Déc 0,67 0,6 0,7 0,7 0,8 0,9 0,9 Nov/Janv 0,75 0,6 0,6 0,7 0,8 0,9 0,9 Oct/Fév 0,87 0,5 0,6 0,7 0,7 0,8 0,9 Sept/Mars 1,06 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 Août/Avril 1,15 0,3 0,4 0,5 0,7 0,8 0,9 Juil/Mai 1,19 0,3 0,4 0,5 0,6 0,8 0,9 Juin 1,20 0,3 0,4 0,5 0,6 0,8 0,9

Tableau 2.5 - Valeurs du coefficient ττττel mensuel

De ces résultats, on peut extraire une méthode permettant de passer de τelm à des valeurs mensuelles.

Figure 2.4 - Variation saisonnière des économies en fonction de l'ouverture effective à Madison (réf.[2.15])

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2.3.2. DEPENSES Elles sont égales, par plage tarifaire, au produit des puissances installées (éventuellement corrigées par le taux de couverture électrique) par le nombre d'heures en séquence d'occupation de chaque plage tarifaire. Les dépenses mensuelles s'apprécient en sommant sur le mois les résultats obtenus pour chaque plage tarifaire du mois :

Dmens p .P.N . elk kplages tarifaires k

= � τ [F] (2.8)

avec : - Dmens : dépense mensuelle d'éclairage [F] - pk : prix du kWh sur la plage tarifaire k [F/kWh] - P : puissance installée d'éclairage [kW] - Nk : nombre d'heures par mois de la plage tarifaire k - τel : taux de couverture électrique du mois considéré. Des tableaux au chapitre 5 donnent, pour chaque mois, le nombre d'heures par plage tarifaire, et ce pour différents tarifs et différents types de locaux. Pour un calcul d'éclairage on ne considérera que les plages "occupation", sauf si les locaux sont éclairés en permanence.

CHAPITRE 3

LES AUTRES USAGES 3.1. LES ENJEUX 3.2. PRINCIPES GÉNÉRAUX 3.3. CONSOMMATION ÉLECTRIQUE DE LA BUREAUTIQUE ET DE L'INFORMATIQUE

3.3.1. EVOLUTION DE LA BUREAUTIQUE ET DE SON UTILISATION 3.3.2. PUISSANCE AFFICHEE ET ABSORBEE 3.3.3. ESTIMATION DES CONSOMMATIONS

3.4. AUTRES USAGES 3.4.1. ASCENSEURS 3.4.2. AUTRES EQUIPEMENTS

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3.1. LES ENJEUX Dans cet ouvrage, les « autres usages » signifient les postes de l'électricité spécifique hors éclairage, c'est-à-dire tous les postes comprenant la consommation d'électricité des bâtiments hors chauffage, climatisation, eau chaude sanitaire et éclairage : • la bureautique (décentralisée : ordinateurs, impriman-

tes, copieuses...), • l'informatique (centralisée : centres de calcul), • la force motrice (ascenseurs, escaliers mécaniques...), • les équipements de restaurant et de cuisine, • autres : blanchisserie, stérilisation. Note : la consommation des auxiliaires d'ECS est traitée au chapitre 4, celle des auxiliaires de chauffage et de ventilation au chapitre 5, celle des auxiliaires de climatisation au chapitre 6.

Par exemple, le recensement annuel du secteur tertiaire (réf.[3.2]) ne rapporte que trois catégories de consommation d'électricité : « Chauffage + ECS », « cuisson », et « autres ». Cependant, des estimations ont permis d’établir une répartition par poste des 63 TWh d’électricité consommés en 1991 (d’après réf.[3.1]) : La figure 3.1 montre les consommations annuelles particulières de quelques immeubles de bureaux; figure 3.1.a : une partie du parc immobilier de la Société IBM France (400 000 m²); figure 3.1.b : un immeuble de bureaux à Paris-La Défense (130 000 m²). Pour le poste climatisation de la figure 3.1.a, il faut noter qu'une fraction importante de l'énergie frigorifique n'est pas comptée parce qu'elle est fournie par un réseau urbain. Il faut enfin noter l'évolution rapide de la consommation de l'électricité spécifique. La croissance spectaculaire de la bureautique en particulier a un impact énergétique très important.

chauffage climatisation ECS cuisson éclairage bureautique autres Total

TWh 14,4 1,9 3,4 5,2 18,4 3,5 16,2 63 % 23 % 3 %* 5 % 8 % 29 % 6 % 26 % 100 %

(*) Le parc des bâtiments climatisés était encore restreint (réf. [3.3]) En 1991, en France, la consommation des « autres usages » dans les bâtiments tertiaires représentait 43 TWh, soit environ 68 % de la consommation électrique totale du secteur (réf.[3.1]). Il serait intéressant d'avoir des données détaillées mesu-rées de consommation des autres usages par type de bâtiment et par usage final (bureautique, force motrice...). Malheureusement, l'obtention de données fiables est difficile. Une des difficultés tient au cablage électrique qui, dans la plupart des bâtiments, n'est pas organisé selon le type d'usage final. De plus, les catégories ne sont pas bien précisées (la consommation de la ventilation centrale entre-t-elle dans chauffage/climatisation ou dans force motrice?).

La consommation est passée de 1,8 TWh en 1989 à près de 6 TWh en 1993 (réf.[3.6]). Le chapitre est organisé de la façon suivante : Le paragraphe 3.2 explique les principes généraux de calcul. Le paragraphe 3.3 donne une estimation des usages de la bureautique et de l'informatique. Le paragraphe 3.4 donne une estimation plus grossière des autres usages.

3.2. PRINCIPES GENERAUX Pour un usage spécifique d'électricité, les facteurs déter-minants de la consommation sont la puissance installée du matériel et la durée d'utilisation.

Figure 3.1a - Consommation électrique d'un parc d'immeubles de bureaux (400 000 m²) (réf.[3.4])

19

Figure 3.1b - Consommation électrique d'un immeuble (130 000 m²) conçu en 1980 à Paris La Défense (réf.[3.5]) Concernant la puissance il faut faire attention à l'écart entre la puissance affichée et la puissance réelle . Cet écart est négligeable pour l'éclairage mais peut correspon-dre à un facteur de 2 à 4 pour le matériel de bureautique. Les principes généraux sont identiques à ceux du chapitre 2. Ils sont néanmoins repris ici pour faciliter la lecture. La consommation annuelle C [kWh] est l'intégrale de la puissance appelée P(t) [kW] au moment t, le temps t étant exprimé en heures.

C P t dtannée

= � ( ) [kWh] (3.1)

Comme pour l’éclairage, le calcul prévisionnel de C est incertain, même si la puissance installée du matériel est connue, parce que l'utilisation dépend du comportement des occupants du bâtiment. Afin de prendre en compte la tarification EDF, il faut effectuer un calcul séparé pour chaque période de tarif différent. L'équation (3.1), ainsi que les équations qui sui-vent, seront donc à appliquer séparément pour chacune des ces périodes. Pour la plupart des matériels (moteurs sans variateurs de puissance, bureautique...) on peut faire, sans erreur significative, l'hypothèse d'un fonctionnement à puissance P constante. Dans ce cas, la consommation annuelle est simplement : C P N= . [kWh] (3.2)

où N = nombre d'heures de fonctionnement par an1. Cette formule est une bonne base même pour les cas où la puissance appelée varie légèrement. Si l'on peut estimer la puissance moyenne Pmoy et le nombre d'heures d'utilisation Nmoy, on peut approximer cette équation par : 1 La puissance appelée au démarrage peut être beaucoup plus importante que la puissance en marche continue. Cet effet doit être pris en compte pour la conception des réseaux électriques, mais il est négligeable pour la calcul de C, sauf pour les ascenseurs (voir plus loin).

C P N≈ moy moy. [kWh] (3.3)

Pour la plupart des matériels il existe plusieurs niveaux de fonctionnement. Par exemple, les copieuses consomment plus pendant les copies que lors de l'attente. De même, les ordinateurs de bureau ont un mode « veille ». Dans ce cas, on peut généraliser l'équation (3.3) en prenant plusieurs paliers de puissance Pi et les heures correspondantes :

C Pi Nii

=� . [kWh] (3.4)

Par exemple, soit une copieuse qui fonctionne 1000 h à 0,5 kW en mode d'attente et 800 h à 1,0 kW en mode d'impression. Sa consommation annuelle est C = 1000 h . 0,5 kW + 800 h . 1,0 kW = 1300 kWh Si on s’attache à la dépense, il faut introduire la variation horo-saisonnière de la tarification de EDF (réf.[3.7]). Il faut donc calculer la dépense annuelle en distinguant dans l'équation (3.4) toutes les plages tarifaires ayant un prix de vente différent :

D Pi pk Ni kki

= �� . . , [F] (3.5)

où : - pk = prix de vente du kWh pendant la plage tarifaire k

[F/kWh] - Ni,k = nombre d'heures de fonctionnement à la puissan-

ce Pi pendant la plage tarifaire k [h].

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EDF offre trois catégories de tarifs, le choix entre ces trois tarifs étant déterminé par la puissance souscrite (voir le chapitre 5 pour plus de détails sur les tarifs) : • le tarif Bleu pour des puissances en dessous de 36

kVA, • le tarif Jaune pour des puissances entre 36 kVA et 250

kVA, • le tarif Vert pour des puissances en dessus de 250 kW. Pour chaque tarif, il existe un choix d'options : assez limité pour le tarif Bleu, plus détaillé pour le tarif Jaune, et très détaillé pour le tarif Vert. Le choix optimal entre ces tarifs dépend de la courbe de charge, de la puissance souscrite, de la durée d'utilisation de la puissance. Un élément clef de la tarification est la différence du prix du kWh entre les heures pleines et les heures creuses. Les périodes creuses comprennent 8 heures par jour, réparties généralement de 22:00 à 6:00 mais cette répartition peut varier d'une région à l'autre. La distinction des heures pleines et creuses est optionnelle pour le tarif Bleu, et systématique pour les autres tarifs. Tous les tarifs offrent une option EJP (effacement jours de pointe), qui peut être intéressante pour des clients qui sont prêts à couper ou réduire leur consommation pendant certaines périodes: 18 heures/jour pendant 22 jours en hiver, à répartition variable et aléatoire (avec préavis) d'un an à l'autre. Au chapitre 5, les tableaux 5.37 et 5.41 indiquent le nombre d'heures par mois, en séquence d'occupation, correspondant à chaque plage tarifaire et ce pour différents types de locaux. Les totaux annuels de ces tableaux peuvent être utilisés pour faire une estimation annuelle rapide des consommations électriques spécifiques.

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3.3. CONSOMMATION ELECTRIQUE DE LA BUREAUTIQUE ET DE L'INFORMATIQUE

3.3.1. EVOLUTION DE LA BUREAUTIQUE

ET DE SON UTILISATION Toutes les études sur le sujet montrent que l'énergie utilisée pour les équipements électroniques de bureau devient une composante majeure de la consommation énergétique totale. La chaleur produite augmente du même coup les charges de climatisation ou le risque d'inconfort en été. Le secteur de l'informatique est en évolution rapide. Les tendances actuelles sont les suivantes : • En secteur « bureaux », le taux d’équipement des

entreprises est très important. En 1995, près de 60 % des employés avaient un micro-ordinateur ou un terminal (sources ADEME et réf.[3.9]). On dénombrait en moyenne une imprimante pour 6 employés, un photocopieur et un modem pour 12 à 20 personnes.

• La bureautique est un marché où la concurrence est très forte. Le label « Energy Star » promu depuis 1992 a banalisé les systèmes de mise en veille des appareils (écrans, unités centrales, imprimantes). Les durées de vie des équipements sont estimées à quelques années. Le taux de renouvellement est de l'ordre de cinq ans. Le taux d’équipement augmente encore et les nouveaux systèmes choisis répondent à des besoins plus importants et plus exigeants. Cependant, à durée d’utilisation identique, la consommation d’énergie se stabiliserait grâce aux meilleures performances des appareils (cf. § 3.3.2). L’usage des écrans plats con-sommant 8 fois moins d’énergie que les écrans cathodiques risque de se développer très prochaine-ment et très rapidement.

• Les durées d’utilisation des équipements augmentent

(réf.[3.12]). Mais le temps d’utilisation ne doit pas être confondu avec le temps de marche. Durant ce dernier, un équipement est soit utilisé, soit en état de veille ou en état d’attente (photocopieur) : voir § 3.3.2.

Sur l'utilisation des ordinateurs pendant la journée, il existe plusieurs études permettant de tirer des conclusions assez fiables. Norford et al. (réf.[3.10]) ont étudié l'utilisation de la bureautique dans trois bâtiments de bureaux aux USA, et Roturier et al. (réf.[3.11]) présentent des observations sur plusieurs bâtiments du tertiaire en France : deux grands bâtiments de bureaux (Tour Descartes, et Ministère des Finances) et 50 bâtiments du tertiaire dans la région de Bordeaux. Les observations sont suffisamment homogènes pour suggérer qu'actuellement la plupart des ordinateurs sont allumés pendant les heures normales de travail, mais arrêtés la nuit et les week-ends. Bien sûr, allumé ne veut pas dire utilisé.

L'augmentation de la consommation due à « l'effet réseau » est probable. Il s'agit de la tendance à laisser allumé un appareil particulier pour ne pas empêcher le bon fonctionnement de tout autre matériel qui y est relié par le même réseau. Des imprimantes sont partagées entre plusieurs ordinateurs et ne sont en conséquence jamais éteintes. Par ailleurs, le fax intégré dans un ordinateur oblige à laisser ce dernier en marche en permanence pour ne pas empêcher la réception des messages. Le tableau 3.1 (réf.[3.8]) indique l’usage des ordinateurs selon le type de travail. 3.3.2. PUISSANCE AFFICHEE ET

ABSORBEE La figure 3.2 montre la puissance réelle (en axe vertical) et la puissance affichée (en axe horizontal) pour une gamme représentative de matériels (réf.[3.10]). Pour le matériel de bureautique il y a un écart très important, d'un facteur de 2 à 4, entre la puissance affichée et la puissance réelle. La puissance réelle des ordinateurs personnels est généralement dans la fourchette de 50 à 200 W. En première approximation, on pourra considérer que la puissance absorbée est égale au tiers de la puissance affichée

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Tableau 3.1 - Usage des ordinateurs (réf.[3.8])

Figure 3.2 - Puissance affichée et puissance mesurée de plusieurs types de matériel de bureautique (fin des années 80) (réf.[3.10])

peak = maximum – average = moyenne La variation de la puissance en fonction de l'utilisation a été pendant longtemps négligeable pour les ordinateurs. Cependant, des économiseurs d’énergie sur le disque dur et le ventilateur sont devenus courants sur les nouvelles machines. Ils permettent de substantielles réductions d’appels de puissance : 15 à 25 W par unité centrale alors que celle-ci absorbe de 40 à 80 W en mode actif (réf.[3.9], [3.13], [3.14]). La consommation des copieuses et des imprimantes peut varier fortement (pour les imprimantes de la figure 3.2 il y a une augmentation par un facteur d'environ deux pendant l'impression par rapport à la consommation moyenne). En croisant différentes sources (réf.[3.5], [3.9], [3.13], [3.14], [3.15]), on peut établir des valeurs typiques de puissances absorbées par appareil et des pourcentages de temps d’utilisation par mode d’utilisation. Le tableau 3.2 rassemble ces données.

Usage des ordinateurs

Utilisé en continu

Utilisation intermittente

Non utilisé

Directeur 45 % 45 % 10 % Dactylo 100 % 0 % 0 % Employé 52 % 33 % 15 % Ingénieurs 57 % 32 % 11 % Dessinateurs 40 % 47 % 13 % Expert 23 % 51 % 26 % Vendeurs 75 % 12 % 13 % Comptables 78 % 7 % 15 % Équipe d’assurance 75 % 25 % 0 %

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Unités centrales de PC Éteint Veille Actif standard 0 à 5 W 100 W 110 W « Energy Star » 0 à 3 W 15 à 25 W 40 à 80 W durée de fonctionnement (1) 70 % 5 % 25 %

Écrans de PC « Energy Star » Éteint Économiseur

d’énergie Économiseur d’écran (veille

classique)

Actif

14" à 15" 0 à 3 W 20 W 55 W 60 W 17" à 21" 0 à 5 W 15 W 85 W 95 W durée de fonctionnement (1) 70 % 5 % 13 % 12 %

Imprimantes Éteint Veille Actif laser 0 à 10 W 25 à 30 W 180 à 280 W jet d’encre 0 à 6 W 10 à 20 W 55 W durée de fonctionnement (1) 70 % 25 % 5 %

Photocopieurs Éteint Veille Attente Copies petits ou moyens (moins de 60 copies/mn)

0 à 5 W 80 à 100 W 150 W 1700 W

grands (plus de 60 copies/mn) 0 à 5 W 175 W 350 W 1800 W durée de fonctionnement (1) 60 % 30 % 5 % 5 %

Télécopieurs Éteint Attente Actif laser 0 à 5 W 40 W 150 à 300 W jet d’encre 0 à 5 W 15 W 40 W durée de fonctionnement (2) 45 % 50 % 5 %

(1) sur 24 h d’un jour ouvré de bureaux (~ 245 jours/an) (2) sur 24 h d’un jour de l’année hors congés (~ 330 jours/an)

Tableau 3.2 - Puissances absorbées des équipements de bureautique et répartition des modes de fonctionnement

Une donnée intéressante est la puissance installée par m². La croissance rapide du parc informatique amène à considérer deux variables séparées : la puissance typique par m², dans un bureau équipé d'un PC, et le taux d’occurrence d'un tel PC. La surface d'un bureau est de l'ordre de 10 m², et un PC avec quelque matériel supplémentaire consomme typiquement environ 200 W. Roturier et al. (réf.[3.11]) observaient dès 1990 un taux d'occurrence d'environ 50 %. Les tendances suggèrent qu'on s'achemine vers un PC par salarié. En 1998, on constatait environ 2 PC pour 3 personnes (réf.[3.13]). C'est pourquoi la puissance installée de la bureautique approche la puissance de l'éclairage, traditionnellement dans la fourchette de 10 à 30 W/m² dans les bureaux. Mais si les consommations d'éclairage risquent de diminuer grâce aux nouvelles technologies (ballasts haute fréquence, réflecteurs améliorés, et éclairage naturel avec détecteur d'occupation), le secteur de l'informatique continue son expansion. 3.3.3. ESTIMATION

DES CONSOMMATIONS En appliquant les principes généraux (§ 3.2), en particulier l’équation 3.4, avec les données-types du tableau 3.2, il est possible d’évaluer la consommation des matériels de bureautique. Il faudra préalablement définir sur quelles durées s’effec-tuera cette évaluation. Exemple : pour estimer la consommation annuelle de l’ensemble des matériels de bureautique, ces durées peuvent être : - pour les télécopieurs : 330 jours x 24 h = 7 920 h - pour les autres matériels : 245 jours x 24 h = 5 880 h. Il suffit ensuite de pondérer ces durées par les puissances absorbées typiques et les pourcentages de mode de fonctionnement.

Exemples : - pour un PC avec écran 17” « Energy Star », en prenant

des valeurs moyennes dans le tableau 3.2 : 5880 h x 10-3 kW x ( 0,7 x (1,5 + 2,5) + 0,05 x (20 + 15) + (0,25 x 60) + (0,13 x 85) + (0,12 x 95)) = 5880 h x 10-3 kW x 42 = 247 kWh.

- pour un télécopieur jet d’encre : 7920 h x 10-3 kW x (( 0,45 x 2,5) + (0,50 x 15) + (0,05 x 40)) = 7920 h x 10-3 kW x 10,6 = 84 kWh.

Ce mode de calcul doit aussi tenir compte du fait que certains matériels présents ne sont pas systématiquement utilisés, en particulier les ordinateurs (voir § 3.3.1). Il y aura lieu d’effectuer une pondération selon la probabilité d’utilisation.

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Ces estimations supposent que le parc bureautique est connu. Dans le cas contraire, on peut le cerner en se basant sur le nombre d’employés et en appliquant les taux d’équipe-ment suivants : - unité centrale + écran : de 0,7 à 1 unité par personne - imprimante : de 0,5 à 1 unité par personne - photocopieur et fax : 1 appareil pour 20 personnes. Quelques ratios permettent une estimation rapide : - Imprimantes : réf.[3.14] laser : 160 kWh/an jet d’encre : 60 kWh/an - Photocopieurs : réf.[3.14] 550 kWh/an réf.[3.13] Puissances moyennes pendant la période d’occupation : petit copieur : P = 250 W grand copieur : P = 350 W d’après le BRESCU (cité en [3.13]) : 22 kWh/m2.an - Unités centrales : réf.[3.14] PC 486 : ~ 70 kWh/an Pentium : ~ 100 kWh/an - Écrans : réf.[3.14] 14” à 15” : ~ 100 kWh/an 17” à 21” : ~ 315 kWh/an - Télécopieurs : réf.[3.13] laser : 308 kWh/an jet d’encre : 72 kWh/an réf.[3.14] 130 kWh/an

3.4. AUTRES USAGES Parmi les autres usages on peut citer : • la force motrice

(ascenseurs, escaliers mécaniques...), • les équipements de cuisine, • les équipements d'hôpital, ... Les principes du calcul sont les mêmes que ceux décrits ci-dessus. C'est-à-dire qu'il faut connaître la puissance appelée et l'utilisation du matériel. 3.4.1. ASCENSEURS Il est difficile de trouver des renseignements généraux sur la consommation énergétique des ascenseurs. Selon une enquête ce poste semble représenter environ 2 % par rapport à la consommation de chauffage (réf.[3.16)]. Pour les ascenseurs en hôtellerie, on estime la consommation à 0,2 kWh/chambre louée (réf.[3.17]) Pour les bâtiments de soins, on estime la consommation des moyens d’élévation entre 4 et 6 kWh/m².an (réf.[3.18]). La puissance de démarrage (phase d'accélération) peut être assez différente de la puissance moyenne (vitesse nominale). L'utilisation dépend du comportement humain et de la gestion. Dans un bâtiment avec plusieurs ascenseurs l'utilisation peut être très différente entre une gestion intelligente (seul l'ascenseur le plus proche ou déjà en route dans le bon sens répond à un appel) et un contrôle bête (tous les ascenseurs répondent au même appel).

Quant à la puissance, l'ordre de grandeur peut être autour de 30 kW au démarrage et 10 kW en moyenne (réf.[3.16]). En résidences pour personnes âgées, les ascenseurs consomment 2,4 kWh/m².an s’ils sont mécaniques ou 3,9 kWh/m².an s’ils sont hydrauliques (réf.[3.19]). En immeubles de bureaux, des mesures sur quelques bâtiments indiquent des consommations variant de 4 à 8 kWh/m².an (réf.[3.20]). Les nouveaux matériels, plus efficaces, tendraient à se situer au minimum de cette fourchette (réf.[3.13]). Il est possible d’estimer des consommations annuelles par appareil ramenées au kg de charge en utilisant les résultats d’une étude de l’ENTPE (réf. [3.21]) : - ascenseur ou monte-malade : charge ≤ 375 kg : 17 à 20 kWh/kg.an charge > 375 kg : 12 kWh/kg.an - monte-malade : charge ≥ 2000 kg : 16 kWh/kg.an. Deux ratios par appareil sont aussi utilisables : - pour les bureaux : ~ 7 500 kWh/appareil.an - pour les hôtels : ~ 5 700 kWh/appareil.an 3.4.2. AUTRES EQUIPEMENTS Pour les restaurants et les cuisines (cuisson + chambres froides) on peut utiliser les ratios suivants: - 0,7 kWh/repas, ratio déduit de (réf.[3.22]), - 0,37 kWh/repas en liaison froide et 0,45 kWh/repas en

liaison chaude, ratios déduits de (réf.[3.23]) (en ajoutant les consommations d’eau chaude-laverie, de chauffage, de ventilation et de divers équipements, on obtient respectivement 1,05 et 1,69 kWh/repas).

Pour les blanchisseries en hôpitaux, on peut retenir les ratios suivants : 37 à 70 kWh/m² ou 2,5 kWh/kg linge (réf.[3.18]). On retrouve un ratio proche pour les résidences pour personnes âgées : 1,6 à 2,5 kWh/kg linge (réf.[3.24]). Pour les équipements hospitaliers, les consommations de l’incinérateur varient de 13 à 19 kWh/m².an et celles des autres équipements (surpression, nettoyage, transports pneumatiques, station d’épuration, stérilisation, équipe-ments médicaux...) représentent 15 à 16 kWh/m².an réf.[3.18].

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CHAPITRE 4

L’EAU CHAUDE SANITAIRE 4.1. PRINCIPES GÉNÉRAUX 4.2. MÉTHODE RAPIDE PAR RATIOS 4.3. MÉTHODE D’ESTIMATION

4.3.1. ESTIMATION DES BESOINS « Becs » 4.3.2. ESTIMATION DES RENDEMENTS « Recs »

4.3.2.1. Systèmes décentralisés 4.3.2.2. Systèmes centralisés

4.3.3. ESTIMATION DU FACTEUR DE RECUPERATION « Récup » 4.3.4. EVALUATION DU COUT DU KWH « Pecs »

4.4. MÉTHODE DÉTAILLÉE 4.4.1. DETERMINATION DES BESOINS « Becs »

4.4.1.1. Température de l’eau chaude sanitaire 4.4.1.2. Température moyenne d’eau froide 4.4.1.3. Volume d’ECS utilisé

4.4.2. DETERMINATION DU RENDEMENT MOYEN « Recs » 4.4.2.1. Températures ambiantes moyennes « Tamb » 4.4.2.2. Rendement de distribution « Rde » 4.4.2.3. Rendement de stockage « Rs » 4.4.2.4. Rendement de génération « Rge »

4.4.3. DETERMINATION DU FACTEUR DE RECUPERATION « Récup » 4.4.3.1. Récupération d’énergie solaire 4.4.3.2. Préchauffage d’ECS par récupération sur le groupe frigorifique de climatisation

4.4.4. CALCUL DES PERTES RECUPERABLES POUR LE CHAUFFAGE OU DES CHARGES SUPPLEMENTAIRES POUR LA CLIMATISATION

4.4.5. CONSOMMATIONS DES AUXILIAIRES D’ECS « CAXECS » 4.4.6. REPARTITIONS TARIFAIRES POUR LES CONSOMMATIONS

ELECTRIQUES 4.4.7 DEFINITION DES ZONES CLIMATIQUES (INSOLATION ET TEMPERATURE D’EAU FROIDE

« TEF »)

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4.1. PRINCIPES GENERAUX Les consommations pour la production d’eau chaude sanitaire peuvent s’évaluer selon : - une méthode rapide simplifiée qui définit des consom-

mations annuelles sous forme de ratios, - une méthode d’estimation, qui consiste à exprimer les

consommations annuelles à partir des besoins et des rendements des installations-types,

- une méthode détaillée qui s’applique mois par mois.

Cependant, et contrairement à d’autres postes de consommation, la fourniture d’ECS peut être considérée comme indépendante des variations climatiques saison-nières. En conséquence, il est aussi proposé un calcul annuel (ou saisonnier pour les énergies à coût variable dans l’année).

Les coûts d’exploitation pour la production d’ECS se cal-culent à partir des consommations, exprimées en kWh/an, multipliées par le coût unitaire de l’énergie utilisée. Dans le cas de l’électricité, ce coût unitaire correspond à un coût moyen annuel qu’il faut préalablement établir. A ces coûts, s’ajoutent des coûts fixes correspondant à la part d’abonnement.

4.2. METHODE RAPIDE PAR RATIOS Cette méthode consiste à établir des ordres de grandeur en utilisant des ratios de consommation annuelle, par secteur d’activité. Ces ratios ont été établis à partir de besoins unitaires s’appuyant sur les références citées au § 4.4, de calculs utilisant des ratios de consommation d’énergie par m3 d’eau chaude (réf.[4.1]) et en confrontant ces résultats à quelques ratios existants. En hôtellerie, la consommation peut s’exprimer en kWh/nuitée. Elle est de l’ordre de 5 à 9 pour un système électrique et de l’ordre de 6 à 12 pour un système à combustible. En immeuble de bureaux, on estime que les consomma-tions varient de 2 à 5 kWh/m2.an. En bâtiment de soins, les consommations d’ECS varient fortement selon la taille de l’établissement et selon les types d’activité. Les ratios suivants peuvent s’appliquer pour des hôpitaux de taille assez importante : • de 15 à 25 kWh/m2.an lorsque l’électricité est prépon-

dérante • de 17 à 30 kWh/m2.an lorsque les combustibles sont

principalement utilisés. En bâtiments d’enseignement, les ratios sont très variables selon la taille du bâtiment, le type et le niveau d’enseignement, l’importance relative des laboratoires, la présence d’un internat, le type de liaison en cuisine, le nombre de rationnaires. On peut estimer que la consommation est comprise entre 2 et 10 kWh/m2.an.

Pour un bâtiment sans internat : • de 2 à 6 kWh/m2.an en ECS électrique • de 3 à 10 kWh/m2.an en ECS par combustible. En équipement sportif, les ratios dépendent principale-ment de la fréquentation des lieux. En considérant qu’un usager prend une douche par visite, les consommations seront de l’ordre de 2 kWh/usager en ECS électrique et 3 kWh/usager en ECS combustible.

4.3. MÉTHODE D’ESTIMATION La consommation d’ECS en [kWh/an], notée Cecs, s’exprime par :

Recsecup)RBecs.(1Cecs −= (4.1)

avec : • Becs : besoins d’ECS [kWh/an] • Recs : rendement moyen de l’installation • Récup : facteur de récupération moyen annuel. Le coût d’exploitation sera égal à Cecs.Pecs (en F/an), Pecs étant le coût unitaire moyen TTC de l’énergie utilisée. 4.3.1. ESTIMATION DES BESOINS

ANNUELS « Becs » En appliquant les formulations retenues dans la méthode détaillée (§4.4), il est proposé des coefficients précalculés pour estimer rapidement Becs, en [kWh/an]. Hôtellerie (hébergement sans restauration, avec blanchis-serie) : Becs dépend de la catégorie de l’hôtel et du nombre de nuitées louées dans l’année « Nn ».

Nn = Nj.Copp.Nch.

avec : - Nj : nombre de jours d’ouverture dans l’année - Copp : coefficient moyen d’occupation (souvent entre 0,6 et 0,9) - Nch : nombre total de chambres. En considérant un nombre moyen de clients par chambre louée égal à 1,5 :

Nn.KhotBecs = (4.2)

avec Catégorie 0 * : Khot = 3,8 Catégorie 1 * : Khot = 4,2 Catégorie 2 * : Khot = 5,3 Catégorie 3 * : Khot = 6,4 Catégorie 4 * : Khot = 7,5

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Restaurants : En cuisine traditionnelle, on peut utiliser une formule sta-tistique (réf.[4.2]) : - Si le nombre de repas quotidiens « Nrep » est compris entre 25 et 300 :

Nj.Nrep).2120Nrep.5

10000.(058,0Becs ++

= (4.3)

- Si Nrep > 300 :

Becs = 0,464.Nrep.Nj (4.4)

En restauration rapide :

Nj.Nrep.29,0Becs = (4.5)

Bureaux : Becs = 66.Nbper (4.6) avec : Nbper : nombre moyen de personnes occupant les lieux. Bâtiments de soins : - En hôpitaux ou cliniques :

Nbhop.54,7Becs = (4.7)

avec : Nbhop : nombre de journées d’hospitalisation par an dans l’établissement. - En hospices :

Nbhop.21,6Becs = (4.8) Bâtiments d’enseignement : Les bâtiments d’enseignement recouvrent un très grand nombre de cas, de la petite unité d’école maternelle jusqu’à une importante université. Aussi, les besoins d’ECS concernent ici seulement l’héber-gement (internat) et la restauration (cantines/self). Sont exclus les besoins spécifiques tels que les laboratoires, piscines,... - S’il existe un internat :

intNb.542Becs = (4.9)avec : Nbint : nombre moyen d’internes dans l’établissement (hébergement + pension complète 187j/an) - S’il existe un lieu de restauration : Becs = 0,464.Nrep.Nj (4.10) par exemple, si une cantine fonctionne 6 jours/semaine, soit 153 j/an : Becs = 71 kWh/an par demi-pensionnaire.

4.3.2. ESTIMATION DES RENDEMENTS

« Recs » On considère des rendements-types pour deux catégories d’installation : • les systèmes décentralisés (chauffe-eau électriques,

chaudière ou chauffe-bain gaz à production instan-tanée). Ces systèmes sont plutôt adaptés à des faibles besoins (zones d’enseignement, bureaux) ;

• les systèmes centralisés composés d’un générateur,

d’un stockage et/ou d’un échangeur, d’une boucle de distribution et de piquages pour les différents puisages.

4.3.2.1. SYSTEMES DECENTRALISES Pour un chauffe-eau électrique :

Recs = 0,80 Pour un générateur gaz à production instantanée :

Recs = 0,50 4.3.2.2. SYSTEMES CENTRALISES Ces systèmes se différencient principalement par le type de générateur. La liaison entre le générateur et le réseau de distribution peut comporter un stockage important (accumulation), un stockage « tampon » (semi-accumulation), ou seulement un échangeur (production instantanée). Dans ces trois cas, les pertes sont sensiblement identiques. Si on souhaite les différencier, il faut se référer au §4.4. On considère une distribution d’ECS en boucle de bonne qualité : elle est supposée correctement isolée et les piquages ne dépassent pas 8 mètres de longueur. Pour les grands chauffe-eau électriques : Recs = 0,70 Pour les chaufferies à combustible : Gaz à condensation : Recs = 0,60 Gaz haut rendement et basse température : Recs = 0,55 Fuel basse température : Recs = 0,55 Fuel haut rendement : Recs = 0,50 Pour les accumulateurs-gaz ou fuel :

Recs = 0,60 Pour les sous-stations de réseaux de chaleur : Eau < 100°C : Recs = 0,65 Eau > 100°C ou vapeur : Recs = 0,60 Pour les pompes à chaleur : PAC air/eau : Recs = 1,7 PAC eau/eau : Recs = 2,1.

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4.3.3. ESTIMATION DU FACTEUR DE RECUPERATION « RECUP »

Sont envisagés ici deux types de récupération non cumulables : • Préchauffage d’ECS par capteurs solaires. En supposant un dimensionnement correct de l’installation, les valeurs de « Récup » dépendent de la zone d’ensoleillement (cf.§4.4.7, tableau 4.16) : En zone I1 : Récup = 0,30 En zone I2 : Récup = 0,40 En zone I3 : Recup = 0,50 En zone I4 : Récup = 0,65 • Préchauffage d’ECS par récupération sur le groupe

frigorifique de climatisation : On suppose que le système de climatisation fonctionne toute l’année. La récupération dépend de la zone climatique (cf.§4.4.7, tableau 4.16) : En zone H3 : Récup = 0,65 Autres zones : Récup = 0,60. 4.3.4. EVALUATION DU COÛT DU KWH « Pecs » Il suffit de se référer aux documentations des producteurs d’énergie ou bien de consulter le service télématique du

Ministère de l’industrie : ENERSTAT (0836011414 ou 3614 ou 3623). Pour l’électricité, il faut en plus répartir la consommation « Cecs » selon les tranches tarifaires horo-saisonnières : voir tableaux 4.14 et 4.15. 4.4. METHODE DETAILLEE 4.4.1. DETERMINATION DES BESOINS « Becs » Par zone fonctionnelle et pour une période donnée, les besoins d’eau chaude sanitaire s’expriment en [kWh] par :

Tef) - (Tecs . Qecs . 1,163 = Becs (4.11) avec : - Tecs : température de l’eau chaude sanitaire produite

[°C] - Tef : température moyenne d’eau froide sur la période

[°C] - Qecs : volume d’ECS consommé sur la période [m3] 4.4.1.1. TEMPERATURE DE L’EAU CHAUDE SANITAIRE Souvent proche de 60°C, Tecs peut prendre des valeurs différentes dans les zones d’hébergement où l’ECS est distribuée à environ 50°C en hôtellerie, 40°C dans les chambres d’hôpitaux et 45°C en internat : dans ce cas, Qecs est souvent définie en quantités équivalentes d’eau à 60 °C (voir § 4.4.1.3). Ainsi, on considérera toujours Tecs = 60°C dans l’équation (4.11).

Site janv. février mars avril mai juin juillet août sept. oct. nov. déc. Ajaccio 10 10 11 14 16 18 19 19 18 16 14 11 Nice 10 10 11 14 16 18 19 19 18 16 14 11 Marseille 10 10 11 14 16 18 19 19 18 16 14 11 Nîmes 9 9 10 13 15 17 18 18 17 15 13 10 Perpignan 10 10 11 14 16 18 19 19 18 16 14 11 Toulouse 7 7 8 11 13 15 16 16 15 13 11 8 Biarritz 8 8 9 12 14 16 17 17 16 14 12 9 Bordeaux 7 7 8 11 13 15 16 16 15 13 11 8 Embrun 5 5 6 9 11 13 14 14 13 11 9 6 Clermont-Fd 6 6 7 10 12 14 15 15 14 12 10 7 Grenoble 6 6 7 10 12 14 15 15 14 12 10 7 Lyon 6,5 6,5 7,5 10,5 12,5 14,5 15,5 15,5 14,5 12,5 10,5 7,5 Besançon 5 5 6 9 11 13 14 14 13 11 9 6 Poitiers 6,5 6,5 7,5 10,5 12,5 14,5 15,5 15,5 14,5 12,5 10,5 7,5 Angers 6,5 6,5 7,5 10,5 12,5 14,5 15,5 15,5 14,5 12,5 10,5 7,5 Brest 6 6 7 10 12 14 15 15 14 12 10 7 Rennes 6 6 7 10 12 14 15 15 14 12 10 7 Rouen 5 5 6 9 11 13 14 14 13 11 9 6 Paris 6 6 7 10 12 14 15 15 14 12 10 7 Strasbourg 6 6 7 10 12 14 15 15 14 12 10 7 Nancy 5 5 6 9 11 13 14 14 13 11 9 6 Reims 5 5 6 9 11 13 14 14 13 11 9 6 Lille 5 5 6 9 11 13 14 14 13 11 9 6

Tableau 4.1 - Températures moyennes mensuelles de l’eau froide

distribuée dans vingt-trois villes françaises, d’après (réf.[4.1])

30

4.4.1.2. TEMPERATURE DE L’EAU FROIDE Pour un calcul mensuel ou saisonnier, on peut utiliser les valeurs indicatives de Tef données dans le tableau 4.1. Il est cependant fréquent en zone urbaine de trouver l’eau froide à des températures plus élevées, notamment pendant l’été. Les données du tableau 4.1 peuvent être retrouvées en exprimant la température d’eau froide au mois numéro « m » par la relation suivante (avec une erreur absolue maximale de 0,5°C) :

)6

5,1m.cos(7,4Tef)m(Tef −π×−= (4.12)

Tef est donné dans le tableau 4.2 Pour un calcul annuel, on considère que Tef varie avec une bonne concordance selon les zones climatiques de la réglementation thermique (Tableau 4.3) :

Site Tef Ajaccio, Nice, Marseille, Perpignan 14,7 Nîmes 13,7 Biarritz 12,7 Toulouse, Bordeaux 11,7 Lyon, Poitiers, Angers 11,2 Clermont-Ferrand, Grenoble, Brest, Rennes, Paris, Strasbourg

10,7

Embrun, Besançon, Rouen, Nancy, Reims, Lille

9,7

Tableau 4.2 - Température moyenne annuelle d’eau froide pour 23 sites

Zone climatique (cf. § 4.4.7)

Température moyenne d’eau froide (°C)

H1 10,5 H2 12 H3 14,5

Tableau 4.3 - Température moyenne annuelle d’eau

froide pour les zones climatiques d’hiver 4.4.1.3. VOLUME D’ECS UTILISE Qecs est défini selon le nombre de jours d’utilisation par période de la zone, noté « Nj », le nombre moyen journalier d’unités, noté « Nu » et la consommation quotidienne d’eau chaude sanitaire par unité, notée « qecs ».

Nu.Nj.qecs.001,0Qecs = [m3 à 60°C] (4.13) Remarque : Les données du terrain montrent que le volume d’eau mitigé et la température d’utilisation sont constants tout au long de l’année. En toute rigueur, Qecs devrait augmenter quand Tef diminue et inversement. Ainsi, par exemple, pour un calcul mensuel, il faudrait introduire une correction tenant compte de la variation mensuelle de Tef pour exprimer l’invariance des besoins au puisage :

TefTecsTefTu.

)m(TefTu)m(TefTecs.Qecs)m(Qecs

−−

−−=

[m3 à 60°C] (4.14)

où : Qecs(m) est le volume corrigé d’eau à 60°C du mois m,

Tef(m) et Tef sont définis pour l’équation (4.12) Tecs = 60°C Qecs est le volume d’eau à 60°C pour la température

Tef (cf. équation (4.13)) Tu est la température d’usage d’eau mitigée. Cependant, cette correction n’aurait de sens que si les valeurs statistiques ou expérimentales de Qecs étaient connues en fonction de Tef. Or, les données disponibles caractérisant les besoins en eau chaude pour les différents secteurs ne sont pas déterminées avec la précision requise. Aussi, la formule (4.14) ne doit être utilisée que pour affiner un calcul sur un site et un projet précis (avec des valeurs particulières de Tef et Tu). Son emploi systématique n’induirait qu’une précision illusoire. Les sources disponibles ont été rapprochées pour tenter d’obtenir une vision synthétique. Elles sont souvent exprimées sous la forme de « qecs », c’est-à-dire par jour et par unité et pour Tecs = 60°C. D’où l’expression choisie pour Becs (formule (4.11)). Les « unités » diffèrent selon les secteurs et les zones fonctionnelles : En hébergement d’hôtellerie, il s’agit d’une chambre occupée (louée). Pour les bâtiments de soins et d’ensei-gnement (internats), il s’agit d’un lit. En restauration, il s’agit d’un repas (les petits déjeuners sont équivalents à un demi-repas). En bâtiment de soins, l’unité peut être ramenée au lit par commodité pour le calcul (cf. tableau 4.4). En zones ou bâtiments de bureaux et de sports, l’unité est la personne. Les données du tableau 4.5 s’appuient sur les sources suivantes : Hébergement d’hôtellerie (toilette) La formule qecs = (12,5.Ne + 25)k.c provient d’une linéarisation effectuée à partir des données tirées de (réf.[4.2], [4.3], [4.4], [4.5], [4.6], [4.7], [4.8]). Restauration d’hôtellerie Les données pour la cuisine traditionnelle, notamment, la corrélation statistique exprimant « qecs » en fonction du nombre quotidien de repas, ont été déduites à partir de (réf.[4.2]). Les données concernant la restauration rapide (self) pro-viennent de (réf.[4.3]).

31

Blanchisserie d’hôtellerie Cette référence précise la quantité de linge utilisée (0,45 à 0,48 kg/repas, 2,7 à 4,5 kg/chambre louée). Les valeurs retenues pour établir « qecs » sont respectivement 0,5 et 4 kg, valeurs hautes dans les fourchettes pour tenir compte que ces données concernent des hôtels 1* et 2*. Elles concordent assez bien avec des valeurs citées dans le document (réf.[4.11]). Hébergement en bâtiments de soins Différentes sources indiquent des valeurs de « qecs » a priori assez divergentes (de 40 à 150 litres/lit.jour). Des hypothèses très différentes expliquent en partie cette dispersion : température de l’eau (37 à 55°C), prise en compte ou non des besoins pour la restauration, taux d’occupation non spécifiés. Les valeurs choisies, 60 litres à 60°C/lit.jour en hôpitaux publics et privés et 40 litres à 60°C/lit.jour en hospices proviennent de (réf.[4.12]). Ces valeurs, en terme de consommation d’énergie, sont équivalentes respectivement à 100 et 67 litres à 40°C/lit.jour, 40°C étant la température usuelle d’eau chaude dans les chambres. Restauration en bâtiments de soins La référence [4.12] indique des quantités d’eau « qecs » de 12 litres à 60°C/repas. Pour faciliter le cumul des différentes quantités d’eau, on peut ramener par lit le nombre de repas quotidiens et exprimer directement « qecs » par lit. L’étude (réf.[4.13]) donne les valeurs des coefficients d’occupation « Cocc » et d’encadrement « Cenc » dans les bâtiments de soins. Avec : J : nombre de jours d’hospitalisation/an L : nombre de lits de l’établissement Pe : effectif du personnel, et en supposant que chaque malade prenne 2,5 repas/jour, que le personnel d’encadrement prenne, en moyenne, 1 repas par jour (60% de l’effectif à midi, 40% le soir), on peut calculer le nombre de repas par lit (occupé ou non) et par jour, selon le tableau 4.4. Bâtiments de soins Publics Privés Hospices Cocc = J/(365.L) 0,78 0,882 0,954 Cenc = Pe/L 0,9 0,9 0,3 Nb repas/lit.jour = 2,5.Cocc + Cenc

2,85 3,1 2,68

Tableau 4.4 - Nombre de repas équivalent par lit

et par jour dans les bâtiments de soins Les besoins d’ECS sont déduits facilement de ces valeurs. Pour les hôpitaux publics, par exemple : qecs = 12 . 2,85 = 34 l/lit.jour.

Blanchisserie en bâtiments de soins Les données sont déduites de (réf.[4.2]) (4 litres d’ECS/kg linge sec) et de (réf.[4.10]). Dans ce secteur, la production d’ECS est étroitement liée au procédé (lavage, essorage et séchage). Généralement, la blanchisserie emploie de la vapeur qui servira aussi bien au chauffage des eaux de lavage et de rinçage, qu’au séchage du linge. En outre, différents systèmes de récupération sur les eaux chaudes à évacuer peuvent être mis en œuvre. Aussi, il est difficile et un peu artificiel de séparer le poste ECS des autres postes consommateurs d’énergie. Les consommations d’énergie de la blanchisserie repré-sentent entre 10 et 20 % de la consommation totale. On pourra se reporter à différents documents pour établir des bilans globaux, ou encore trouver des ratios intéressants dans (réf.[4.14], [4.15], [4.16], [4.17] et [4.18]). Deux ratios exprimés par unité de surface hors œuvre permettent de définir un ordre de grandeur de la consom-mation de la zone « blanchisserie » : La vapeur généralement produite à partir d’une chaufferie au combustible, le plus souvent au gaz , nécessite entre 35 et 70 kWh/m².an. En première approche, on peut prendre une valeur moyenne : 42 kWh/m².an. La force, l’éclairage et la ventilation représentent environ 2 kWh/m².an. Hébergement en bâtiments d’enseignement Une annexe de l’additif au Cahier des Clauses Techniques Particulières (1978), de décembre 1981, indique que le système d’ECS pour un internat doit pouvoir fournir 35 litres à 45°C/lit.jour. Ce chiffre est présenté comme un minimum à atteindre (réf.[4.19]). Il globalise deux exigences du CCTP : 20 litres à 45°C chaque jour pour la toilette et 30 litres à 45°C pour la douche, 3 fois par semaine (soit ~15 litres/jour à 45°C), soit un équivalent de 25 litres/jour à 60°C, ou encore 30 litres à 60°C/lit.jour en intégrant des besoins en blanchisserie. Restauration en bâtiments d’enseignement Différentes sources déjà citées donnent des valeurs de « qecs » variant de 6 à 10 litres à 60°C/repas. On considérera une valeur moyenne de 6 litres à 60°C/repas en se référant à (réf.[4.19]).

32

Bureaux Différentes sources indiquent des valeurs situées entre 5 et 8 litres à 50°C par personne et par jour : (réf.[4.20], [4.21], [4.22], [4.23] et [4.26]).On prendra : qecs = 5 litres à 60°C/personne.jour (soit environ 6 litres à 50°C) pour les activités et, selon [4.26], on peut estimer qecs pour les repas entre 5 et 8 litres à 60°C par repas.

Établissements sportifs (hors piscine) Quelques références [4.24], [4.25], [4.26], [4.27], permet-tent d’établir une fourchette de valeurs de « qecs ». Pour les douches : entre 25 et 50 litres à 60°C par utilisateur, selon les sports pratiqués. Les valeurs hautes correspondent à des sports collectifs très actifs : rugby, football...

Notes : (a) Ne : nombre d’étoiles de l’hôtel ; si les blocs-douches sont à l’extérieur des chambres (hôtel 0*), on

considérera que Ne = 0,6. k : coefficient correcteur ; k = 1,35 si hôtel de montagne, k = 1 dans les autres cas. c : nombre moyen de clients par nuitée : affaire : c = 1 tourisme : c = 2 sports d’hiver : c = 2,5 selon le type de clientèle, on peut utiliser des valeurs intermédiaires.

(b) Cuisine traditionnelle, pour 100 à 150 repas/jour. Dans cette fourchette, on peut prendre la valeur moyenne de 16 litres/repas. qecs décroît si le nombre de repas servis quotidiennement, « Nrep », croît. On peut alors appliquer une formule statistique plus précise :

)120Nrep.5/(00010qecs += [litres/repas] (c) Restauration rapide (self) (d) Les consommations liées à l’ECS, de l’ordre de 35l/lit.jour sont difficilement discernables d’autres postes

de traitement du linge. Tableau 4.5 - Valeurs courantes de « qecs », en litres à 60°C par jour et par unité

Le tableau 4.6 donne les valeurs de « Nu ».

Nu HEBERGEMENT RESTAURATION ACTIVITES Hôtellerie Nch.Toch (1) nombre de repas Nbper (2) Bâtiments de soins

nombre de lits nombre de lits -

Bâtiments d’enseignement

nombre de lits nombre de repas -

Bureaux - nombre de repas Nbper (2) Équipements sportifs

- nombre de repas Nbper (2)

Notes :

(1) Nch.Toch représente le nombre de chambres louées chaque jour. Nch est le nombre de chambres construites et Toch le taux moyen d’occupation des chambres sur la période. Habituellement, Toch se situe entre 60 et 90% en moyenne annuelle.

(2) Nbper est le nombre d’occupants. Pour un hôtel ou un restaurant, il s’agit du personnel, pour un équipement sportif, il s’agit du nombre de pratiquants.

Tableau 4.6 - Valeurs de « Nu »

Fonctions HEBERGEMENT RESTAURATION ACTIVITES Hgen Hblan Rblan Repas Hôtellerie (12,5 Ne + 25).k.c

(a) 16 2 12 à 20 (b)

5(c) 5

Bâtiments de soins : publics privés hospices

60 60 40

(d) (d) (d)

34 37 32

- - -

Bâtiments d’enseignement

30 (Hgen + Hblan) 25

- 6 -

Bureaux - - - 5 à 8 5 Établissements sportifs

- - - (b) ou (c) 25 à 50

33

Le tableau 4.7 donne des valeurs indicatives de « Nj ».

mois 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 année Hôtellerie cas par cas (1) Bâtiments de soins

31 28 31 30 31 30 31 31 30 31 30 31 365

A 24 22 13 12,5 20,5 23 0 0 16,5 20 19 16,5 187 Bâtiments B 22 20 12 12 18 21 0 0 15 18 17 15 170 d’enseignement C 20 18 11 10,5 16 19 0 0 13 16,5 15,5 13,5 153 (2) D 18 16 10 9 14 18 0 0 11 15 14 12 137 Bureaux 22 20 22 21 17 21 22 0 22 22 21 17 227 Équipements sportifs

cas par cas (3)

Notes : (1) Le nombre de jours d’ouverture d’un hôtel ou d’un restaurant est très variable.

Exemples : Nj = 365 en ouverture permanente Nj = 287 en ouverture 11 mois/an et 6 jours/semaine Nj = 182 en ouverture « estivale » du ¼ au 30/09.

(2) Le nombre de jours d’occupation varie selon le type d’école (maternelle, primaire, secondaire, supérieure), mais

aussi selon le statut (privé, public), la zone, et même la gestion de l’établissement. A : avec occupation le samedi matin et tout le mercredi B : avec occupation durant les matinées de mercredi et samedi, ou tout le mercredi C : avec occupation le mercredi matin D : si le mercredi et le samedi sont non occupés.

(3) Certains équipements sont ouverts toute la semaine, d’autres seulement 6 jours sur 7. Généralement, ils sont

fermés les jours fériés. Tableau 4.7 - Valeurs indicatives de « Nj »

4.4.2. DETERMINATION DU RENDEMENT MOYEN « Recs »

Il s’agit du rendement moyen sur la période considérée : mois, saison tarifaire, année. Le rendement d’une installa-tion de production d’ECS peut se décomposer comme suit :

Rge.Rs.RdeRecs = (4.12)

- Rde : rendement de distribution d’ECS - Rs : rendement de stockage d’ECS - Rge : rendement de génération d’ECS

Pour caractériser l’installation, on peut consulter le document synthétique déjà cité (réf.[4.1]) qui intègre des données de plusieurs documents cités ci-dessous. Des références précisent les critères de choix des installations, comme par exemple (réf.[4.5], [4.6], [4.25], [4.28], [4.29], [4.30], [4.31], [4.32], et [4.33]). Pour le calcul des différents rendements on peut consulter les références [4.21] et [4.23] ainsi que les documents (réf.[4.34], [4.35], [4.36] et [4.37]).

Ces rendements sont déterminés pour des installations classiques caractérisées par les 3 postes correspondant aux 3 rendements élémentaires : distribution : • à boucle avec retour • à boucle sans retour (traçage) • sans boucle (production décentralisée) stockage : • accumulation par ballon(s) électrique ou combustible • semi-accumulation (production semi-instantanée) • pas de stockage (production instantanée) génération : • chaufferies gaz ou fioul • sous-stations de réseaux de chaleur • chauffe-eau électriques à accumulation • pompes à chaleur • systèmes électriques à production instantanée • chaudière double service ou chauffe-eau gaz à

production instantanée • accumulateurs gaz ou fioul. Il faut au préalable choisir l’installation la mieux adaptée aux besoins en caractérisant le type d’installation, le type d’énergie, le dimensionnement.

34

Différentes sources peuvent être utilisées pour cette étape : voir (réf.[4.2], [4.6], [4.19], de [4.22] à [4.30], [4.38], et [4.39]). Le calcul des rendements revient à calculer les pertes du système. Pour Rde et Rs, ce calcul nécessite de connaître les températures ambiantes « Tamb » dans lesquelles se situent respectivement les tronçons du réseau d’ECS et le stockage. 4.4.2.1. TEMPERATURES AMBIANTES MOYENNES

« TAMB » On considère quatre types d’ambiances différentes : - zones occupées sans intermittence marquée (chambres

en bâtiments de soins) → Tamb = 20°C ;

- zones occupées avec intermittence (bureaux, salles

d’enseignement, chambres d’hôtels, restaurants, circula-tions en zone centrale...)

→ Tamb = 16°C ; - zones intermédiaires (locaux non chauffés). Pour ces

zones, les valeurs de b (anciennement Tau) (selon les règles Th-G, réf. [5.2]) permettront de déduire une valeur moyenne de Tamb sur la période considérée à partir de la température moyenne extérieure « Text » et d’une température moyenne intérieure Ti (qui peut être prise égale à 18°C)

→ Tamb = (1 - b).Ti + b.Text ; exemple : si b=0,4 et Ti=18, Tamb = 10,8 + 0,4.Text ;

b peut être défini forfaitairement (Règles Th-G) pour le local considéré. Reste à définir Text sur la période considérée.

- ambiance extérieure

→ Tamb = Text ; les valeurs moyennes mensuelles de Text sont données au tableau 5.14 :

Pour effectuer un calcul rapide, on peut se référer au tableau 4.8 qui donne des valeurs moyennes annuelles de Text sur des périodes d’utilisation différentes selon les secteurs. Pour les hôtels, il est nécessaire de s'en tenir aux valeurs moyennes mensuelles de Text. 4.4.2.2. RENDEMENT DE DISTRIBUTION « RDE » Le rendement Rde exprime les pertes du réseau d’ECS, c’est à dire les pertes de la boucle si elle existe et les pertes des « bras morts » liées aux puisages d’ECS. En toute rigueur, un calcul de Rde nécessite la description de chaque tronçon du réseau d’ECS : - diamètre - longueur - niveau d’isolation thermique - température moyenne d’ECS - température moyenne d’ambiance du local où est situé le

tronçon - nombre et importance des puisages.

Deux méthodes sont proposées ici : a) Méthode détaillée : Selon les différentes sources citées, une méthode classique consiste d’abord à cumuler les émissions de chaleur de chaque tronçon : - Pour les boucles : émission du tronçon = )TambTec.(L.k − [W] (4.17) où :

- k représente le coefficient de transmission linéique du tronçon, en W/m.K, dépendant principalement du diamètre et du niveau d’isola-tion du tronçon. Son calcul s’effectue par des formules classiques logarithmiques (exemple en réf.[4.34]) ou un peu simplifiées : voir réf.[4.21]. Pour des diamètres extérieurs de conduites nues, « dianu », compris entre 27 et 70 mm et un isolant de 40mm d’épaisseur ayant un coeffi-cient de conductivité thermique de 0,035 W/m.K (soit un R isolant = 1,14), on peut utiliser les formules simplifiées suivantes : avec dianu en mètres, conduite non isolée : dianu.40k = [W/m.K] conduite bien isolée : dianu.5,4k = [W/m.K]

- L est la longueur du tronçon, en m, - Tec et Tamb sont respectivement, pour la pé-

riode considérée, la température moyenne d’ECS dans le tronçon et la température moyenne de l’ambiance où passe le tronçon.

Le rendement de distribution de la boucle sur la période, noté « Rdebou » s’exprime par :

))Becs.1000/(Nh.Em(11Rdebou

+= (4.18)

où : - Em représente l’émission totale du réseau

d’ECS durant la période, c’est à dire ses pertes, en [W] : Em = Σk.L.(Tec-Tamb)

- Nh est le nombre d’heures de fonctionnement

de la boucle pendant la période. Remarques : Si le réseau ne comporte pas de boucle (production d’ECS décentralisée), Rdebou = 1 Si le réseau est sans retour, c’est à dire équipée de rubans chauffants (traçage électrique), la valeur de Em sera plus faible parce que : - la longueur totale de boucle est environ réduite de

moitié, - une auto-régulation permet de maintenir l’ECS à une

température moyenne inférieure à celle d’une boucle avec retour (réf.[4.39]).

35

En l’absence de données précises, on peut admettre que la valeur de Em sera environ 2,5 fois inférieure à celle de la même boucle avec retour. Cependant, il faut tenir compte de la consommation électrique des rubans dont la puissance est comprise entre 8 et 12 W par mètre de

canalisation, mais aussi de l’économie apportée par l’absence de pompe de circulation.

Tableau 4.8 - Valeurs moyennes annuelles de la température extérieure « Text »

STATION Bâtiments de soins

Bâtiments d’enseignement

Bureaux

AJACCIO 15 13,5 14 PERPIGNAN 15,5 13,5 15 ST-GIRONS 11,5 10 11 BIARRITZ 13,5 12,5 13 MARSEILLE 14 12,5 13,5 MONTPELLIER 14 12 13 TOULOUSE 12,5 11 12 NICE 15 13,5 14,5 MT-DE-MARSAN 12,5 11 12 CARPENTRAS 13,5 11,5 13 EMBRUN 10 8 9 GOURDON 12 10,5 11,5 BORDEAUX 12,5 11 12 LE PUY 9,5 7,5 8,5 GRENOBLE 11 9 10,5 LYON 11,5 9,5 11 CLER-FERRAND 11 9,5 10,5 LIMOGES 10,5 9 10 LA ROCHELLE 13 11,5 12 POITIERS 11,5 9,5 10,5 BOURGES 11 9,5 10,5 CHATEAU-CHINON 9,5 7,5 8,5 NANTES 11,5 10 11 BESANCON 10,5 8,5 9,5 AUXERRE 11 9 10 LANGRES 9 7,5 8,5 ORLEANS 10,5 9,5 10 RENNES 11,5 10 11 LE MANS 11 9,5 10,5 ROSTRENEN 10 9 9,5 STRASBOURG 10 8 9,5 PARIS 11 9,5 10,5 TRAPPES 10 8,5 9,5 METZ 10 8,5 9,5 CAEN 10,5 9 10 REIMS 10 8,5 9,5 ROUEN 10,5 9 10 ST-QUENTIN 10 8,5 9,5 LILLE 10 8,5 9,5

36

- Pour les « bras morts » : il est possible d’établir les pertes de chaque puisage et cumuler ces pertes. Des formules permettent d’effectuer ces calculs, (réf.[4.22]) et [4.23]). L’application de ces formules aboutit à des pertes dépassant rarement 5% de l’énergie transportée dans ces tronçons. Aussi, on peut considérer que le rendement de distribution des bras morts de longueur courante (quelques mètres), noté « Rdebr », est : Rdebr = 0,95. Si la longueur moyenne des bras morts dépasse 8 mètres, on prendra Rdebr = 0,90. Finalement, Rde s’exprime par :

Rdebr.RdebouRde = (4.19) Ce calcul est assez lourd pour un calcul annuel. b) Valeurs forfaitaires : on peut utiliser les valeurs figu-rant dans le tableau 4.9, notamment pour une estimation annuelle de Rde, selon la configuration générale du réseau d’ECS.

Type de distribution d’ECS

Bras morts courts

Bras morts longs

Pas de boucle 0,95 0,90 Boucle isolée 0,76 0,72 Boucle non isolée 0,47 0,45 Boucle sans retour isolée 0,85 0,81

Tableau 4.9 - Valeurs forfaitaires du rendement de distribution « Rde »

37

Calcul des valeurs forfaitaires des pertes par les réseaux de distribution, « Prd » Seules les parties du réseau émettant dans les locaux sont prises en compte. On considère que les bras morts sont toujours dans ce cas. Pour les boucles, on peut supposer que 90% du réseau émet dans les zones chauffées ou climatisées. Ainsi, à partir des rendements de distribution forfaitaires du tableau 4.9, on peut exprimer « Prd » en fonction de « Becs » :

BecsEmissions1

1Rde+

= (4.20)

- Pour les bras morts, Prd = Émissions. En appliquant (4.20) :

Becs).1Rde

1(Prd −= (4.21)

- Pour les boucles, Prd = 0,9. Émissions. En appliquant (4.20) :

Becs).1Rde

1.(9,0Prd −= (4.22)

4.4.2.3. RENDEMENT DE STOCKAGE « RS » Pour les systèmes à production instantanée, Rs = 1. Pour les générateurs gaz ou fioul semi-instantanés, la génération et le stockage sont liés. On calcule directement le produit Rs.Rge au paragraphe 4.4.2.4. Pour les systèmes à accumulation, il faut au préalable évaluer les pertes des ballons, notées « Perbal ». Pour calculer Perbal, on considère les ballons de petite capacité (inférieure à 300 litres) utilisés pour une production décentralisée, tels les chauffe-eau électriques, et les ballons de grande capacité alimentés électriquement ou par des générateurs centralisés. a) chauffe-eau électriques de petite capacité (Vs ≤ 300 l) : Les pertes s’expriment en [kWh] par :

1000/Cef).TambTec.(Nj.Cr.VsPerbal −= (4.23) avec :

- Vs : volume du stockage, en l. - Cr : constante de refroidissement, en

Wh/l.K.jour Cr est une donnée du fabricant qui est soumise à une norme NF. Si cette donnée n’est pas en-core connue lors du calcul, on peut estimer Cr par défaut selon la relation :

3,0)Vs.(2,1Cr −= [Wh/l.K.jour] - Nj : nombre de jours/an de fonctionnement du

système sur la période considérée - Tec,Tamb : température d’ECS et température

d’ambiance du local où est situé le ballon. Sauf cas particulier, on peut considérer que Tec = 65°C. Tamb est définie au § 4.4.2.1.

- Cef : coefficient de correction de température d’ECS dépendant de la gestion de la charge du ballon :

- alimentation en heures creuses : Cef = 0,6 - alimentation permanente : Cef = 0,9.

Si Vs est compris entre 200 et 300 litres et que l’alimenta-tion est effectuée en heures creuses, on peut aussi utiliser l’ordre de grandeur suivant :

Nj.3,1Perbal = [kWh] (4.24) b) ballons de grande capacité : Les pertes s’expriment en [kWh] par :

1000/Cef).TambTec.(Nj.Ds.24Perbal −= (4.25) avec :

- Ds : coefficient de déperditions du stockage, en W/K Ds peut être calculé par la relation (réf.[4.34]) :

R1,0S.1,1Ds

+= [W/K] (4.26)

où S représente la surface totale extérieure, en m² et R la résistance thermique de l’isolant, en m².K/W. Dans le cas où ces éléments ne sont pas connus, on peut estimer Ds par défaut : Ds = Vs/80 si l’isolation est faible ou inexistante, Ds = Vs/300 dans le cas d’une isolation correcte (R>1) ; Vs étant le volume de stockage, en litres.

- Nj, Tec, Tamb : voir alinéa a) ci-dessus - Cef : un coefficient qui est égal à 0,6 si le

stockage est alimenté électriquement en heures creuses, et à 0,9 dans les autres cas.

S’il y a plusieurs ballons, Perbal est égal à la somme des « Perbal » de chaque ballon. Le rendement moyen de stockage sur la période considé-rée s’exprime par la formule :

)Becs/Rde.Perbal(11Rs

+= (4.27)

Une autre méthode de calcul de Rs consiste à calculer une puissance de réchauffage du stockage à partir de laquelle sont évaluées les pertes (réf. [4.23]).

38

4.4.2.4. RENDEMENT DE GENERATION « RGE » Pour un calcul annuel, on considère deux cas : - La production d’ECS est indépendante du chauffage

(générateur spécialement dédié). Rge est supposé constant toute l’année.

- La production est mixte (le générateur d’ECS fonctionne

aussi pour le chauffage). Il faut considérer deux valeurs de Rge : - en hiver, Rge = Rgehiv qui est considéré égal au

rendement de génération de chauffage Rgc, - en été, Rge = Rgeété qu’il faut calculer pour les

périodes d’utilisation des locaux durant lesquelles le chauffage ne fonctionne pas.

Rge se calcule selon l’expression :

RgeétéH1

RgehivH

Rge1 −+= (4.28)

où H et (1-H) représentent les parts respectives des durées de fonctionnement de l’installation en modes « chauffage + ECS » et « ECS seule ». H diffère selon le type de bâtiment et le site climatique.

Le tableau 4.10 représente les valeurs de H calculées en s’inspirant de la référence [4.34] :

Zones climatiques(*) H1 H2 H3 Hôtellerie année Hôtellerie avril à sept.

0,64 0,27

0,59 0,19

0,50 0,16

Bâtiments de soins 0,75 0,64 0,55 Bâtiments d’enseignement 0,73 0,69 0,55 Bureaux 0,69 0,65 0,54 Équipements sportifs ouverture permanente

0,63 0,56 0,50

(*) Voir définition des zones climatiques au tableau 4.16

Tableau 4.10 - Valeurs de « H » : parts de durée de fonctionnement en mode chauffage + ECS

- Pour un calcul mensuel, on considère un rendement Rge

variable, essentiellement dans le cas des générateurs à combustible.

4.4.2.4.1. Chaufferies à combustible (gaz, fioul) a) Production d’ECS indépendante du chauffage Sur la période considérée, le rendement moyen peut s’exprimer par la formule de Dittrich :

)1PecPecs.(Cp1

RmRge−+

= (4.29)

avec : - Rm : rendement du générateur sur P.C.S en marche

continue, pour une température de départ de 70°C. Rm est donné dans les PV d’essai des chaudières, conformément à la directive rendement 92/42/CEE.

- Cp est un coefficient de pertes à l’arrêt, donné par la formule :

Rv.PvPamPm)Rv1.(PvPam.0CpCp

−+−+= (4.30)

où : - Cp0 est un coefficient de majoration de pertes à l’arrêt :

si conduit de fumée > 7m → Cp0 = 1,5, sinon Cp0 = 1.

- Pam représente les pertes à l’arrêt [kW] dans les mêmes conditions (si Pam inconnue, voir tableau 5.31).

- Pv et Rv sont respectivement la puissance [kW] et le rendement de la veilleuse (si Pv et Rv inconnus, voir tableau 5.31).

- Pecs est la puissance nominale en kW du générateur

pour une température de départ de 70°C. Faute de connaître Pecs, on peut exprimer Pecs en kW à partir des besoins journaliers d’ECS « qecs.Nu » en litres/jour (voir §4.4.1.3), en s’inspirant de la référence [4.29] :

- pour les systèmes instantanés :

Nu.qecs.014,0Nu.qecs.45,1Pecs += (4.31) - pour les systèmes semi-instantanés :

Nu.qecs.007,0Nu.qecs.78,0Pecs += (4.32) - pour les systèmes à accumulation :

108/VsPecsou108/Nu.qecsPecs == (4.33)

- Pec est la puissance moyenne du générateur sur la période considérée en [kW] :

NjNRsRdeBecsPec

h .1.

.= (4.34)

- Nh représente le nombre quotidien moyen d’heures de

marche du générateur pendant les Nj jours de la période. A dépendant des périodes de soutirage, on peut, en première approximation, prendre les valeurs suivantes : - en hôtel sans restaurant : Nh = 6 h - en hôtel-restaurant : Nh = 15 h - en bâtiment de soins : Nh = 10 h - en scolaire (cuisine liaison chaude) : Nh = 7 h

39

b) Production mixte chauffage/ECS Pour un calcul annuel, on considère d’une part, que Rgehiv = ηg (voir calcul au chapitre 5), d’autre part, que Rgeété s’évalue : - soit en appliquant la formule du a) sur la période d’été - soit en évaluant rapidement et approximativement

Rgeété à partir de ηg. En s’inspirant de la référence [4.34], on peut trouver des relations approchées, mais rapides à l’emploi, entre le rendement moyen de génération pour le chauffage ηg et le rendement moyen de génération d’ECS durant l’été Rgeété. Les générateurs actuels à combustible (gaz, GPL, fioul) ont des rendements nominaux Rm dont les valeurs sur PCS sont de l’ordre de : Rm = 0,79 à 0,84 pour les générateurs classiques Rm = 0,92 à 0,94 pour les générateurs gaz à condensa-tion. Ces valeurs correspondent à des températures de départ moyennes inférieures à 65°C. Ces générateurs produisent de l’ECS à 75°C. En conséquence, les valeurs de Rm deviennent : Rmecs = 0,78 à 0,82 pour les générateurs classiques Rmecs = 0,86 à 0,88 pour les générateurs gaz à conden-sation. Les systèmes à production centralisée semi-instantanée sont utilisés en hôtellerie et dans les bâtiments de soins. Dans ces secteurs, les besoins d’ECS sont du même ordre de grandeur que ceux du chauffage des locaux. • Si la puissance fournie par la chaufferie s’adapte aux

besoins saisonniers (arrêt de certaines chaudières), le calcul des rendements moyens d’hiver et d’été par la formule de Dittrich conserve à peu près le rapport entre Rm et Rmecs. Ainsi, on peut écrire : Rgeété/ηg = Rmecs/Rm. D’où : Rgeété/ηg = 0,98 pour les générateurs classiques Rgeété/ηg = 0,93 pour les générateurs gaz à conden-sation.

• Dans le cas où la chaufferie fonctionne selon une

même logique en hiver et en été, la charge moyenne d’hiver « Chiv » sera 2 fois plus importante que celle d’été « Chété ». En appliquant la formule de Dittrich, on peut exprimer le rapport Rgeété/ηg par :

Rgeé té

g

Rmecs

Rm.

1 Perhiv. (Pm

Chiv1)

1 Peré té .(Pm

Ché té1)

η=

+ −

+ −

(4.3)

avec : - Pm : puissance nominale du ou des générateurs (à

peu près indépendante de la température de départ) - Perhiv et Perété : coefficients des pertes à l’arrêt.

Avec les hypothèses choisies sur les températures de départ, les résultats d’essais des chaudières montrent que le plus souvent, Perhiv = 0,4.Perété, et : Perhiv = 0,004 pour les générateurs classiques Perhiv = 0,002 pour les générateurs gaz à condensa-

tion. Le rapport Rmecs/Rm est connu. Le rapport Pm/Chiv est de l’ordre de 2 si on considère d’une part, que le coefficient de surpuissance est 4/3 et que, d’autre part, la puissance moyenne appelée pour le chauffage ou l’ECS représente environ le 1/3 de la puissance installée. Selon ce même raisonnement, Pm/Chété = 4. Ainsi : Rgeété/ηg = 0,95 pour les générateurs classiques Rgeété/ηg = 0,92 pour les générateurs gaz à condensation.

En résumé : • Si le nombre de générateurs et la puissance de la

chaufferie sont adaptés en été aux seuls besoins d’ECS : - générateur(s) classique(s) : Rgeété = 0,98. ηg

- générateur(s) à condensation : Rgeété = 0,93. ηg. • Si le fonctionnement de la chaufferie est identique

toute l’année : - générateur(s) classique(s) :

Rgeété = 0,95. ηg. - générateur(s) à condensation :

Rgeété = 0,92. ηg.. Pour un calcul mensuel, on peut utiliser la formule du a) pour les mois sans chauffage. Rge sera égal à Rgc pour les mois avec chauffage (voir chapitre 5). c) Production d’ECS en série avec le chauffage (système semi-instantané par échangeur sur circuit de chauffage alimentant un ballon) Le calcul de Rge est identique à celui de la production en parallèle. Il faut cependant tenir compte du rendement de l’échangeur en multipliant Rge par 0,95.

40

4.4.2.4.2. Sous-stations de réseaux de chaleur a) Production d’ECS en parallèle avec le chauffage (avec ou sans accumulation) Pour un calcul annuel, on peut utiliser les valeurs forfai-taires de Rgeété figurant dans le tableau 4.11 selon le type de fluide primaire et les niveaux d’isolation thermique des constituants. Pour un calcul mensuel, on peut évaluer Rge en calculant de manière détaillée les pertes de chaque tronçon de la sous-station : voir (réf.[4.34]). b) Production d’ECS en série avec le chauffage (système semi-instantané par échangeur sur circuit de chauffage alimentant un ballon) Le calcul de Rge est identique à celui de la production en parallèle. Il faut cependant tenir compte du rendement de l’échangeur en multipliant Rge par 0,95. 4.4.2.4.3. Chauffe-eau électriques à accumulation On considère que Rge = 1

4.4.2.4.4. Pompes à chaleur (PAC) a) Production d’ECS en parallèle avec le chauffage (avec accumulation ou semi-accumulation) Les « rendements » de génération, à peu près identiques à ceux du chauffage, diffèrent selon le type de PAC ; voir (réf. [4.34]) : - PAC air extrait/eau : Rge = 2,2 - PAC air extérieur/eau : Rge = 2,5 - PAC eau/eau : Rge = 3 b) Production d’ECS en série avec le chauffage (système semi-instantané par échangeur sur circuit de chauffage alimentant un ballon) PAC air extrait/eau : Rge = 2,1 PAC air extérieur/eau : Rge = 2,4 PAC eau/eau : Rge = 2,8

Fluide primaire →

Niveaux d’isolation eau<100°C eau surchauffée vapeur

aucune isolation 0,60 0,48 0,44 conduites isolées 0,89 0,83 0,73 conduites et échangeurs isolés 0,93 0,88 0,86 conduites et tous les équipements isolés 0,96 0,94 0,93

Tableau 4.11 - Valeurs forfaitaires de « Rgeété » pour les sous-stations de réseaux de chaleur

4.4.2.4.5. Systèmes électriques instantanés Faute d’information, on peut utiliser la valeur forfaitaire Rge = 0,95 4.4.2.4.6. Chaudière double-service ou chauffe-eau

gaz à production instantanée Selon la référence [4.34]), Rge est de la forme :

A1RRge+

= (4.36)

avec : - R : rendement nominal du générateur (sur PCS) ; en

absence de PV d’essai, on peut utiliser des valeurs par défaut : pour un chauffe-eau : R = 0,75 pour une chaudière : R = 0,80

- A : rapport des pertes aux besoins : - sans veilleuse : A = 0,28.Rde - avec veilleuse : A = (0,14 + Pveil.Nj.24.R/Becs). Rde,

Nj, R, Becs, Rde précédemment définis ; Pveil : puissance de la veilleuse, en [kW] ; on peut prendre Pveil = 0,09 pour un chauffe-eau et 0,15 pour une chaudière.

4.4.2.4.7. Accumulateurs gaz ou fioul

(production semi-instantanée) Pour ces systèmes, la génération et le stockage d’ECS sont liés. En conséquence, on calcule le produit « Rge.Rs » de la manière suivante (réf.[4.34]) : On calcule les pertes de génération et de stockage « Pertgs » en [kWh] par l’expression suivante :

)Dc

)Rm.Rde/(BecsNj.24.(Cef.PenPertgs −= (4.37)

avec : - Pen : puissance d’entretien (veilleuse incluse), en [kW] - Cef : coefficient de situation du générateur ; Cef = 0,8 ou

1 selon que le générateur se trouve dans un local chauffé ou à l’extérieur.

- Dc : « débit » calorifique nominal, en [kW].

41

Les valeurs de Pen et Dc sont des données-constructeurs. En l’absence de données, on peut utiliser les valeurs forfaitaires suivantes : Pen = 0,4 Dc = deb/18 - 22 pour un générateur gaz si Dc>17kW Dc = deb/22 pour les autres cas (générateur fioul ou Dc<18kW) où « deb » représente le débit d’ECS souhaité, en litres/heure. Les autres variables ont déjà été définies précédemment. En l’absence de données issues d’un PV d’essai, on peut prendre Rm = 0,80 pour un générateur gaz et Rm = 0,75 pour un générateur fioul. Enfin, on exprime Rge.Rs en fonction de Pertgs par :

)Rm.Rde/(BecsPertgs1

RmRs.Rge+

= (4.38)

4.4.3. DETERMINATION DU FACTEUR DE RECUPERATION « Récup »

On examine deux types de récupération qui sont traités sans possibilité de cumul (pour raisons économiques) : - Récupération d’énergie solaire - Préchauffage d’ECS par récupération sur groupe frigori-

fique de climatisation. 4.4.3.1. RECUPERATION D’ENERGIE SOLAIRE En considérant une installation correctement dimension-née en fonction du site et des besoins, voir (réf.[4.37]), on peut en première approximation évaluer « Récup » mois par mois (cf. tableau 4.12) selon 4 zones d’ensoleillement I1, I2, I3 et I4, définies au § 4.4.7 ou annuellement : Récup = 0,30 en I1 Récup = 0,40 en I2 Récup = 0,50 en I3 Récup = 0,65 en I4.

mois> 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 I1 0,15 0,20 0,25 0,35 0,35 0,40 0,40 0,40 0,35 0,30 0,20 0,15 I2 0,20 0,25 0,35 0,45 0,50 0,55 0,50 0,55 0,50 0,40 0,30 0,20 I3 0,20 0,35 0,45 0,55 0,60 0,65 0,65 0,65 0,55 0,50 0,40 0,25 I4 0,30 0,45 0,60 0,75 0,80 0,85 0,85 0,85 0,80 0,65 0,50 0,35

Tableau 4.12 - Valeurs mensuelles de « Récup »

4.4.3.2. PRECHAUFFAGE D’ECS PAR

RECUPERATION SUR LE GROUPE FRIGORIFIQUE DE CLIMATISATION

La température moyenne de préchauffage de l’ECS dé-pend de la durée d’utilisation du système de climatisation et du site climatique. En l’absence de données sur ce sujet, on propose des valeurs provisoires de « Récup » qui resteront à préciser. On considère ici que le système de climatisation fonction-ne toute l’année et que le site climatique est défini selon une des 3 zones climatiques réglementaires (voir tableau 4.16) : - en zone H3 : Récup = 0,65 (t° moyenne d’eau préchauffée : 45°C) - autres zones : Récup = 0,60

(t° moyenne d’eau préchauffée : 35/40°C) Une évaluation mensuelle de « Récup » reste pour l’instant trop illusoire puisque, outre la prise en compte de la température moyenne mensuelle d’eau froide, il faudrait définir mensuellement la puissance moyenne du groupe frigorifique. Cependant, à partir de la méthode CONSOCLIM basée sur un cahier des algorithmes, diffusé par l'AICVF, Armines, et le CSTB, le calcul peut être effectué sur la base d'une simulation annuelle heure par heure.

4.4.4. CALCUL DES PERTES

RECUPERABLES POUR LE CHAUFFAGE OU DES CHARGES SUPPLEMENTAIRES POUR LA CLIMATISATION

Les pertes récupérables ou charges supplémentaires « Pertrec » dues à l’installation d’ECS concernent principalement la chaleur émise dans les locaux chauffés ou climatisés par le réseau de distribution, soit « Prd », et éventuellement par le stockage d’ECS, soit « Prs ». Prd et Prs peuvent se calculer de manière détaillée (réf.[4.34]). On peut aussi exprimer ces pertes de manière forfaitaire, notamment pour un calcul annuel, selon les relations : Prd = CprdBecs [kWh] (4.39) Prs = CPrs.Perbal [kWh] (4.40) avec : - CPrd : coefficient de pertes récupérables provenant du

réseau. CPrd est donné dans le tableau 4.13. - CPrs : coefficient de pertes récupérables provenant du

stockage. CPrs = 1 - b Avec le « b » (anciennement Tau) du local où se situe le stockage (b = 1 à l’extérieur, b = 0 en zone chauffée)

- Perbal sont les pertes du stockage (voir §4.4.2.3)

42

Type de distribution d’ECS bras morts courts

bras morts longs

pas de boucle 0,05 0,11 boucle isolée 0,27 0,33 boucle non isolée 0,95 1,01 boucle sans retour isolée 0,15 0,21

Tableau 4.13 - Valeurs du coefficient de pertes récupérables du réseau, « Cprd »

4.4.5. CONSOMMATIONS DES

AUXILIAIRES D’ECS « Casecs » On considère que la consommation des auxiliaires est proportionnelle au besoins d’ECS. En s’inspirant des données issues de la référence [4.34], on peut utiliser les valeurs suivantes, en [kWh] sur la période considérée : Pour les productions décentralisées : Caxecs = 0 Pour les productions centralisées : Caxecs = 0,1.Becs 4.4.6. REPARTITIONS TARIFAIRES POUR

LES CONSOMMATIONS ELECTRIQUES

Il convient de répartir les consommations selon les différentes plages tarifaires. - Pour un calcul mois par mois, on peut se reporter au

chapitre 5. - Pour des bâtiments fonctionnant toute l’année (hôpitaux,

certains hôtels), on peut utiliser des répartitions annuel-les en % établies à partir de valeurs données pour des installations collectives en habitat, (réf.[4.34]).

Les tableaux 4.14 et 4.15 donnent ces répartitions respec-tivement pour les tarifs jaune/vert et le tarif bleu.

43

4.4.7 DEFINITION DES ZONES

CLIMATIQUES (INSOLATION ET TEMPERATURE D’EAU FROIDE « Tef »)

Le tableau 4.16 indique par département 2 types de zones climatiques. - colonne I (I1, I2, I3, I4) : zones d’insolation, déduites de

réf. [4.41] et [4.42]

- colonne H (H1, H2, H3) : zones climatiques de la régle-

mentation thermique des bâtiments neufs (réf.[4.40]); les zones de températures moyennes annuelles d’eau froide (« Tef ») correspondent bien à ces zones climatiques.

Production d’ECS

alimentée en heures creuses Auxiliaires

tarif jaune tarif vert sans relance

de jour avec relance

de jour base EJP base EJP

Pte - (a) - 5 4 5 HPH 0 6 28 37 20 37 HCH 42 36 14 18 HPE 0 9 39 39 33 33 HCE 58 49 19 19 25 25

Pte : heures de pointe - HPH : heures pleines d’hiver - HCH : heures creuses d’hiver HPE : heures pleines d’été - HCE : heures creuses d’été (a) en tarif vert de base, la relance est bloquée en heures de pointe ; en tarif jaune ou vert EJP, la répartition exclut les heures de pointes mobiles durant lesquelles l’ECS est produite avec une énergie complémentaire à calculer par ailleurs.

Tableau 4.14 - Répartition tarifaire annuelle en % pour une installation

fonctionnant toute l’année en tarifs jaune et vert

Production d’ECS alimentée en heures creuses

Auxiliaires

sans relance de jour

avec relance de jour

HP 0 15 77 HC 100 85 23

HP : heures pleines - HC : heures creuses

Tableau 4.15 - Répartition tarifaire en % pour une installation fonctionnant toute l’année en tarif bleu

44

Département I H Département I H

AIN I2 H1 48 LOZERE I3 H2

2 AISNE I1 H1 49 MAINE-ET-LOIRE I2 H2 3 ALLIER I2 H1 50 MANCHE I1 H2 4 ALPES-DE-HAUTE-PROVENCE I4 H2 51 MARNE I1 H1 5 HAUTES-ALPES I3 H1 52 HAUTE-MARNE I1 H1 6 ALPES-MARITIMES I4 H3 53 MAYENNE I2 H2 7 ARDECHE I3 H2 54 MEURTHE-ET-MOSELLE I1 H1 8 ARDENNES I1 H1 55 MEUSE I1 H1 9 ARIEGE I3 H2 56 MORBIHAN I2 H2 10 AUBE I1 H1 57 MOSELLE I1 H1 11 AUDE I4 H3 58 NIEVRE I2 H1 12 AVEYRON I3 H2 59 NORD I1 H1 13 BOUCHES-DU-RHONE I4 H3 60 OISE I1 H1 14 CALVADOS I1 H1 61 ORNE I1 H1 15 CANTAL I2 H1 62 PAS-DE-CALAIS I1 H1 16 CHARENTE I2 H1 63 PUY-DE-DOME I2 H1 17 CHARENTE-MARITIME I3 H2 64 PYRENNEES-ATLANTIQUES I3 H2 18 CHER I2 H2 65 HAUTES-PYRENEES I3 H2 19 CORREZE I2 H1 66 PYRENEES-ORIENTALES I4 H3 20 CORSE I4 H3 67 BAS-RHIN I1 H1 21 COTE-D’OR I2 H1 68 HAUT-RHIN I1 H1 22 COTES-DU-NORD I2 H1 69 RHONE I2 H1 23 CREUSE I2 H1 70 HAUTE-SAONE I1 H1 24 DORDOGNE I2 H2 71 SAONE-ET-LOIRE I2 H1 25 DOUBS I2 H1 72 SARTHE I2 H2 26 DROME I3 H2 73 SAVOIE I2 H1 27 EURE I1 H1 74 HAUTE-SAVOIE I2 H1 28 EURE-ET-LOIR I2 H1 75 PARIS I1 H1 29 FINISTERE I1 H2 76 SEINE-MARITIME I1 H1 30 GARD I4 H3 77 SEINE-ET-MARNE I1 H1 31 HAUTE-GARONNE I3 H2 78 YVELINES I1 H1 32 GERS I3 H2 79 DEUX-SEVRES I2 H2 33 GIRONDE I3 H2 80 SOMME I1 H1 34 HERAULT I4 H3 81 TARN I3 H2 35 ILLE-ET-VILAINE I2 H2 82 TARN-ET-GARONNE I3 H2 36 INDRE I2 H2 83 VAR I4 H3 37 INDRE-ET-LOIRE I2 H2 84 VAUCLUSE I4 H2 38 ISERE I3 H1 85 VENDEE I3 H2 39 JURA I2 H1 86 VIENNE I2 H2 40 LANDES I3 H2 87 HAUTE-VIENNE I2 H1 41 LOIR-ET-CHER I2 H2 88 VOSGES I1 H1 42 LOIRE I2 H1 89 YONNE I2 H1 43 HAUTE-LOIRE I2 H1 90 TERRITOIRE-DE-BELFORT I1 H1 44 LOIRE-ATLANTIQUE I2 H2 91 ESSONNE I1 H1 45 LOIRET I2 H1 92 HAUTS-DE-SEINE I1 H1 46 LOT I3 H2 93 SEINE-SAINT-DENIS I1 H1 47 LOT-ET-GARONNE I3 H2 94 VAL-DE-MARNE I1 H1 95 VAL-D’OISE I1 H1

Les localités situées à plus de 800 mètres d’altitude sont en zone H1 lorsque leur département est indiqué comme étant en zone H2 et dans ce cas I1 devient I2 ; elles sont en zone H2 lorsque leur département est indiqué comme étant en zone H3 et dans ce cas I2 devient I3.

Tableau 4.16 - Zones climatiques (I,H) des départements français

CHAPITRE 5

LE CHAUFFAGE DES BATIMENTS NON CLIMATISES

5.1. METHODES RAPIDES D'ESTIMATION

5.1.1. PRINCIPES GENERAUX 5.1.2. METHODE AICVF DERIVEE DU CALCUL REGLEMENTAIRE

5.1.2.1. Principe 5.1.2.2. Formules d’application 5.1.2.3. Hypothèses pour établir i, (1 – F) et j 5.1.2.4. Valeurs de i, (1 – F) et j 5.1.2.5. Degrés-jours 5.1.2.6. Calcul des consommations

5.1.3. METHODES PAR CORRELATION 5.1.4. CALCULS DERIVES DE METHODES DE DIAGNOSTIC

5.2. METHODE DETAILLEE

5.2.1. PRINCIPES GENERAUX 5.2.1.1. Cahier des charges 5.2.1.2. Elaboration de la méthode

5.2.2. STRUCTURE 5.2.3. CALCUL DES BESOINS BRUTS POUR UNE ZONE OU LE BATIMENT « Ql »

5.2.3.1. Découpage dans le temps et dans l’espace 5.2.3.2. Principe de calcul de Ql 5.2.3.3. Température intérieure de consigne 5.2.3.4. Caractérisation de la zone ou du bâtiment 5.2.3.5. Calcul de la température intérieure équivalente 5.2.3.6. Calcul de la durée de relance avec départ à heure fixe 5.2.3.7. Bilan pour le calcul de Ql 5.2.4. APPORTS BRUTS « Qg » 5.2.4.1. Apports internes « Qi » 5.2.4.2. Apports solaires « Qs » 5.2.5. CALCUL DES BESOINS NETS « Qh » 5.2.5.1. Bilan thermique 5.2.5.2. Calcul des apports utiles « ηQg » 5.2.5.3. Répartition des besoins suivant les phases de chauffage 5.2.6. PERTES DU SYSTEME ET RENDEMENTS 5.2.7. PERTES DE DISTRIBUTION DE CHAUFFAGE 5.2.7.1. Coefficient « U » en réseau aéraulique 5.2.7.2. Coefficient « U » en réseau hydraulique 5.2.7.3. Température moyenne de distribution d’air 5.2.7.4. Température moyenne de distribution d’eau 5.2.7.5. Température ambiante «θθθθamb» 5.2.7.6. Longueur des tubes « L » 5.2.7.7. Consommations des auxiliaires 5.2.7.8. Pertes récupérables 5.2.8. PERTES DE GENERATION 5.2.8.1. Préliminaires 5.2.8.2. Systèmes électriques directs 5.2.8.3. Réseaux de chaleur 5.2.8.4. Systèmes thermodynamiques à compression (Pompes à chaleur) 5.2.8.5. Générateurs à combustible gazeux ou liquide 5.2.9. CONSOMMATIONS DE CHAUFFAGE 5.2.9.1. Prise en compte des pertes récupérables 5.2.9.2. Sommation des besoins de zones avec un générateur commun 5.2.10. CALCUL DES DEPENSES LIEES AUX CONSOMMATIONS DE CHAUFFAGE 5.2.10.1. Préliminaire 5.2.10.2. Plages tarifaires pour l’électricité 5.2.10.3. Nombre d’heures par plage tarifaire 5.2.10.4. Répartition tarifaire de la méthode détaillée pour le chauffage

45

5.1. METHODES RAPIDES

D'ESTIMATION Ces méthodes permettent d'obtenir des ordres de grandeur des consommations annuelles de chauffage en utilisant peu de paramètres. L'usage d'une calculette est suffisant. Les estimations obtenues reposent sur des conventions de calcul qu'il est utile de connaître. Les résultats n'ont qu'une valeur indicative au stade de l'avant-projet. 5.1.1. PRINCIPES GENERAUX Le calcul rapide de la consommation énergétique pour le chauffage des locaux s'effectue selon l'expression traditionnelle suivante : Cch = Bch / Rch [kWh/an] (5.1) avec : - Bch : besoins annuels de chauffage - Rch : rendement moyen annuel de l'installation Différentes méthodes de calcul existent. Elles se différen-cient principalement dans la manière d'évaluer Bch. Elles peuvent aussi prendre en compte différemment les installations en utilisant, non pas un « rendement », mais un coefficient de performance Cperf tel que : Cch = Bch . Cperf [kWh/an] (5.1bis) Plusieurs difficultés doivent être surmontées pour que ces formulations soient réalistes : - prendre en compte de manière réaliste l'occupation inter-

mittente des locaux, - mieux prendre en compte les économies engendrées par

les systèmes de gestion. En outre, si le chauffage est à dominante électrique, le passage des kWh à des francs pose le problème des diffé-rents tarifs horo-saisonniers qu'il faut pondérer afin de formuler des tarifs moyens annuels. On peut repérer quelques types de méthodes pour évaluer les consommations annuelles de chauffage. 5.1.2. METHODE AICVF DERIVEE

DU CALCUL REGLEMENTAIRE 5.1.2.1. PRINCIPE Cette approche consiste à adopter une démarche sem-blable à celle du calcul réglementaire pour l'habitat. (cf. ref. [5.1], [5.2], [5.3], [5.4]). Bch s'exprime par : Bch = (DP+DR).(1 – F).DHx /1000 [KWh/an] (5.2) avec : - DP : déperditions moyennes du local ou de la zone

considéré, [W/K]. DP est calculé comme le coefficient réglementaire (réglementation 1988) G1 multiplié par le volume chauffé : DP = G1.V ; ou bien DP = Ubat.Sbat selon la réglementation 2000, où Ubat est le coefficient

de déperditions moyen de l'enveloppe du bâtiment, en [W/m²K] et Sbat la surface totale des parois déperditives prises en compte. Il est possible d'introduire deux coefficients DP : DPocc pour les périodes d'occupation et DPinoc pour le reste du temps. DP sera alors une combinaison, selon les durées, de DPocc et DPinoc. Le cas typique d'une variation de DP est la fermeture automatique centralisée des volets roulants des ouver-tures.

- DR : déperditions moyennes liées au renouvellement d'air et à la perméabilité de l'enveloppe [W/K]. DR peut aussi se décliner en DRocc et DRinoc. DR est a priori connu puisque ses valeurs dépendent de contraintes réglementaires (Code du Travail, RSDT). En dehors des bâtiments à occupation continue, la pratique de l'intermittence de la ventilation en hiver est une importante source d'économie d'énergie. En particu-lier, dans certains bâtiments. DR peut représenter plus de 80% des déperditions totales.

- DHx : degrés-heures de base x [K.h]. La température x représente la température moyenne annuelle de consi-gne de chauffage. La séparation en périodes « occupa-tion » et « inoccupation » est plus précise mais suppose de choisir une xocc et une xinoc et de déterminer les degrés-heures correspondants.

- F : facteur de couverture des besoins bruts (DP+DR).DHx par les apports « gratuits » (solaires, occu-pants) et les pertes récupérables des systèmes (ECS, éclairage, bureautique,…). Le facteur est très variable selon le type de bâtiment ou la zone considéré. Les apports internes peuvent couvrir presque toutes les déperditions à tel point qu'il faut avoir recours, le plus souvent à une climatisation. C'est le cas pour certains bâtiments industriels à process exothermiques, bâtiments commerciaux très compacts peu déperditifs à forte occu-pation et avec apports de systèmes importants (salles de spectacles, grands commerces urbains, tours de bureaux,…)

5.1.2.2. FORMULES D'APPLICATIONS La formule (5.2) peut prendre au moins les deux formes opératives suivantes : Bch = 24i.DJx (DP+DR).(1 – F) / 1000 [kWh/an] (5.3) Bch = 24j.DJx (DP+DR) / 1000 [kWh/an] (5.4) - « i » représente le facteur d'intermittence - DJx représente les degrés-jours de base x, où x repré-

sente la consigne de chauffage en période d'occupation (voir tableaux 5.1 et .5.5)

- « j » est un facteur intégrant globalement l'intermittence du chauffage et les apports gratuits récupérés ; « j » équivaut à i . (1 – F).

La formule (5.4) est plus simple d'utilisation mais repose sur des apports internes et solaires récupérés moyens pour le site considéré. La formule (5.3) laisse un degré de liberté à l'utilisateur qui souhaite expliciter les apports, par exemple pour des bâtiments très solarisés, en utilisant « i » et en estimant (1 – F) indépendamment.

46

La littérature technique propose des valeurs de « i » ou de « j » mais sans information précise sur les hypothèses utilisées. Les gestionnaires des parcs immobiliers établissent des valeurs de « i » ou de « j » d'après les bilans d'exploitation des bâtiments qu'ils gèrent. Ces coefficients expérimentaux leur permettent de repérer des dysfonctionnements ou de définir des contrats d'exploitation. Mais ces résultats ne sont pas diffusés, d'une part parce qu'ils concernent des parcs particuliers de bâtiments, et d'autre part, parce qu'ils représentent un savoir-faire considéré comme non extrapolable. Les facteurs « i » et « j » peuvent être définis dans le cas d'une estimation globale pour un bâtiment sans oublier que ce dernier peut comporter des zones à températures de consigne et horaire d'occupation très différents Il est néanmoins proposé ici une série de valeurs de « i » et de « j » cohérentes avec la méthode de calcul détaillée décrite dans le § 5.2. Des calculs ont été réalisés pour établir des corrélations exprimant « i », (1 – F) et « j » (réf.[5.5]). Différents paramètres, a priori du premier ordre, ont fait l'objet de variations : site climatique, type de bâtiment ou de zone (bureaux, établissements scolaires, hôtels, bâti-ments de soins, zone d'hébergement, gymnases), DP (iso-lation thermique très bonne, moyenne, quelconque), inertie (faible : 30 kg/m² surface utile ; moyenne : 55 kg/m²), taux de vitrage (m² vitrage/surface utile) moyen ou élevé, durée de relance du chauffage, intermittence de la ventilation. 5.1.2.3. HYPOTHESES POUR ETABLIR i, (1 – F) ET j Les hypothèses conventionnelles choisies pour l'établisse-ment de ces corrélations reposent sur les données rassem-blées dans le tableau 5.1 inspiré par la ref.[5.6] Remarques : - Le choix de la température de consigne en périodes

d'inoccupation à 8°C revient à couper le chauffage en fin de période d'occupation et à ne le remettre en marche que pour la relance durant les nuits de semaine, car dans un bâtiment neuf réglementairement isolé, la température ne baisse jamais jusqu'au seuil des 8°C. Ce dernier peut être atteint la nuit du dimanche au lundi auquel cas le chauffage fonctionnera pour maintenir cette température. Par ailleurs, aucune différence de stratégie de relance n'est prise en compte.

La méthode simplifiée proposée ne permet pas de définir un choix optimal économique dans le cas du chauffage électrique (longues périodes de maintien nocturne pour charger la structure du bâti durant les heures creuses et en conséquence puissance installée plus faible, ou bien, périodes de relance classiques avec une puissance installée plus importante).

- Les apports solaires sont considérés parvenir de vitrages

ayant une surface totale de l'ordre de 20% de la surface utile chauffée en bureaux, enseignement et gymnases, 10% en hôtels, 15% en bâtiments de santé, de caracté-ristiques et de situation moyenne : orientations est/ouest, facteur solaire Fts = 0,45, facteur de masque Fe = 0,6, rapport surface claire / surface tableau RCL = 0,75.

- Les périodes de chauffage ont été conventionnellement

choisies selon les zones climatiques réglementaires(cf. tableau 4.16) :

zone H1, du 1er octobre au 15 mai zone H2, du 1er octobre au 30 avril zone H3, du 1er novembre au 30 avril 5.1.2.4. VALEURS DE i, (1 – F) ET j Les résultats principaux tirés de la ref.[5.5) montrent qu'il est possible d'établir des corrélations linéaires pour évaluer des coefficients i, (1 – F) et j en fonction du coefficient G1 = DP/V, selon l'inertie, le taux de vitrage, l'intermittence de la ventilation et le site climatique. Sur une plage de valeur de G1 entre 0,3 et 0,8 [W/m3.K] qui correspond à la majorité des bâtiments neufs, i, (1 – F) et j s'expriment indépendamment des durées de relance. Le tableau 5.2 rassemble les valeurs de « i » et (1 – F) pour l'application de la formule (5.3). Au cas où le bâtiment présenterait une démarche climati-que poussée, la formule (5.3) permet de traiter (1 – F) de manière indépendante en calculant directement F qui est de la forme :

F = η . Djxi24)DRDP(

Ag+

(5.5)

où Ag représente les apports « gratuits » (solaires et

internes) qui peuvent être établis selon les données du §5.2 ou une autre méthode.

η représente le taux de récupération de ces ap-ports. Ce taux peut être évalué selon la méthode décrite au §5.2 ou toute autre méthode.

type de bâtiment ou de zone Bureaux Enseignement Hôtels Santé avec hébergement

Gymnase

Maintien en température 10h/jour 5 j/semaine

10h/jour 5 j/semaine

16h/jour 7 j/semaine

24h/jour 7 j/semaine

10h/jour 6 j/semaine

Consigne de température - périodes d'occupation - périodes d'inoccupation courtes - périodes d'inoccupation longues

19°C

8°C

8°C

19°C

8°C

8°C

19°C

8°C

8°C

22°C

- -

16°C

8°C

8°C

Apports internes moyens [W/m²] en période d’occupation

34,5

24,5

28

12

4

taux de ventilation moyen en période d'occupation [vol/h]

0,64

primaire : 2,12 secondaire : 1,47

2∗∗∗∗ : 0,77 3∗∗∗∗ : 0,59

1,8

0,4

Tableau 5.1 - Hypothèses conventionnelles pour l'établissement des valeurs de i, (1 – F) et j

47

Zones climatiques

i = A.G1 + B (1 – F) = C.G1 +D

H1 et H2 H3

type de bâtiment inertie ventilation intermittente VI permanente VP

A

B

C

D

C

D

Bureaux faible VI - 0,25 0,75 0,25 0,1 0,25 0 VP - 0,1 0,6 0,3 0,1 0,25 0 moyenne VI - 0,2 0,8 0,3 0,15 0,3 0 VP - 0,15 0,7 0,3 0,2 0,2 0,05 Enseignement faible VI - 0,4 0,8 0,25 0,35 0,25 0,2 primaire VP - 0,1 0,4 0,2 0,5 0,15 0,3 moyenne VI - 0,35 0,85 0,3 0,4 0,3 0,2 VP - 0,1 0,5 0,15 0,55 0,2 0,35 Enseignement faible VI - 0,3 0,8 0,3 0,3 0,3 0,1 secondaire VP - 0,1 0,5 0,3 0,45 0,2 0,25 moyenne VI - 0,3 0,85 0,4 0,3 0,35 0,15 VP - 0,1 0,6 0,3 0,5 0,25 0,3 Hôtels faible VI zone hébergement VP - 0,05 0,95 0,5 0,1 0,35 0 moyenne VI VP 0 0,95 0,5 0 0,35 -0,05 Bâtiments de soins(*) faible VI zone hébergement VP 0 1 0,25 0,60 0,3 0,45 moyenne VI VP 0 1 0,25 0,60 0,3 0,4 Gymnase faible VI - 0,3 0,95 0,2 0,7 0,35 0,5 VP - 0,2 0,9 0,2 0,75 0,25 0,6 moyenne VI 0,2 1 0,2 0,75 0,35 0,55 VP 0,15 0,95 0,15 0,8 0,3 0,6 (*) en chauffage continu : i = 1 et (1 – F) = j

Tableau 5.2 - Coefficients « i » et « 1 – F » L'usage de la formule (5.2) peut être étendu à des bâtiments ayant des taux de vitrage plus élevés à condition de multiplier (1 – F) par un facteur correctif donné dans le tableau 5.3.

Augmentation du rapport

Surfaces vitrées/Surfaces utiles Facteur correctif

de (1 – F) Bureaux 20% → 40% 0,75 Enseignement 20% → 40% 0,75 Hôtels 10% → 20% 0,85 Bâtiments de soins 15% → 30% 0,85 Gymnases 20% → 40% 0,8 (0,9 en H3)

Tableau 5.3 - Correctif de (1 – F) pour des bâtiments très vitrés

48

Le tableau 5.4 rassemble les valeurs de « j » pour l'applica-tion de la formule (5.4).

j = αG1 + β Bureaux Primaire Secondaire Hôtels Soins Gymnases

zone climatique

inertie taux de vitrages

ventil. α β α β α β α β α β α β

faible moyen VI 0,1 0,1 0 0,3 0,1 0,25 - 0,1 0,7 H1 VP 0,1 0,1 0 0,2 0,1 0,2 0,45 0,05 0,25 0,6 0 0,65

fort VI 0 0,13 0 0,25 0,1 0,2 0 0,6 et VP 0,1 0,1 0 0,2 0,1 0,2 0,4 0,05 0,2 0,55 0,05 0,55 moyenne moyen VI 0,1 0,15 0 0,35 0,1 0,3 0,05 0,7

H2 VP 0,1 0,15 0 0,3 0,1 0,3 0,45 0 0,25 0,6 0 0,75 fort VI 0,1 0,1 0 0,3 0,1 0,25 0,15 0,6 VP 0,1 0,1 0 0,25 0,1 0,25 0,5 0,05 0,2 0,55 0,1 0,6 faible moyen VI 0,1 0 0 0,2 0,1 0,15 0,1 0,5 VP 0 0,08 0 0,15 0 0,15 0,3 0 0,3 0,45 0 0,55 fort VI 0 0,05 0 0,15 0,1 0,1 0,2 0,35

H3 VP 0,1 0 0 0,1 0,1 0,05 0,25 0 0,3 0,4 0,1 0,4 moyenne moyen VI 0,1 0,05 0 0,25 0,1 0,15 0,15 0,55 VP 0,1 0,05 0 0,2 0,1 0,15 0,3 -0,05 0,3 0,4 0,15 0,55 fort VI 0,1 0,06 0 0,2 0,1 0,1 0,3 0,35 VP 0,1 0,05 0 0,15 0,1 0,1 0,3 -0,05 0,3 0,35 0,25 0,4

Tableau 5.4 - Coefficient « j »

5.1.2.5. DEGRES-JOURS Différentes sources donnent les degrés-jours unifiés (DJU), c'est-à-dire de base 18°C, ref.[5.7], [5.8], [5.10], i, (1 – F) et j ont été calculés avec des températures conventionnelles plus « réalistes », 16°C, 19°C et 22°C, Les tableaux 5.5 proposent des valeurs de degrés-jours selon ces bases établies à partir des valeurs moyennes sur la période 1961-1990 (ref.[5.11]) des températures maximales Tmax et minimales quotidiennes Tmin et calculées avec les formules suivantes (ref.[5.9]) :

- si x ≥ Tmax : DJx = x - 2

minTmaxT +

- si x ≤ Tmin : DJx = 0 (5.6) - si Tmin < x < Tmax :

DJx = (x – Tmin) (0,08 + 0,42 minTmaxT

minTx−

− )

A partir des tableaux 5.5, un bilan annuel se calcule sur une période de chauffage et selon les températures x de consigne en période d’occupation définies au tableau 5.1, en additionnant les DJx des mois considérés. Il est possible aussi d'extrapoler sur des périodes plus étendues (début et fin de période de chauffage plus longs) étant donné le faible impact qu'aurait une variation de i et j. 5.1.2.6. CALCUL DES CONSOMMATIONS Après avoir estimé Bch selon les formules (5.3) ou (5.4), il reste à définir Rch, le rendement moyen annuel de l'installation. En utilisant différentes sources (par exemple : ref.[5.4] et [5.13]), on peut estimer des fourchettes de rendements globaux intégrant les pertes de distribution, de génération et des régulation et émission de chauffage non parfaites.

Le passage des kWh aux francs dans le cas de l'électricité nécessite la prise en compte de variations horo-saisonnières et du type de tarif utilisé. On peut utiliser les tableaux de répartitions du § 5.2. Pour un type de générateur de chaleur donné, l'écart le plus important est souvent lié au réseau de distribution (température de distribution, niveau d'isolation, longueurs), En choisissant des hypothèses d'équivalence de rende-ments moyens pour les quatre postes : émission, régula-tion, distribution et génération, on obtient les estimations du tableau 5.6. 5.1.3. METHODES PAR CORRELATIONS Ces méthodes sont issues de calculs utilisant une modé-lisation détaillée des bâtiments. Des expressions des résultats sous forme de corrélation ou d'abaques permet-tent un usage simplifié et rapide. • Des corrélations ont été mises au point (ref.[5.14]) et

peuvent s'appliquer pour des bâtiments d'enseignement ou des immeubles de bureaux. Cette approche consiste à évaluer une consommation de chauffage hors intermittence, puis à calculer les économies engendrées par une occupation non permanente des locaux.

• La méthode LT applicable aux pays européens du sud

(Espagne, France-Région PACA, Italie, Grèce,…) et mise au point par une équipe anglaise (ref.[5.15]), con-siste à proposer des abaques permettant d'estimer rapidement les ordres de grandeur des consommations de chauffage, de climatisation et d'éclairage en fonction du taux de vitrage, de leur orientation. La méthode peut s'utiliser pour des logements, bureaux et commerces en tenant compte de 3 niveaux de protections solaires.

49

5.1.3. CALCULS DERIVES DE

METHODES DE DIAGNOSTIC Certaines méthodes de diagnostic traitent les bâtiments non résidentiels et peuvent s'adapter facilement à l'évalua-tion conventionnelle des consommations énergétiques. Selon une des méthodes de référence (ref.[5.13], [5.16], [5.17]), Bch s'exprime par une relation de même nature que l'équation 5.3 : Bch = (DP+DR) HK (1 – F) [kWh/an] (5.7) où HK, en kilodegrés-heures sur la durée d’utilisation, joue

le rôle de 24.i.DJx/1000. F est exprimé dans cette méthode selon la valeur du

rapport R = Ag/(DP+DR).HK : si R ≤ 0,5, alors F = R sinon F = 1 + e–1,4Ag. Cette méthode manuelle s’appuie sur une méthode décadaire et est organisée selon le schéma 5.1. Il faut noter que le calcul de DP s’effectue en prenant les cotes intérieures et extérieures du bâtiment ou de la zone concernée. La méthode donne des valeurs de HK en chauffages continu et discontinu avec des scénarios d'intermittence types pour les bureaux, hôtels et bâtiments d'enseignement. Pour le calcul des rendements des installations à eau chaude, la ref.[13] propose une analyse par pertes particu-lièrement adaptée au diagnostic. Pour les installations électriques, la ref.[17] propose une méthode de correction des HK selon la régulation et des répartitions horo-saisonnières pour passer des kWh aux francs selon les scénarios d'usage du chauffage.

Shéma 5.1 Organigramme de la méthode ADEME- CoSTIC (ref [5.13] et 5.[17])

50

SITE base Mois � 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12

AJACCIO DJ16 229 196 181 115 50 11 0 0 7 37 108 198

DJU 291 252 243 170 88 31 8 6 23 70 162 260 DJ19 322 280 274 200 110 44 16 13 35 90 192 291 DJ22 415 364 367 290 194 99 53 49 84 164 282 384

PERPIGNAN DJ16 245 193 160 88 30 0 0 0 1 34 132 222

DJU 307 249 222 140 62 11 0 0 12 69 192 284 DJ19 338 277 253 170 82 20 1 2 22 91 222 315 DJ22 431 361 346 260 161 63 23 28 67 175 312 408

SAINT-GIRONS DJ16 338 277 256 179 98 35 12 13 37 104 231 324

DJU 400 333 318 239 147 66 32 34 67 153 291 386 DJ19 431 361 349 269 177 86 46 48 86 181 321 417 DJ22 524 445 442 359 270 158 100 105 153 274 411 510

BIARRITZ DJ16 246 197 188 128 58 15 0 0 8 43 150 231

DJU 308 253 250 188 106 43 12 11 29 83 210 293 DJ19 339 281 281 218 136 62 23 22 44 108 240 324 DJ22 432 365 374 308 229 141 77 74 105 198 330 417

MARSEILLE DJ16 288 225 180 93 29 0 0 0 2 39 159 270

DJU 350 281 242 144 60 11 0 0 15 76 219 332 DJ19 381 309 273 174 79 20 2 4 25 98 249 363 DJ22 474 393 366 264 153 62 24 30 72 184 339 456

MONTPELLIER DJ16 290 228 192 107 42 6 0 0 8 53 171 271

DJU 352 284 254 161 78 22 3 5 26 93 231 333 DJ19 383 312 285 191 99 33 9 12 39 117 261 364 DJ22 476 396 378 281 181 82 40 46 92 205 351 457

TOULOUSE DJ16 329 256 226 141 67 19 3 4 20 73 212 312

DJU 391 312 288 201 109 43 15 17 43 118 272 374 DJ19 422 340 319 231 134 59 25 28 58 145 302 405 DJ22 515 424 412 321 223 118 66 72 116 237 392 498

NICE DJ16 226 186 160 87 25 0 0 0 0 20 109 198

DJU 288 242 222 144 60 8 0 0 5 51 168 260 DJ19 319 270 253 174 84 18 0 0 13 72 198 291 DJ22 412 354 346 264 174 69 20 20 57 155 288 384

MONT-DE-MARSAN DJ16 318 251 222 140 70 25 7 9 29 86 210 305

DJU 380 307 284 197 110 50 23 27 55 131 270 367 DJ19 411 335 315 227 134 66 34 38 70 156 300 398 DJ22 504 419 408 317 220 126 79 87 129 246 390 491

CARPENTRAS DJ16 344 279 195 107 47 8 0 0 13 80 207 321

DJU 406 335 257 158 81 25 6 9 34 127 267 383 DJ19 437 363 288 188 102 37 13 17 48 155 297 414 DJ22 530 447 381 278 178 85 45 53 102 248 387 507

EMBRUN DJ16 459 371 326 218 118 52 21 24 55 147 311 422

DJU 521 427 388 278 168 86 43 48 90 206 371 484 DJ19 552 455 419 308 197 105 57 63 110 237 401 515 DJ22 645 539 512 398 290 177 111 120 183 330 491 608

Tableau 5.5 - Degrés-jours mensuels établis sur les moyennes de la période 1961-1990 (à partir des réf.[5.11] et [5.9])

51

SITE base Mois � 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12

GOURDON DJ16 357 283 254 165 84 34 12 15 35 94 240 341

DJU 419 339 316 225 130 63 31 36 65 145 300 403 DJ19 450 367 347 255 156 81 43 49 83 175 330 434 DJ22 543 451 440 345 248 147 93 104 150 268 420 527

BORDEAUX DJ16 315 248 223 142 70 24 7 8 25 80 207 298

DJU 377 304 285 201 113 50 23 27 51 127 267 360 DJ19 408 332 316 231 139 67 35 39 67 155 297 391 DJ22 501 416 409 321 229 131 83 92 129 248 387 484

LE PUY DJ16 467 392 326 233 134 59 32 35 67 189 318 436

DJU 529 448 388 293 191 95 59 64 107 251 378 498 DJ19 560 476 419 323 222 116 76 81 130 282 408 529 DJ22 653 560 512 413 315 194 139 147 213 375 498 622

GRENOBLE DJ16 440 349 312 216 101 40 15 18 51 139 303 414

DJU 502 405 374 276 151 71 36 41 87 200 363 476 DJ19 533 433 405 306 180 91 49 56 107 231 393 507 DJ22 626 517 498 396 273 161 102 112 185 324 483 600

LYON DJ16 414 321 273 170 74 22 4 7 32 111 278 398

DJU 476 377 335 230 119 48 18 24 62 171 338 460 DJ19 507 405 366 260 145 64 28 36 80 202 368 491 DJ22 600 489 459 350 237 128 72 86 150 295 458 584

CLERMONT-FERRAND

DJ16 400 319 285 195 101 39 17 21 48 125 276 386

DJU 462 375 347 255 150 70 38 44 80 181 336 448 DJ19 493 403 378 285 178 89 52 59 100 212 366 479 DJ22 586 487 471 375 271 159 106 117 171 305 456 572

LIMOGES DJ16 384 309 287 212 104 36 10 12 28 126 264 346

DJU 446 365 349 272 163 71 31 35 53 188 324 408 DJ19 477 393 380 302 194 93 46 51 68 219 354 439 DJ22 570 477 473 392 287 177 108 115 125 312 444 532

LA ROCHELLE DJ16 312 253 225 149 64 14 1 1 14 66 197 293

DJU 374 309 287 209 115 41 13 15 39 116 257 355 DJ19 405 337 318 239 146 59 25 26 56 147 287 386 DJ22 498 421 411 329 239 135 78 82 128 240 377 479

POITIERS DJ16 366 297 271 185 98 39 17 20 44 117 261 350

DJU 428 353 333 245 148 71 39 44 77 174 321 412 DJ19 459 381 364 275 178 90 54 59 97 205 351 443 DJ22 552 465 457 365 271 161 109 118 171 298 441 536

BOURGES DJ16 392 316 279 186 96 37 15 18 43 122 275 374

DJU 454 372 341 246 145 69 36 41 77 181 335 436 DJ19 485 400 372 276 175 88 50 56 97 212 365 467 DJ22 578 484 465 366 268 161 104 114 171 305 455 560

DIJON DJ16 446 349 295 185 87 29 9 12 44 144 314 425

DJU 508 405 357 245 136 58 27 33 78 206 374 487 DJ19 539 433 388 275 164 76 40 47 99 237 404 518 DJ22 632 517 481 365 257 145 92 104 177 330 494 611

Tableau 5.5bis

52

SITE base Mois � 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12

CHÂTEAU-CHINON DJ16 463 402 308 222 119 47 21 23 56 184 314 488

DJU 525 458 370 282 180 87 50 53 103 246 374 550 DJ19 556 486 401 312 211 112 69 73 132 277 404 581 DJ22 649 570 494 402 304 201 146 153 222 370 494 674

NANTES DJ16 329 274 245 168 87 31 11 14 32 96 224 310

DJU 391 330 307 228 137 62 31 36 63 152 284 372 DJ19 422 358 338 258 167 81 45 51 83 183 314 403 DJ22 515 442 431 348 260 153 101 111 156 276 404 496

BESANCON DJ16 448 356 305 200 98 37 14 18 49 146 312 429

DJU 510 412 367 260 148 69 36 43 85 208 372 491 DJ19 541 440 398 290 178 89 51 59 107 239 402 522 DJ22 634 524 491 380 271 164 109 121 189 332 492 615

AUXERRE DJ16 408 330 288 189 96 36 15 17 46 128 287 388

DJU 470 386 350 249 145 67 36 40 80 189 347 450 DJ19 501 414 381 279 174 86 51 55 101 220 377 481 DJ22 594 498 474 369 267 158 107 114 179 313 467 574

LANGRES DJ16 484 396 347 240 126 49 19 21 61 183 350 460

DJU 546 452 409 300 188 89 46 50 107 245 410 522 DJ19 577 480 440 330 219 114 64 69 135 276 440 553 DJ22 670 564 533 420 312 203 136 146 225 369 530 646

ORLEANS DJ16 400 330 293 201 105 45 21 24 51 132 282 378

DJU 462 386 355 261 157 79 46 50 87 194 342 440 DJ19 493 414 386 291 188 100 61 67 108 225 372 471 DJ22 586 498 479 381 281 176 121 129 188 318 462 564

RENNES DJ16 339 287 259 186 102 42 18 21 42 111 236 315

DJU 401 343 321 246 155 76 43 47 77 171 296 377 DJ19 432 371 352 276 186 97 59 63 98 202 326 408 DJ22 525 455 445 366 279 176 121 129 177 295 416 501

LE MANS DJ16 367 308 273 186 97 37 17 22 48 123 261 347

DJU 429 364 335 246 147 69 40 47 83 183 321 409 DJ19 460 392 366 276 177 88 54 63 104 214 351 440 DJ22 553 476 459 366 270 161 113 124 182 307 441 533

ROSTRENEN DJ16 358 318 279 212 138 65 41 35 56 155 257 335

DJU 420 374 341 272 200 112 80 73 105 217 317 397 DJ19 451 402 372 302 231 141 105 98 135 248 347 428 DJ22 544 486 465 392 324 231 195 188 225 341 437 521

STRASBOURG DJ16 468 379 310 192 87 33 14 17 53 167 326 437

DJU 530 435 372 252 134 63 36 40 90 229 386 499 DJ19 561 463 403 282 161 81 50 55 112 260 416 530 DJ22 654 547 496 372 254 152 107 115 194 353 506 623

PARIS DJ16 367 301 256 162 69 18 3 5 26 102 251 343

DJU 429 357 318 222 117 46 19 23 58 164 311 405 DJ19 460 385 349 252 147 64 31 37 78 195 341 436 DJ22 553 469 442 342 240 138 86 95 159 288 431 529

Tableau 5.5ter

53

SITE base Mois � 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12

TRAPPES DJ16 405 337 301 207 109 44 20 23 53 143 287 378

DJU 467 393 363 267 166 80 46 51 93 205 347 440 DJ19 498 421 394 297 197 102 63 68 116 236 377 471 DJ22 591 505 487 387 290 185 129 136 203 329 467 564

METZ DJ16 451 368 316 207 101 39 19 21 60 167 320 422

DJU 513 424 378 267 151 72 44 47 100 229 380 484 DJ19 544 452 409 297 181 92 60 64 123 260 410 515 DJ22 637 536 502 387 274 168 121 128 209 353 500 608

CAEN DJ16 355 309 284 216 125 58 28 28 53 127 248 329

DJU 417 365 346 276 186 101 60 59 94 189 308 391 DJ19 448 393 377 306 217 127 79 79 118 220 338 422 DJ22 541 477 470 396 310 216 157 155 206 313 428 515

REIMS DJ16 426 353 310 215 113 49 28 29 65 155 300 397

DJU 488 409 372 275 165 84 55 57 105 217 360 459 DJ19 519 437 403 305 195 105 71 75 128 248 390 490 DJ22 612 521 496 395 288 183 135 141 213 341 480 583

ROUEN DJ16 394 347 313 234 127 60 29 31 65 157 288 370

DJU 456 403 375 294 188 102 59 62 109 219 348 432 DJ19 487 431 406 324 219 127 78 82 135 250 378 463 DJ22 580 515 499 414 312 216 152 157 225 343 468 556

SAINT-QUENTIN DJ16 425 354 316 222 119 55 31 32 65 160 305 395

DJU 487 410 378 282 177 95 62 63 108 222 365 457 DJ19 518 438 409 312 208 118 81 82 133 253 395 488 DJ22 611 522 502 402 301 204 153 154 222 346 485 581

LILLE DJ16 412 354 315 224 117 53 28 28 59 152 293 384

DJU 474 410 377 284 175 93 58 58 101 214 353 446 DJ19 505 438 408 314 206 116 77 76 126 245 383 477 DJ22 598 522 501 404 299 203 150 148 215 338 473 570

Tableau 5.5quat

Types d'installations « Rendements » Emission Régulation Distribution

performante Distribution moyenne

Génération Rch

Chauffage effet « joule » 0,95 0,95 1 1 1 0,9 – 0,95 Installations centralisées à eau - gaz/fioul standard 0,95 0,9 0,9 0,8 0,8 0,55 – 0,65 - gaz condensation au fioul TBT 1 0,9 0,9 0,85 0,85 0,65 –0,70 - PAC 0,95 0,9 0,9 0,8 2,2→ 3,3 1,6 –2,5 - sous-station réseau urbain 0,95 0,9 0,9 0,8 0,9 0,6 – 0,7 - combustibles solides 0,95 0,9 0,9 0,8 0,5 0,3 – 0,35 Installations centralisées à air - gaz/fioul standard 0,9 0,85 0,9 0,7 0,8 0,45 – 0,55 - PAC 0,9 0,85 0,9 0,7 1,8→ 2,6 1,2 –1,9 -sous-station réseau urbain 0,9 0,85 0,9 0,7 0,9 0,50 – 0,60

Tableau 5.6 - Estimation des rendements moyens annuels Rch (sur PCS pour les combustibles)

54

5.2. MÉTHODE DÉTAILLÉE 5.2.1 - PRINCIPES GENERAUX Une méthode détaillée de calcul des consommations doit satisfaire aux exigences suivantes : 1) prendre en compte le fonctionnement intermittent des

locaux selon des séquences d'occupation ou d'inoccu-pation de caractéristiques (apports, température de consigne...) différentes

2) prendre en compte la réponse de l'enveloppe à ce fonctionnement intermittent, compte tenu de ses carac-téristiques propres (inertie, G1 ou bien Ubat, ventilation)

3) prendre en compte, pour les consommations électri-ques, les plages tarifaires correspondant aux périodes de fourniture d'énergie.

5.2.1.1. CAHIER DES CHARGES Pour satisfaire à la première condition, un calcul global sur le bâtiment est souvent insuffisant. Le calcul doit être mené sur une zone fonctionnelle (de même scénario d'occupa-tion). Les échanges entre zones ne sont pas pris en compte. Pour satisfaire à la deuxième condition, il n'est pas néces-saire de recouvrir à des modèles en régime varié tels que ceux décrits au chapitre 7. Pour satisfaire à la troisième condition, un calcul annuel est insuffisant. La réponse aux trois conditions énoncées, consiste à estimer un profil de puissance de chauffage en la suppo-sant constante sur chaque plage. En chauffage électrique, le croisement des plages de fonctionnement de l'installa-tion avec les plages tarifaires délimiterait un certain nombre de périodes : chacune d'entre elles serait caractérisée par une valeur et une seule de la puissance et du tarif. En énergie non électrique, bien sûr, la décomposition des plages de fonctionnement en périodes n'aurait pas lieu d'être (figure 5.1).

Figure 5.1 - Profil de température intérieure et flux de chauffage correspondant

Le principe de la méthode de calcul serait alors le suivant : 1) Sur chacune des périodes, le calcul est effectué en

régime permanent selon la relation suivante :

pRch

NhPu = Df ⋅⋅ [F] (5.8)

avec : - Pu est la puissance utile de chauffage sur la période [kW] - Nh est le nombre d'heures de la période [h] - Rch est le rendement de chauffage de l'installation sur la

période - p est le prix unitaire du kWh de l'énergie de chauffage

[F/kWh] - Df est la dépense finale, en F, pour le chauffage sur la

période. 2) La somme sur plusieurs périodes consécutives permet

de reconstituer une séquence. On appelle séquence un intervalle de temps sur lequel se déroule un scénario d'occupation ou un scénario d'inoccupation. Une sé-quence, définie par ses heures de début et de fin, est caractérisée par l'état de certains paramètres :

- présence ou non d'occupants, - présence ou non d'apports (occupants, solaires,

production et distribution d'ECS, procédés, éclairage, bureautique),

- caractéristiques d'enveloppe (G1 ou bien Ubat, débit de ventilation),

- température de consigne.

Pour des bureaux, par exemple, on peut définir 3 séquences pour une semaine d'activité : une séquence d'occupation (de 8h à 18h et du lundi au vendredi), une séquence d'inoccupation courte (nuit) et une d'inoccu-pation longue (fin de semaine).

3) Une combinaison de plusieurs séquences, pondérées par leur fréquence d'apparition, permet de reconstituer un mois. Certains paramètres seront définis à l'échelle du mois et garderont la même valeur pour toutes les périodes d'un même mois :

- apports solaires, - apports d'éclairage, - température extérieure, - prix unitaire de chaque plage tarifaire d'énergie.

Pour des bureaux, par exemple, un mois est la combinai-son de 4 séquences longues d'inoccupation, 18 ou 19 séquences courtes d'inoccupation et 22 ou 23 séquences d'occupation, ou bien un nombre décimal de semaines établies à partir de ces séquences. 4) La somme de tous les mois d'une saison de chauffe

constitue une année. D'autres paramètres sont définis à l'échelle de l'année ( apports d'occupation, d'ECS, de procédé, de bureautique).

5) Les valeurs annuelles obtenues pour chaque zone sont

ensuite sommées sur toutes les zones du bâtiment étudié.

55

5.2.1.2. ELABORATION DE LA METHODE Un modèle simplifié de calcul des profils de température intérieure, mis au point par le CSTB [ref.5.18] a été proposé dans première version de travail du guide n°6 de l'AICVF [ref.5.19]. • sur une séquence d'inoccupation, 3 ou 4 plages de

fonctionnement de l'installation :

1 - une plage d'arrêt du chauffage 2 - une plage de maintien de la température limite

basse 3 - une plage de relance 4 - une plage (éventuelle si absence de système auto-

adaptatif) de maintien de la température de consigne d'occupation

• sur une séquence d'occupation, 2 plages de fonction-

nement de l'installation :

5 - maintien de la température de consigne avec fin de réchauffement de structure

6 - maintien de la température de consigne.

Ils peuvent à la fois servir de « moteur » à un outil d'aide à la conception, objectif visé par l'AICVF, et à une méthode de calcul réglementaire, objectif visé par le CSTB ref.[5.21]. Ils préservent un minimum de cohérence entre ces deux missions différentes, l'une recherchant un optimal pour un projet avec des données d'entrée et des hypothèses libres, l'autre veillant à la satisfaction d'une exigence performancielle utilisant des hypothèses conventionnelles figées. 5.2.2. STRUCTURE Cette méthode s'organise selon le schéma de la figure 5.2. La méthode repose sur l'évaluation préliminaire de Ql, be-soins de chauffage hors apports solaires, Qs, et internes, Qg (appelé aussi « besoins bruts » ou déperditions) par détermination de la durée de trois phases différentes (figure 5.3) : une phase sans chauffage, une phase de maintien d'une température réduite et une phase de relance au cours de laquelle le système de chauffage fonc-tionne à la puissance maximale et qui se termine lorsque la température intérieure a atteint sa valeur de consigne.

Figure 5.2 - Principe du bilan énergétique d'un bâtiment (réf.[5.20])

Ce modèle a fait l'objet d'un travail de validation au sein de l'AICVF entre 1993 et 1996. Cette méthode a donc évolué après analyse de sa sensibilité aux principaux paramètres comparée à celles de modèles en régime dynamiques (TRNSYS, DOE2, TAS). De manière concomitante, le comité technique n°89 (TC89) du Comité Européen de Normalisation (CEN) élaborait une méthode de calcul des besoins de chauffage dans les bâtiments. Les travaux menés à l'AICVF auront alimentés la contribu-tion française au TC 89. Ainsi, les algorithmes permettant de calculer des besoins de chauffage de manière détaillée sans faire appel à un modèle dynamique composent le projet de norme pr EN13790 (réf.[5.20]).

Ces calculs s'appuient sur un modèle analogique du 1er ordre décrit à la figure 5.4. Il y aura possibilité de calculer les durées de ces phases selon une relance à heure fixe avec contrôle de la puissance (la température θio est-elle atteinte en fin de relance ?), ou selon une relance optimisée. Il faut ensuite définir les hypothèses permettant d'estimer Qg et Qs. Différentes sources déjà citées au §5.1 peuvent être utilisées. La ref.[5.20] permet d'estimer les apports récupé-rés et de les répartir sur les différentes phases. Connaissant les besoins nets de chauffage par phase Qh (cf. figure 5.2), il est alors possible de déterminer les ren-dements ou les pertes du générateur durant ces phases : le générateur de chauffage fonctionne à pleine puissance, à puissance réduite, ou s'arrête selon ces besoins.

56

Enfin, pour le chauffage électrique, il est possible d'effec-tuer une répartition horo-saisonnière qui sera décrite plus en fin de chapitre.

Figure 5.3 - Programme d'intermittence du chauffage indiquant les périodes considérées en cas d'abaissement de température

θe température extérieure ; θc température de la structure ; θi température intérieure ; Ph puissance de chauffage ; C capacité thermique de la zone ; Hd coefficient de déperdition directe (sans inertie : air, vitrages) ; Hce coefficient de déperdition entre la structure et l'extérieur ; Hic coefficient de déperdition entre la structure et l'ambiance intérieure.

Figure 5.4 - Schéma analogique équivalent d'une zone thermiquement homogène

57

En résumé, la méthode est structurée selon l'organigram-me figure 5.5.

Calcul des besoins bruts Ql

§5.2.3

Calcul des apports bruts Qg

§5.2.4

Calcul des apports utiles ηQg

§5.2.5

Calcul des besoins nets Qh

§5.2.5

Calcul des pertes du système

de chauffage, ou de son rendement

§ 5.2.6 à § 5.2.8

Consommations de chauffage

§5.2.9

Figure 5.5 - Organigramme du calcul des

consommations de chauffage mensuel d'une zone

5.2.3. CALCUL DES BESOINS BRUTS POUR UNE ZONE OU LE BATIMENT « Ql »

5.2.3.1. DECOUPAGE DANS LE TEMPS ET DANS

L'ESPACE Le calcul s'effectue mois par mois en distinguant différen-tes périodes d'usage spécifique de la zone ou du bâtiment considéré : • période d'occupation, dite « normale » • période d'inoccupation courte, nuit de semaine pour les

bureaux et les écoles par exemple, journée pour les hôtels ; par commodité, cette période sera dite « nuit »

• période d'inoccupation moyenne comme le week-end • période de vacances (inoccupation longue : au moins

une semaine) essentiellement pour les bâtiments scolaires.

Ces périodes sont à définir au cas par cas selon le programme du projet qui précise fréquemment les scénarios d'utilisation des locaux : planning d'occupation, type d'activité, températures de consigne. Au cas où ces informations ne seraient pas disponibles, ou si le programme n'impose rien de précis, on peut utiliser, à titre d'exemple le tableau 4.7 ( chapitre 4) qui indique les nombres de jours par mois durant lesquels la zone ou le bâtiment concerné est utilisé et les scénarios-types d’occupation journaliers et hebdomadaires décrits dans les guides sectoriels (réf. [1.1] à [1.8]) et reproduits fig. 5.6. Par ailleurs, le tableau 5.7 donne des exemples typiques de scénarios d'utilisation et des températures de consigne. Ces valeurs tirées de ref.[5.21] servent de conventions aux calculs réglementaires. On peut aussi se référer au guide n°1 de l'AICVF(réf.[5.23]) pour ce qui est des températures de consigne (cf. tableau 5.8).

période normale période « nuit » période « week-end » tnor Nnor θiinor tnuit Nnuit θiinuit twe Nwe θiiwe Types de locaux durée

(h) nombre

par semaine

températurede consigne

(°C)

durée(h)

nombre par

semaine

températurede consigne

(°C)

durée (h)

nombre par

semaine

températurede consigne

(°C) Etablissement sanitaire avec hébergement

16 7 22 8 7 16 pas de réduit

Hôtellerie et autres hébergements

16 7 19 8 7 16 de week-end

Etablissement sanitaire sans hébergement

10 5 22 14 4 19 62 1 8

Enseignement 10 5 19 14 4 16 62 1 8 Bureaux 10 5 19 14 4 16 62 1 8 Salles de spectacles, de conférence

10 5 19 14 4 16 62 1 8

Commerces 10 5 19 14 4 16 62 1 8 Restauration plusieurs repas par jour

10 5 19 14 4 16 62 1 8

Etablissement sportif 10 5 16 14 4 8 62 1 8 Restauration 1 repas par jour

5 5 19 19 4 16 67 1 8

Tableau 5.7 - Exemples de valeurs d'usage selon les zones d'activité ou les types de bâtiments (réf.[5.21])

58

Bureaux : - une seule zone occupée de 8 h à 18 h, 5 jours par semaine

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23

Hôpitaux : - une zone hébergement et plateaux techniques occupée en permanence

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23

- une ou plusieurs zones (salles de soin, consultation, laboratoires, service communs) occupée aux « heures de bureau », 5, 6

ou 7 jours par semaine

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 Hôtellerie : - une zone « chambres » occupée, selon les établissements, sur une fourchette de 18 h à 10 h et caractérisée par un taux

d'occupation

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 - une zone accueil occupée en permanence

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23

- une zone restaurant avec 3 plages d'occupation journalières: de 6 h à 9 h, de 12 h à 15 h, de 19 h à 23 h

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23

- une zone cuisine occupée de 9 h à 14 h puis de 17 h à 22 h

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23

- une ou plusieurs autres zones (bureaux...) Scolaire : - une zone enseignement occupée de 8 h à 16 h, 4 jours par semaine. L'occupation du mercredi (8 h à 12 h ou 8 h à 16 h) et du

samedi (pas d'occupation ou de 8 h à 12 h) dépendant des établissements

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23

- une zone de restauration occupée de 12 h à 14 h

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23

- une zone de cuisine occupée de 9 h à 14 h

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23

- une zone de bureau aux heures et jours de bureaux

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23

- une éventuelle zone d'hébergement et de restauration de soir - d'éventuelles prolongations d’occupation en soirée.

Figure 5.6 – Scénarios-types d’occupation par secteur et par zone (réf. [1.1] à [1.8])

59

Local

(humidité relative : 50 %) Plage de choix

[°C] θθθθ d'usage courant

[°C] Etablissements scolaires

Ecoles primaires : salle de classe circulations, préau et salle de jeu

Lycées - Collèges - Universités : salle de classe et salle polyvalente circulations, préau salles spécialisées

Sanitaires

18,5 à 21 14 à 18,5

15 à 23

11,5 à 18,5 15 à 21

12,5 à 21

20 16

19 15 18 19

Locaux sportifs Piscine :

hall d'entrée hall de piscine (1) vestiaires douches

Gymnase : gymnastique autres activités plus soutenues danse vestiaires douches

16 à 21 23 à 29 19 à 25 21 à 27

9 à 20

9 à 15,5 14 à 21 19 à 25 21 à 27

19 26 22 23

15 12 18 22 23

Equipements publics Hôpitaux : (2)

chambres de malade bloc opératoire douches circulation

Foyer de personnes âgées Crèches :

salle de jeux et d'exercice salle de repos salle de jeux d'eau

21 à 23 21 à 27 21 à 27 17 à 23 21 à 25

18,5 à 26,5

23 à 25 24,5 à 29

Prescriptions spéciales

24

22 24 27

Lieux publics Hôtel :

chambres hall

Magasin - Supermarché Bibliothèque Bar - Restaurant Musée Salle de réunion - Salle de spectacle Salle de spectacle avec tenue de soirée Eglise Hall d'exposition

17 à 25 15 à 23 12 à 24 20 à 24 15 à 24 16 à 22 17 à 23 22 à 26 12 à 20 12 à 24

21 19 18 21 20 20 20 24 16 18

Lieux de travail Industrie : (3)

atelier à activité soutenue atelier à activité physique faible

Bureaux

11,5 à 21 15 à 21 15 à 23

16 18 19

(1) Le confort est lié aussi à l'hygrométrie ambiante et à la température résultante. Pour 26°C on maintiendra un degré hygrométrique voisin de 70%. (2) Les valeurs de températures résultantes seront prises suivant les cahiers des clauses techniques particulières. (3) Les valeurs sont celles qui conviennent aux occupants, mais d'autres considérations dues aux procédés de fabrication peuvent

intervenir.

Tableau 5.8 - Températures de consigne en séquence d'occupation (réf. [5.23])

60

Il est clair qu'un calcul global sur un bâtiment suppose que ce dernier ne comporte pas des zones relativement importantes d'usages différents (ou très différents). En cas contraire, un découpage du bâtiment est nécessaire. La finesse de ce découpage doit cependant rester raisonnable compte-tenu : a) que la méthode n'est pas multizone ; un découpage

très fin ne donnerait qu'une illusion de précision accrue b) que plus il y a de zone, plus le calcul est fastidieux c) que certaines zones ont un impact faible sur le bilan

global (chauffage très intermittent, forts apports, faibles surfaces ou volumes, très faibles déperditions,…)

5.2.3.2. PRINCIPE DE CALCUL DE Ql Le principe du calcul consiste à estimer les déperditions de la zone ou du bâtiment en calculant une température intérieure équivalente constante qui provoquerait les mêmes déperditions que celles correspondant à une chauffage intermittent durant la même période. Pour des périodes normales, la température intérieure équivalente est égale à la température de consigne. Pour des périodes de nuit et de week-end, la température intérieure équivalente est calculée en estimant l'évolution de la température du bâtiment, lorsqu'elle chute en dessous de sa valeur de consigne normale. Cette évolution se calcule à l'aide du modèle de bâtiment (Figure 5.4) qui distingue la température intérieure du bâtiment de celle de sa structure. L'inertie thermique du bâtiment est représen-tée par une capacité dont la température est celle de la structure. Les échanges entre la structure et l'environne-ment extérieur, entre la structure et l'environnement intérieur et directement entre les ambiances intérieure et extérieure sont pris en compte séparément. La méthode repose sur l'évaluation de la longueur de trois phases différentes, une phase chauffage, une phase de maintien d'une température réduite et une phase de relance au cours de laquelle le système de chauffage fonctionne à la puissance maximale et qui se termine lorsque la température intérieure a atteint sa valeur de consigne. La température équivalente dépend des caractéristiques de la zone, des durées des périodes, de la température extérieure, de la puissance de l'installation de chauffage et du dispositif de programmation utilisé. 5.2.3.3. TEMPERATURE INTERIEURE DE CONSIGNE En pratique, la consigne affichée dépend non seulement du type d'usage de la zone (consigne visée), mais aussi de la capacité du dispositif de régulation et de l'émetteur de chaleur à assurer une température homogène dans la zone et stable dans le temps. En fait, il faut tenir compte de « l'imperfection » du couple régulation/émission en corrigeant la température de consi-gne visée selon la relation suivante : θi = θii + δθvs + δθvt (5.9) avec : θi : température de consigne effective θii : température de consigne visée

δθvs : variation spatiale de θii δθvt : variation temporelle de θii Le tableau 5.9 indique des valeurs de δθvs pour quelques émetteurs (d'après réf.[5.21]) Types d'émetteur Variation

spatiale pour h(*) ≤ 4 m

(K)

Variation spatiale par mètre supplémentaire

au-delà de h = 4 m (K/m)

plancher chauffant 0 0 - cassettes rayonnantes- tubes rayonnants - chauffage convectif avec destratificateur

0,5

0,2

autres émetteurs 0,5 0,4 (*) hauteur moyenne sous plafond de la zone

Tableau 5.9 - Valeurs-types de δδδδθθθθvs Le tableau 5.10 rassemble des valeurs de δθvt pour diffé-rents régulateurs par local (réf.[5.21]).

Types de régulateur Variation temporelle (K) régulation électronique fine d'émetteur électrique direct amplitude ≤ 0,5 K dérive en charge ≤ 1,5 (NFC)

0,6

régulation électronique d'émetteur électrique direct ou plafond rayonnant

0,9

robinet thermostatique certifié

1,2

régulation thermomécani-que d'émetteur électrique robinet thermostatique non certifié

1,5

Autres régulations termina-les ne permettant pas un arrêt total de l'émission

de 1,8 à 2

Tableau 5.10 - Valeurs-types de δδδδθθθθvt

5.2.3.4. CARACTERISATION DE LA ZONE OU

DU BATIMENT La première étape de la méthode consiste à déterminer certaines caractéristiques de la zone ou du bâtiment. Il faut : • Calculer le coefficient de déperdition par transmission

de la période considérée Hsb, nuit ou week-end. Celui-ci est calculé en utilisant le taux de renouvellement d'air correspondant à une période de nuit ou de week-end.

• Calculer le coefficient de transfert Hic entre la structure

lourde et l'ambiance intérieure

Hic = HicS.Az (5.10)

où : Az est l'aire de la zone

61

HicS est le coefficient de transfert superficiel pour 1m² de surface de zone donné dans le tableau 5.11 en fonction de l'inertie de la zone.

Classe d'inertie HicS Légère 11 Moyenne 22 Lourde 28 Très lourde 36

Tableau 5.11 - Coefficient de transfert

superficiel HicS (réf.[5.21])

• Calculer le coefficient des déperditions directes, Hd, entre les ambiances intérieure et extérieure, à travers les structures légères (portes et fenêtres) et par renouvellement d'air, avec les données correspondant à la période d'abaissement de température : Hd = Hw + Hv (5.11) où le coefficient de déperdition des structures légères, Hw, est la somme des coefficients de déperdition de toutes les portes et fenêtres, et Hv le coefficient de déperdition par renouvellement d'air.

• Calculer le coefficient de déperdition entre la structure

et l'extérieur Hce :

Hce = ( )( )dsbic

dsbic

HHHHHH

−−−⋅ (5.12)

• Calculer la fraction effective ζ de la capacité thermique

:

ζ = ceic

ic

HHH+

(5.13)

• Calculer le rapport ξ entre les effets d'une variation du

flux de chauffage sur la température intérieure et la température de la structure :

ξ = dic

ic

HHH+

(5.14)

• Calculer le temps de réponse de la température de la

structure après un changement de la puissance de chauffage Ph :

τp = sb

h

HC

⋅ξζ

(5.15)

où Ch est la capacité horaire définie au tableau 5.12 selon la surface utile au sol de la zone ou du bâtiment (Abat).

• Calculer le temps de réponse τT de la température de la structure après un changement de la puissance de la température de l'air :

τT = icce

h

HHC+

(5.16)

Classe d'inertie

Exemple Capacité horaire Ch en [Wh/K]

légère pas de parois lourdes 18 x Abat moyenne 1 paroi lourde par niveau 31 x Abat lourde 2 parois lourdes par niveau 43 x Abat très lourde 3 parois lourdes par niveau 56 x Abat

Tableau 5.12 - Capacité horaire Ch, (réf.[5.21] et [5.22])

5.2.3.5. CALCUL DE LA TEMPERATURE INTERIEURE

EQUIVALENTE Ce calcul doit être effectué successivement pour chaque mois et chaque période en puissance réduite (nuit, week-end, vacances), en déterminant les données suivantes : θio température de consigne de la période normale, θisb température de consigne de la période en puissance

réduite ; si le réduit défini au tableau 5.13 est de type puissance réduite, il n'y a pas de phase de fonctionnement en température réduite, on suppose que la consigne pour cette phase θisb est égale à θe ; en conséquence, cette phase disparaît

tsub durée de la période de nuit, de week-end ou de vacances

tbh durée de la relance pour la période. Cette valeur est calculée selon la procédure définie au § 5.2.3.6 si la relance a lieu à heure fixe. Si la relance est optimisée, cette durée est inutile.

Le projet de norme prEN 13790 distingue les systèmes de programmation de l'intermittence du chauffage selon leur capacité à assurer un arrêt du chauffage ou un simple abaissement et selon que la durée de relance du chauffage est fixe ou optimisée. Les types de réduit et de relance à utiliser dans la procédure de calcul sont définis au tableau 5.13 en fonction du type de programmateur utilisé :

Type d'appareil Réduit Relance Sans Puissance

réduite à heure

fixe Simple sans contrôle de la température intérieure

Puissance réduite

à heure fixe

Simple avec contrôle de la température intérieure

Température réduite

à heure fixe

Optimiseur avec contrôle de la température d'ambiance

Température réduite

Optimisée

Tableau 5.13 - Types de réduit et de relance

suivant le système de programmation (réf.[5.21]) • Calculer la température de la structure au début de la

baisse de température θcO : θcO = θe + ζ . (θi - θe) (5.17) où θe est la température extérieure moyenne du mois définie au tableau 5.14.

62

STATIONS mois --

> 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

t°de base AJACCIO 0 8,6 9,0 10,2 12,4 15,8 19,2 21,9 22,1 19,9 16,7 12,6 9,6 PERPIGNAN -2 8,1 9,1 10,9 13,4 16,8 20,7 23,7 23,2 20,5 16,4 11,6 8,9 SAINT-GIRONS -6 5,1 6,1 7,8 10,1 13,3 16,8 19,4 19,1 17,0 13,2 8,3 5,6 BIARRITZ -3 8,1 9,0 10,0 11,8 14,6 17,3 19,8 19,9 18,6 15,6 11,0 8,6 MARSEILLE -3 6,7 8,0 10,2 13,2 17,1 20,9 23,8 23,2 20,3 16,1 10,7 7,3 MONTPELLIER -5 6,7 7,9 9,8 12,7 16,2 20,0 22,8 22,2 19,5 15,4 10,3 7,3 TOULOUSE -5 5,4 6,9 8,7 11,3 14,8 18,4 21,3 20,9 18,5 14,4 9,0 6,0 NICE 0 8,7 9,4 10,9 13,2 16,4 19,9 22,9 23,0 20,6 17,0 12,4 9,6 MONT-DE-MARSAN -5 5,8 7,1 8,9 11,5 14,9 18,1 20,7 20,3 18,2 14,1 9,0 6,2 CARPENTRAS -6 4,9 6,1 9,7 12,8 16,3 20,1 22,8 22,2 19,1 14,0 9,1 5,7 EMBRUN -16 1,2 2,8 5,5 8,8 12,7 16,2 19,3 18,8 15,9 11,4 5,7 2,4 GOURDON -7 4,5 5,9 7,8 10,5 14,0 17,2 20,0 19,3 17,1 13,4 8,0 5,0 BORDEAUX -5 5,9 7,2 8,8 11,3 14,6 17,8 20,3 19,7 18,0 14,0 9,1 6,4 LE PUY -12 1,0 2,0 5,5 8,3 11,9 15,6 17,9 17,5 14,9 9,9 5,4 2,0 GRENOBLE -11 1,8 3,6 6,0 8,8 13,2 16,7 19,5 18,9 15,9 11,6 5,9 2,7 LYON -11 2,7 4,6 7,2 10,4 14,4 17,9 20,8 20,0 17,1 12,5 6,8 3,2 CLERMONT-FERRAND -9 3,1 4,6 6,8 9,5 13,3 16,8 19,3 18,8 16,4 12,2 6,8 3,6 LIMOGES -9 3,6 5,0 6,8 9,0 12,8 16,1 18,7 18,4 18,4 12,0 7,2 4,9 LA ROCHELLE -4 6,0 7,0 8,8 11,1 14,3 17,5 19,8 19,6 17,8 14,3 9,5 6,6 POITIERS -7 4,2 5,4 7,3 9,9 13,3 16,7 19,1 18,6 16,3 12,4 7,3 4,7 BOURGES -7 3,4 4,7 7,0 9,8 13,4 16,7 19,3 18,8 16,3 12,2 6,9 4,0 DIJON -11 1,6 3,6 6,5 9,9 13,7 17,2 19,7 19,1 16,1 11,4 5,6 2,3 CHÂTEAU-CHINON -14 1,1 1,7 6,1 8,6 12,2 15,3 17,3 17,1 14,6 10,1 5,6 0,3 NANTES -5 5,4 6,2 8,1 10,4 13,6 16,9 19,2 18,8 16,8 13,1 8,6 6,0 BESANCON -13 1,6 3,3 6,2 9,4 13,3 16,6 18,9 18,4 15,7 11,3 5,6 2,2 AUXERRE -10 2,9 4,2 6,7 9,7 13,4 16,8 19,1 18,7 16,1 11,9 6,5 3,5 LANGRES -13 0,4 1,9 4,8 8,0 12,0 15,3 17,6 17,3 14,5 10,1 4,4 1,2 ORLEANS -7 3,1 4,2 6,6 9,3 13,0 16,2 18,5 18,2 15,8 11,8 6,6 3,8 RENNES -5 5,1 5,8 7,7 9,8 13,0 16,2 18,4 18,0 16,1 12,5 8,2 5,9 LE MANS -7 4,2 5,0 7,2 9,8 13,3 16,7 18,8 18,3 16,0 12,1 7,3 4,8 ROSTRENEN -4 4,5 4,7 7,0 9,0 11,6 14,3 15,7 16,0 14,5 11,0 7,5 5,2 STRASBOURG -15 0,9 2,5 6,0 9,6 13,8 17,0 19,1 18,7 15,6 10,6 5,2 1,9 PARIS -5 4,2 5,3 7,8 10,6 14,3 17,4 19,6 19,2 16,7 12,7 7,7 5,0 TRAPPES -7 3,0 4,0 6,3 9,1 12,7 15,9 18,0 17,7 15,3 11,4 6,5 3,8 METZ -15 1,5 2,9 5,8 9,1 13,2 16,4 18,4 18,1 15,1 10,6 5,4 2,4 CAEN -7 4,6 5,0 6,9 8,8 12,0 14,8 17,0 17,0 15,2 11,9 7,8 5,4 REIMS -10 2,3 3,4 6,0 8,9 12,7 15,9 17,9 17,7 14,9 11,0 6,0 3,2 ROUEN -5 3,3 3,6 5,9 8,2 12,0 14,8 17,1 17,0 14,5 11,0 6,4 4,1 SAINT-QUENTIN -7 2,3 3,4 5,8 8,6 12,3 15,2 17,1 17,1 14,6 10,9 5,9 3,3 LILLE -9 2,7 3,4 5,9 8,6 12,4 15,3 17,2 17,3 14,9 11,1 6,3 3,6

Tableau 5.14 - Moyennes mensuelles des températures moyennes journalières θθθθe (réf. [5.11] et températures de base θθθθeb (réf. [5.23])

• Calculer la température de la structure θcsb atteinte en régime établi, lorsque la température intérieure est maintenue à la température abaissée θisb : θcsb = θe + ζ .(θisb - θe) (5.18) • Calculer les températures intérieure et de la structure, θipp et θcpp, les plus élevées qui puissent être atteintes :

Ppp θipp = θe + (5.19) Hsb

63

θcpp = θe + ζ .(θipp - θe) (5.20)

où Ppp est la puissance maximale fournie par le système de chauffage en phase de relance. Si elle n’est pas connue, on peut la calculer approximativement selon l’équation (5.21) ou bien consulter la réf. [5.23]. Ppp = Fsurp . (HT + HV) . (θi - θeb) (5.21) avec : θi, température de consigne en phase de chauffage normal, θeb, température extérieure de base donnée dans le tableau 5.14, Fsupr est le facteur de surpuissance indiqué tableau 5.15.

Émetteur

Fsurp

Radiateur Ventilo-convecteur

1,20

Radiateur basse température Ventilo-convecteur basse tempé-

rature

1,15

Plancher chauffant

1,10

Tableau 5.15 - Facteur de surpuissance selon le type d’émetteur (réf. [5.21])

• Calculer la température intérieure la plus basse qui puisse être atteinte, θinh : - en cas d’arrêt du chauffage, la température intérieure d’équilibre est : θinh = θe (5.22) - en cas de puissance réduite (par exemple avec une température d’eau de chauffage réduite) : θinh = max (θe, θisb) (5.23) La température minimale de la structure, θcnh, est la suivante : θcnh = θe + ζ (θinh - θe) (5.24) Relance optimisée : calculer la durée tbh qu’aurait la phase de chauffage accélérée, en l’absence de maintien d’une température réduite :

������

�

�

������

�

�

������

�

�

�

��

�

�

�

τ−θ−θξ+θ−θ

θ−θξτ=

p

ucnh0c0iipp

cnhcpppbh

texp)..(

).(ln;0max.t

(5.25) Relance optimisée : calculer la durée de non chauffage tnh : tnh = tu – tbh (5.26) Relance à heure fixe : calculer ce que serait la durée de non chauffage, en l’absence de maintien d’une température réduite : tnh = tsub – tbh (5.27) • Calculer la température intérieure, θi1, atteinte à la fin de la période sans chauffage :

����

��−−+=

p

nhcnhcinhsb tτθθξθθ exp)..( 0 (5.28)

En cas de maintien d'une température réduite et si θsb > θi1, passer à la relation (5.33). • Calculer la température de la structure θc1, atteinte à la fin de la période sans chauffage : si

0tnh = alors θc1 = θc0 (5.29)

sinon

ξθθθθ inhi

c cnh

−+= 1

1 (5.30)

Puisqu'il n'y a pas de consigne réduite, la durée de la période de maintien de cette consigne est 0 et la température de la structure à la fin de la période d'abaissement de température, θc2, est celle atteinte à la fin de la période sans chauffage : t 0sb = et 1c2c θ=θ (5.31)

Relance optimisée, passer à la relation (5.40). Relance à heure fixe, passer à la relation (5.39). En cas de consigne réduite, calculer la durée d'ab-sence de chauffage nécessaire pour atteindre la température abaissée tnh :

64

���

�

���

����

�

�

−−

=inhisb

cnhcpnht

θθθθξ

τ).(

ln,0max. 0 (5.32)

• Calculer la température de la structure θc1 à la fin de cette période : si 0tnh = alors θc1 = θc0 (5.33)

sinon

ξθθθθ inhisb

c cnh

−+=1 (5.34)

• Calculer la durée de maintien de la température réduite, tsb : Relance optimisée :

��

���

��

���

��

��

�

��

�

�

��

�

�

θ−θθ−θξ

τ−−=0iipp

csbcpppnhsubsb

).(ln.,0maxtt;0maxt (5.35)

Relance à heure fixe : tsb = tsub – tnh - tboost (5.36) tboost est calculée selon le § 5.2.3.6. • Calculer la température de la structure à la fin de la période d'abaissement, θc2 : si tsb égale ou inférieure à 0, alors tsb = 0 et θc2 = θc1 (5.37) sinon

���

����

�−−+=

T

sbcsbccsbc

tτ

θθθθ exp).( 12 (5.38)

• Calculer la durée de la phase de relance, tbh :

��

�

�

��

�

�

��

�

�

�

θ−θθ−θξ

τ=0iipp

2ccpppbh

.(ln.;0maxt (5.39)

tbh calculée ici peut être différente de la valeur tboost précédente. Relance à heure fixe : si tbh est supérieure à tboost, augmenter tboost et refaire tout le calcul. • Calculer la température de la structure à la fin de la phase de relance, θc3 :

si 23,0 ccbh alorst θθ == (5.40)

sinon

ξθθ

θθ ippicppc

−+= 0

3 (5.41)

• Calculer le temps restant entre la fin de la relance et la fin de la période tend :

tend = tsub – (tnh + tsb + tbh) (5.42) • Calculer la température de la structure à la fin de la période, θc4 : si tend = 0, alors θc4 = θc3 (5.43) sinon

���

����

�−−+=

T

endcccc

tτ

θθθθ exp)( 0300 (5.44)

• Calculer la température intérieure équivalente :

)()t.t.t.t.(t1

3c2c1c0cpend0ibhippsbisbnhinhsub

ieq θ−θ+θ−θξτ+θ+θ+θ+θ=θ

(5.45) 5.2.3.6. CALCUL DE LA DUREE DE RELANCE AVEC DEPART A HEURE FIXE Dans le cas d'une relance à heure fixe, la méthode suivante doit être appliquée pour chaque période afin de calculer la durée de la relance à heure fixe tboost.sub. Appliquer la méthode de calcul ci-dessus en pre-nant la température extérieure égale à θeb définie dans le tableau 5.14. On obtient la valeur de tboost que l'on utilise ensuite pour chaque mois. 5.2.3.7. BILAN POUR LE CALCUL DE QL On calcule le nombre de périodes de chaque mois en déterminant par exemple le nombre (décimal ou entier) de semaines normales nsem.nor du mois. nsem.nor = (nj.mois – nj.vac) / 7 (5.46) où : nj.mois est le nombre de jours du mois. nj.vac est le nombre de jours de vacances du mois. Les besoins bruts Ql de chaque zone sont calculés pour une semaine par mois : QI = ( ) subeieqsubsub

subt..H.N θ−θ� (5.47)

où : θieq est la température intérieure équivalente

de la période calculée du § 5.2.3.5. θe est la température extérieure du mois

(tableau 5.14). tsub est la durée de la période exprimée en

heures des périodes normales, de nuit et des périodes de vacances.

Nsub est le nombre de périodes d'un type donné, par exemple en nombre par semaine et multiplié par nsem.nor pour l'obtenir par mois. Il vaut 1 pour les semaines de vacances.

65

Hsub est le coefficient de déperdition du bâti-ment pendant la période.

La somme doit être effectuée pour les périodes normale, de réduit de nuit et, si nécessaire, de réduit de week-end.

subVTsub H.HH += (5.48)

HT est le coefficient de déperdition par

transmission à travers l'enveloppe de la zone.

HVsub est le coefficient de déperdition par renouvellement d'air de la période.

5.2.4. APPORTS BRUTS « Qg » Les apports internes Qi, et les apports solaires Qs, s'additionnent pour composer les apports bruts Qg. Ils sont multipliés par un nombre d'heures et un nombre de jours du mois non comprises les périodes de vacances, de façon à obtenir des apports mensuels exprimés en [Wh] à partir de valeurs d'apports exprimées en [W].

5.2.4.1 APPORTS INTERNES « Qi» Les apports internes proviennent des occupants (Qocc), de l'éclairage électrique (Qecl), de la bureautique (Qbur), des procédés (Qpro) et des pertes récupérables du système d'ECS (Qecs). Remarque : certaines pertes de l'installation de chauffage participent ainsi à maintenir les locaux à la température de consigne. En toute rigueur, le calcul devrait être itératif puisque les besoins vont dépendre de ces apports et que les pertes de l'ins-tallation dépendent des besoins. On pourra effectuer une itération, c'est-à-dire un premier passage de calcul de Qh, puis un calcul des pertes du système de chauffage qui seront pris en compte dans un second passage de calcul de Qh (voir § 5.2.9.1). Apports dus aux occupants (Qocc) Ils sont fonction du nombre d'occupants de la zone étudiée et de la nature de leurs activités. Le tableau 5.16 donne des valeurs d'apports (chaleur sensible) par occupant et par fonction, établies à partir des données du guide AICVF «Calcul des charges de climatisation et de conditionnement d'air» (réf. [6.33])

Bureaux 72 W/personne Hôtels 84 W/chambre occupée Restaurants (1) 66 à 150 W/personne Hôpitaux (2) 90 à 145 W/lit occupé Magasins, accueil, locaux recevant du public - debout - assis

72 66

W/personne W/personne

Ateliers 74 W/personne (1) selon la nature du service : ici de 0 serveur (self) à 1 serveur par client (2) selon le taux d'encadrement : ici de 0,3 à 0,9 personne par lit

Enseignement W/élève (3)

Classe Restaur. Repos Gymnase

Maternelle 36 33 28 60 Primaire 49 45 31 81 Autres 72 66 56 120

(3) y compris les enseignants Tableau 5.16 - Apports de chaleur sensible par occupant et par fonction

66

Apports nominaux d'éclairage (Qecl) Les apports «nominaux» dus à l'éclairage électrique peuvent être directement lus dans des tableaux à partir des niveaux d'éclairement recommandés. Le tableau 2.2 donne quelques valeurs courantes de ces apports. Si la zone bénéficie de lumière du jour et si la période comporte une période diurne, il y a lieu de multiplier les apports «nominaux» par un «taux de couverture électrique» calculé mensuelle-ment. Ce calcul est fait au paragraphe 2.3.1. Apports dus aux procédés (Qpro) Pour le calcul de ces apports, voir le chapitre 3 pour certains cas traités ou selon les données spécifiques du projet. Apports dus à la bureautique (Qbur) Pour le calcul de ces apports, voir le tableau 3.2. A défaut, on pourra prendre comme valeur de Qbur, selon l'importance de l'équipement bureautique : 10 à 30 W/m². Apports dus aux pertes ECS (Qecs = Prs+Prd) Le calcul des pertes récupérables de distribution Prd et de stockage Prs s'effectue pour une journée-type de chaque mois, et pour chaque zone fonctionnelle d'ECS, selon le tableau 4.13. Il convient •••• de répartir ces pertes sur chaque zone de calcul de chauffage, si ces dernières ne correspondent pas avec celles où est produite l'ECS. On ne prendra en compte que les pertes produites à l'intérieur du volume chauffé; •••• de les exprimer en puissance moyenne constante dissipée pendant la séquence [W], en fonction des scénarios de production d'eau chaude. On pourra utiliser le tableau 5.17; • de les ramener au m2 en divisant par la surface

chauffée de la zone étudiée.

PERTES DE DISTRIBUTION Production Boucle

permanente Calcul de Prd sur

Centralisée avec 24 h Centralisée sans durée

d'occupation décentralisée durée

d'occupation

PERTES DE STOCKAGE Énergie Calcul de Prs sur Combustible 24 h Électrique durée d'occupation

Tableau 5.17 – Périodes de calcul des pertes

récupérables liées à l’ECS

5.2.4.2. APPORTS SOLAIRES «Qs» Les apports solaires sur une période donnée (on considère ici le mois) se calculent selon la relation suivante :

ijji

mms Sse.n.EQ ��= [kWh/mois] (5.49)

avec Em l'irradiation moyenne mensuelle sur un plan

vertical sud en l'absence d'ombrage, donnée en kWh/m².jour dans le tableau 5.18 (réf. [5.12]).

nm nombre de jours à prendre en compte dans

le mois considéré. i orientation i j inclinaison j Sseij surface sud-équivalente de paroi(s)

vitrée(s) pour une orientation i et une inclinaison j Sse = Avit . Fe.Fts.CoIm où Avit est la surface en tableau d'une paroi vitrée [m²], Fts est le facteur de transmission solaire de la paroi vitrée. Fts peut se décomposer en deux facteurs � Fts = F1.Cor1

- F1 est le facteur de transmission solaire d'une paroi équipée d'un simple vitrage clair (voir tableau 5.19) - Cor1 est un facteur correctif pour passer d'un simple vitrage à un autre type de vitrage (voir tableau 5.20)

Fe est le facteur de masque qui peut être établi selon différentes méthodes (réf. [5.12]) pour une estimation mensuelle, réf. [5.20] pour une estimation annuelle) ; faute d'appliquer ces méthodes souvent lourdes d'usage, on peut utiliser des valeurs forfaitaires (voir tableau 5.21). CoIm est le coefficient correctif moyen mensuel d'orientation et d'inclinaison qui permet de passer d’un plan quelconque à un plan vertical - sud (voir tableau 5.22).

67

STATION 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12AJACCIO 2.61 2.84 3.31 3.26 3.10 2.92 3.04 3.50 3.89 3.65 2.76 2.34PERPIGNAN 2.90 3.28 3.50 3.26 3.00 2.83 2.95 3.21 3.41 3.22 2.79 2.63ST-GIRONS 2.21 2.74 2.97 2.67 2.73 2.62 2.69 2.84 3.15 3.10 2.28 1.86BIARRITZ 1.97 2.43 2.90 2.79 2.81 2.72 2.75 2.91 3.06 2.85 1.97 1.59MARSEILLE 2.69 3.18 3.47 3.41 3.16 2.98 3.12 3.51 3.73 3.48 2.78 2.46MONTPELLIER 2.68 3.18 3.39 3.35 3.12 2.96 3.12 3.42 3.58 3.26 2.68 2.41TOULOUSE 1.71 2.47 3.03 2.90 2.89 2.77 2.86 3.07 3.24 2.93 1.97 1.43NICE 2.84 3.18 3.39 3.35 3.10 2.95 3.13 3.49 3.74 3.57 2.82 2.66MONT-DE-MARSAN 1.83 2.47 3.00 2.88 2.83 2.71 2.80 2.93 3.06 2.89 1.96 1.58CARPENTRAS 2.83 3.04 3.51 3.45 3.19 3.01 3.16 3.53 3.65 3.61 2.82 2.50EMBRUN 2.77 3.17 3.51 3.23 3.03 2.90 3.05 3.31 3.66 3.52 2.61 2.59GOURDON 1.77 2.41 2.86 2.89 2.88 2.80 2.91 3.05 3.13 2.92 1.86 1.56BORDEAUX 1.77 2.41 2.96 3.03 2.92 2.84 2.93 3.10 3.16 2.96 1.90 1.47LE PUY 1.76 2.28 2.85 2.89 2.90 2.80 2.97 3.13 3.25 2.75 1.85 1.51GRENOBLE 1.71 2.36 2.96 2.96 2.98 2.86 3.00 3.21 3.22 2.63 1.68 1.42LYON 1.42 2.19 2.92 3.01 3.02 2.90 3.03 3.18 3.29 2.63 1.60 1.22CLERMONT-FERRAND 1.66 2.23 2.78 2.83 2.83 2.75 2.90 2.99 3.16 2.75 1.79 1.49LIMOGES 1.57 2.19 2.68 2.83 2.85 2.79 2.87 2.94 3.01 2.74 1.71 1.40LA ROCHELLE 1.91 2.51 3.06 3.23 3.15 3.02 3.11 3.32 3.32 3.03 1.91 1.64POITIERS 1.59 2.21 2.88 3.05 2.99 2.91 3.01 3.12 3.17 2.78 1.69 1.38BOURGES 1.42 2.04 2.67 2.89 2.87 2.80 2.88 2.91 2.98 2.57 1.56 1.25CHATEAU-CHINON 1.50 2.04 2.67 2.84 2.89 2.82 2.90 2.93 3.08 2.73 1.68 1.37NANTES 1.58 2.24 2.73 2.98 2.96 2.86 2.91 3.01 2.95 2.65 1.72 1.33BESANCON 1.46 2.12 2.73 2.86 2.94 2.86 2.98 3.01 3.11 2.73 1.60 1.32AUXERRE 1.36 2.03 2.73 2.94 2.95 2.86 2.95 2.98 3.04 2.56 1.50 1.23LANGRES 1.36 2.06 2.73 2.79 2.91 2.85 2.93 2.94 3.08 2.60 1.43 1.12ORLEANS 1.40 1.98 2.66 2.92 2.96 2.87 2.90 2.95 2.98 2.44 1.50 1.19RENNES 1.47 2.10 2.73 2.73 2.97 2.96 2.88 2.91 2.95 2.43 1.61 1.26LE MANS 1.52 2.10 2.80 3.06 2.99 2.91 2.97 3.01 3.04 2.55 1.62 1.26ROSTRENEN 1.27 1.82 2.31 2.56 2.72 2.72 2.68 2.61 2.49 2.16 1.38 1.14STRASBOURG 1.15 1.77 2.51 2.75 2.84 2.76 2.84 2.89 2.82 2.16 1.26 1.02PARIS 1.18 1.84 2.47 2.77 2.84 2.82 2.82 2.80 2.76 2.19 1.32 1.05TRAPPES 1.26 1.88 2.54 2.85 2.88 2.84 2.87 2.86 2.82 2.34 1.40 1.05METZ 1.10 1.72 2.44 2.68 2.81 2.76 2.81 2.78 2.73 2.07 1.21 0.94CAEN 1.52 2.07 2.82 2.92 3.00 2.90 2.88 2.94 2.92 2.49 1.71 1.31REIMS 1.24 1.87 2.61 2.87 2.95 2.89 2.87 2.86 2.92 2.30 1.39 1.07ROUEN 1.20 1.79 2.50 2.77 2.87 2.84 2.79 2.78 2.76 2.18 1.35 1.03ST-QUENTIN 1.15 1.74 2.43 2.77 2.88 2.86 2.80 2.76 2.76 2.21 1.30 1.01LILLE 1.17 1.69 2.38 2.75 2.82 2.87 2.74 2.72 2.75 2.12 1.28 0.95

Tableau 5.18 - Irradiation moyenne mensuelle sur un plan vertical sud, notée «E»

en kWh / m².jour (ref [5.12])

Menuiserie Type d'ouvrant Position nu int. nu ext. Fenêtre 0,53 0,59 Bois ou PVC PF* avec soubassement 0,49 0,54 PF. sans soubassement 0,56 0,62 fenêtre battante 0,57 0,63 métal PF battante 0,59 0,65 fenêtre coulissante 0,60 0,67 PF coulissante 0,64 0,71

* PF : porte-fenêtre

Tableau 5.19 - Facteur de transmission solaire F1 pour une paroi vitrée équipée d'un simple vitrage clair (réf. [5.2])

68

Type de vitrage simple vitrage

double vitrage

triple vitrage

CLAIR 1 0,86 0,73 A COUCHE(S) FAIBLEMENT EMISSIVE(S)

un revêtement pyrolitique 0,80 0,78 0,67 un revêtement cathodique 0,80 0,76 0,65 deux revêtements pyrolitiques 0,63 deux revêtements cathodiques 0,60

TEINTE bronze 0,60 0,51 gris 0,54 0,45

REFLECHISSANT clair 0,64 0,53 argent 0,75 0,63 havane 0,34 0,28

TRES REFLECHISSANT 0,00 0,00 VITRAGE DE PROTECTION selon épaisseur (6 à 38 mm)

1 → 0,52

Tableau 5.20 - Coefficient de correction/simple vitrage Cor1 (réf. [5.19])

balcon, casquette pare-soleil retour de loggia hauteur moyenne des masques inférieure à 15°

0,9

retour de bâtiment protection solaire moyenne et mobile hauteur moyenne des masques comprise entre 15° et 30°

0,6

bonne protection solaire permanente hauteur moyenne des masques supérieure à 30°

0,3

Tableau 5.21 - Facteurs de masque forfaitaire Fe (réf. (5.19])

INC ORIEN JAN FEV MAR AVR MAI JUIN JUIL AOU SEP OCT NOV DEC

S 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 SE/SO 0,79 0,84 0,90 1,04 1,12 1,19 1,20 1,10 0,95 0,86 0,80 0,78

90° E/O 0,47 0,60 0,72 0,95 1,13 1,27 1,27 1,05 0,77 0,61 0,48 0,43 NE/NO 0,29 0,40 0,50 0,72 0,95 1,10 1,05 0,80 0,49 0,39 0,29 0,23 N 0,28 0,38 0,42 0,55 0,76 0,86 0,78 0,56 0,34 0,34 0,28 0,23 S 1,11 1,18 1,28 1,43 1,52 1,63 1,66 1,50 1,33 1,21 1,12 1,08 SE/SO 0,92 1,04 1,16 1,40 1,56 1,71 1,74 1,52 1,24 1,07 0,94 0,90

60° E/O 0,60 0,77 0,94 1,24 1,50 1,70 1,70 1,38 1,00 0,79 0,61 0,53 NE/NO 0,36 0,53 0,65 0,96 1,28 1,48 1,42 1,06 0,65 0,52 0,49 0,30 N 0,36 0,48 0,52 0,70 1,08 1,31 1,20 0,75 0,40 0,43 0,35 0,30 S 1,08 1,19 1,32 1,56 1,73 1,88 1,91 1,68 1,40 1,22 1,10 1,03 SE/SO 0,93 1,07 1,23 1,52 1,73 1,92 1,94 1,66 1,31 1,10 0,95 0,88

45° E/O 0,64 0,83 1,00 1,36 1,66 1,89 1,89 1,52 1,07 0,85 0,67 0,57 NE/NO 0,41 0,60 0,75 1,09 1,46 1,70 1,65 1,23 0,75 0,58 0,42 0,34 N 0,38 0,52 0,55 0,93 1,36 1,64 1,56 1,06 0,49 0,46 0,37 0,32 S 0,99 1,15 1,32 1,63 1,85 2,05 2,07 1,77 1,42 1,18 1,02 0,94 SE/SO 0,88 1,06 1,24 1,58 1,85 2,07 2,10 1,75 1,33 1,09 0,91 0,82

30° E/O 0,66 0,88 1,07 1,46 1,78 2,03 2,02 1,63 1,18 0,90 0,69 0,59 NE/NO 0,46 0,68 0,86 1,26 1,71 1,93 1,89 1,43 0,89 0,68 0,48 0,38 N 0,41 0,56 0,74 1,17 1,63 1,90 1,85 1,34 0,75 0,54 0,39 0,34

0° 0,69 0,91 1,13 1,52 1,70 2,16 2,16 1,72 1,20 0,94 0,71 0,60 Tableau 5.22 – Coefficients moyens mensuels d'orientation et d'inclinaison «CoIm»

(d'après réf. [5.12])

69

5.2.5. CALCUL DES BESOINS NETS

« Qh » 5.2.5.1. BILAN THERMIQUE Les déperditions, Ql et les apports bruts, Qg, sont calculés pour une semaine ou un mois. Le besoin net est obtenu comme suit : Qh = Ql - η Qg (5.50) Le taux d'utilisation, η, est un facteur de réduction des apports de chaleur (apports solaires et apports internes) cumulés pendant la période de calcul, introduit dans le bilan énergétique moyen afin de prendre en compte le comportement dynamique du bâtiment. Toutefois, lorsque les déperditions sont inférieures à 71 % des apports, on suppose que les besoins sont nuls et que le système de chauffage est arrêté. 5.2.5.2. CALCUL DES APPORTS UTILES « ηηηηQG » Le système de chauffage étant supposé parfaitement régulé, certains paramètres présentent une influence majeure sur le taux d’utilisation η. Le rapport apports/déperditions, γ, est défini comme suit :

l

g

QQ

=γ (5.51)

Le taux d’utilisation se calcule selon les relations suivantes :

111

1 ≠−−= + γγγη isa

a

(5.52)

11

=+

= γη sia

a (5.53)

où a est un paramètre numérique qui peut dépendre de la constante de temps τ, caractérisant l’inertie thermique intérieure de l’espace chauffé :

HC=τ (5.54)

avec C : capacité thermique intérieure horaire dépendant de la classe d’inertie et définie au tableau 5.12 ; H : coefficient de déperdition par transmission de la période de chauffage normal. - Si la durée de régime d’occupation définie au tableau 5.7 ou à la figure 5.6 est supérieure à 12 heures, le paramètre « a » vaut alors :

a = 1 + 16τ (5.55)

- Sinon a = 2.5. 5.2.5.3. REPARTITION DES BESOINS SUIVANT LES PHASES DE CHAUFFAGE Dans le cas d’un chauffage intermittent, le système de chauffage fonctionne en différentes phases : normal, arrêt, réduit, relance. Les conditions de fonctionnement n’étant pas les mêmes pendant les différentes phases, il est nécessaire pour calculer les pertes du système de chauffage de répartir les besoins de chauffage suivant ces différentes phases. - Répartition des déperditions Pour chaque période d’occupation :

( ) subeisubnor.l t..HQ θ−θ= (5.56)

0QQQ boost.hsb.hoff.i === (5.57) Pour chaque période d’inoccupation :

).(.)..( 30. ccendeiosubnorl CtHQ θθζθθ −+−= (5.58)

nheinhsuboffl tHQ )..(. θθ −= (5.59)

)12. .(.)..( ccsbeisbsubsbl CtHQ θθζθθ −+−= (5.60)

bheippsubboostl tHQ )..(. θθ −= (5.61) valeurs mensuelles : .Q.NQ sub.emod.1sub

subemod.lt �=

(5.62) - Répartition des apports Soit Qug les apports utiles :

gug Q.Q η= (5.63) On calcule les apports qui seraient utilisés sous les différentes phases de chauffage si la constante de temps du bâtiment était égale à 0 : Q1nor = mi (Qug ; Qht.nor) (5.64) Q1off = min (Qug – Q1nor ; Qht.off) (5.65) Q1sb = min (Qug – Q1nor – Q1off ; Qht.sb) (5.66) Q1boost = min (Qug – Q1nor – Q1off – Q1sb ; Qht.boost) (5.67) On calcule les apports qui seraient utilisés sous les différentes phases de chauffage si la constante de temps du bâtiment était infinie : Q2nor = Qug . (Qht.nor/Ql) (5.68) Q2off = Qug . (Qht.off/Ql) (5.69)

70

Q2sb = Qug . (Qht.sb/Ql) (5.70) Q2boost = Qug . (Qht.boost/Ql) (5.71) On calcule le facteur de pondération à appliquer à ces apports pour obtenir les apports effectivement utiles dans le bâtiment sous les différentes phases de chauffage :

part = min ����

�� 1,

0p

p

ττ (5.72)

où τpo = 100 h. - Calcul des besoins de chauffage selon les phases Qh.mode = Qlt.mode – ((1-part).Q1mode + part.Q2mode) (5.73) - Calcul des durées de fonctionnement sous chaque phase de chauffage On calcule pour chaque mois les durées de fonctionnement sous chaque phase de chauffage. . Phase normale : on additionne les durées d’occupation et les durées de fin d’inoccupation (tend) des différentes périodes. . Phase d’arrêt : on additionne les durées d’arrêt (tnh) de chaque période. . Phase de réduit : on additionne les durées de réduit (tsb) des différentes périodes. . Phase de pleine puissance : on additionne les durées de fonctionnement à pleine puissance (tbh) des différentes périodes. 5.2.6. PERTES DU SYSTEME ET

RENDEMENTS Les pertes liées à la distribution et à la génération de l’installation de chauffage peuvent s’exprimer de deux manières : - sous forme de rendements de distribution (ηd de génération (ηg), - sous forme d’émissions de chaleur liées à la distribution (Qd) et à la génération (Qg) dont une partie est récupérable (respectivement Qdrec et Qgrec). Les consommations de chauffage peuvent s’exprimer alors selon différentes formes : Cch = Qh/ηd. ηg (5.74) ou Cch = Qh+Qd+Qg (5.75) ou encore selon des formes intermédiaires : Cch = Qh/ηd. + Qg (5.76)

Cch = (Qh + Qd) / ηg (5.77) Ces formules sont équivalentes si on exprime le rendement énergétique η d’un système par :

η =

SP1

1

+ (5.78)

où P est la perte énergétique du système S est la quantité d’énergie sortant du système.

Ainsi, ηd =

QhQd1

1

+ (5.79)

Ces formules montrent qu’il faut d’abord traiter les pertes en aval du système avant de traiter le générateur. Elles montrent aussi que les différentes approches ont chacune leur intérêt selon la manière dont on traite le système. L’approche par rendements-types permet rapidement de hiérarchiser différents systèmes indépendamment de leur environnement (type de bâtiments, besoin de chauffage, type de gestion…). Elle est intéressante pour des méthodes simplifiées annuelles (voir § 5.1). Elle est envisageable dans la méthode détaillée à condition de maintenir une certaine cohérence avec la « précision » apportée pour estimer les besoins de chauffage Qh. Pour un système à effet Joule, il n’y a aucun problème de calcul puisque Qd = 0 ou ηd = 1, et Qg = 0 ou ηg = 1, et ce, quels que soient les besoins de chauffage à assurer. En revanche pour une installation à production de chaleur centralisée, se pose déjà le problème des pertes de distribution qui seront plus importantes en période de relance qu’en période de maintien. A l’inverse, les pertes de génération seront relativement plus importantes en maintien qu’en relance. Enfin, le calcul des pertes ou rendement de l’installation de chauffage doit inclure de manière explicite ou implicite, d’une part, les consommations électriques des auxiliaires (pompes, ventilations, etc.) et, d’autre part, la proportion des pertes récupérables du système. 5.2.7. PERTES DE DISTRIBUTION

DE CHAUFFAGE Les pertes de distribution, les pertes récupérables et les consommations auxiliaires sont déterminées pour chaque mois et chaque période de chauffage. Ces éléments sont calculés successivement pour chaque partie du réseau de distribution en utilisant les données adaptées à chaque partie.

71

Les formules de calcul sont à appliquer pour chaque zone considérée avec ses données d’entrée spécifiques. Le calcul s’effectue à partir des besoins aux bornes de la zone, pour chaque mois, chaque phase, et à partir des durées des phases, selon la formule suivante : Qd = U . L . (θmf - θamb). tphase [Wh] (5.80) U coefficient d’émission [W/m.K] L longueurs des tubes départ et retour

intégrant la robinetterie prise en compte par des longueurs équivalents ou des conduits et gaines d'air [m]

θmf température moyenne du fluide de chauffage [°C]

θamb température ambiante [°C] tphase durée de la phase de chauffage définie

§ 5.2.5.3. 5.2.7.1. COEFFICIENT U EN RESEAU AERAULIQUE Les règles ThC (réf. [5.4]) proposent une relation permettant le calcul de U en fonction de la résistance thermique R, en [m²K/W], de la paroi du conduit ou du caisson :

U = R15,0

1+

[W/m².K] (5.81)

0,15 représente la somme des résistances d’échanges superficiels. 5.2.7.2. COEFFICIENT D’EMISSION « U » EN RESEAU HYDRAULIQUE Le coefficient d’émission des réseaux peut être calculé selon la prEN ISO 12241, ou de la façon donnée ci-après. Dans le cas d’installations mixtes (par exemple une partie en bitube, une autre en plancher chauffant basse température « PCBT »), on peut retenir uniquement le système majoritaire (en surface) ou pondérer les valeurs des coefficients d’émission selon les distributions et la surface desservie. Le coefficient d’émission est donné par la formule (réf. [5.24]) : U = Au . De + Bu [W/K.m] (5.80) avec - Au, Bu ; coefficients donnés au tableau 5.23 - De, diamètre extérieur du tube nu [m]. Le coefficient d’émission dépend du type d’isolation et du diamètre moyen du tube. Le diamètre moyen du tube peut être automatiquement estimé en fonction de la typologie de l’installation et de la puissance raccordée Ppp (kW). Ppp correspond aux

besoins de base, majorés par le facteur de surpuissance Fsurp (voir tableau 5.15) et peut être évaluée par l’équation (5.21).

Type d’isolation

Au

Bu

De mini - De maxi [m]

Nu à l’air libre 32,90 0,22 Nu dissimulé 23,00 0,22

0,01-,01

Tube nu en dalle 29,60 2,01 Sous fourreau jeu 10 %

9,59 1,31

Sous fourreau jeu 30 %

3,49 0,85

Sous fourreau jeu 50 %

1,94 0,65

0,01-0,032

Classe 1 (*) 3,30 0,22 Classe 2 (*) 2,60 0,20 Classe 3 (*) 2,00 0,18 Classe 4 (*) 1,50 0,16 Classe 5 (*) 1,10 0,14 Classe 6 (*) 0,80 0,12

0,01-0,3

*au sens de la prEN.ISO 12241 : classe 1 → isolation minimale ; classe 6 → isolation maximale. Tableau 5.23 – Valeurs du coefficient d’émission

U [W/m.K] (d’après réf. [5.24])

Pour des zones à usage proche de l’habitat (zone d’hébergement d’hôtellerie, ou bâtiment de santé), mais aussi en bureaux, voire en établissement d’enseignement, on peut appliquer une relation (tirée de réf. [5.24]) entre De en [mm] et le débit d’eau « q » exprimé en [m3/h] : De = 2+0,5.entier (46.q04). De la réf. [5.24], on tire des relations permettant d’exprimer q en fonction de Ppp. Selon la typologie du réseau de distribution, des corrélations formulées dans le tableau 5.24, donnent une relation directe entre De et Ppp. Typologie

réseau Parties du

réseau Diamètre extérieur du tube

nu [mm] Bitube horizontale

verticale De = 6,5 Ppp

0,38 De = 8,3 Ppp

0,38 Hydrocâblé

horizontale verticale

De = 12 De = 8,3 Ppp

0,38 Monotube -dérivation

horizontale verticale

De = 14 De = 8,3 Ppp

0,38

PCBT horizontale verticale

De = 16 De = 11,2 Ppp

0,39

Tableau 5.24 – Calcul du diamètre extérieur moyen du tube nu

Dans le cas des tubes apparents (27 mm < De < 70 mm), on peut utiliser des relations simplifiées pour le calcul de U, d’après réf. [5.19] : conduite non isolée : U = 40 De conduite isolée : U = 4,5 De (5.83) avec : - De en [m] et U en [W/m.K.] - isolation de la conduite : R > 1 [m².K/W].

72

On peut également, connaissant le diamètre du tube, calculer avec les formules classiques le coefficient U (voir par exemple réf. [5.4]). 5.2.7.3. TEMPERATURE MOYENNE DE

DISTRIBUTION D’AIR La température moyenne d’air θmf dépend principalement de la gestion-régulation du réseau et du taux de recyclage d’air. Les systèmes à distribution d’air chaud par réseau se rencontrent essentiellement dans les installations de climatisation. L’estimation de θmf est complexe étant donné que ces systèmes sont à débits d’air variables : seuls les choix de conception et de dimensionnement pourront apporter des éléments pour estimer θmf. 5.2.7.4. TEMPERATURE MOYENNE DE

DISTRIBUTION D’EAU On considère le niveau de température θmax de fonctionnement, en condition de base (cf. tableau 5.25) selon le type d’émetteur situé le plus en aval du réseau de distribution et on distingue trois types de régulation (cf. tableau 5.26). Le calcul de θd utilise les variables du tableau 5.25 et les variables suivantes : - Calcul du taux de charge : TC

ppPphaseQh.phase/tTC= (5.84)

- Ecart de θ émetteur/ambiance :

1/N).TCicθmax(θem/ambδθ −= (5.85) - icθ est la température intérieure de la période normale d’occupation définie aux tableaux 5.7 ou 5.8, - Fcontr est un coefficient correcteur selon le type de régulation qui permet de tenir compte de la réduction de l’écart de température entre l’eau distribuée et l’ambiance La valeur de Fcontr dépend de la phase de chauffage et du type de régulation. Les valeurs à utiliser sont : - pour la phase relance, Fcontr = 1, - pour la phase arrêt, Fcontr = 0, - pour les phases « normale » et « réduit », on utilise une des équations suivantes : Température constante : Fcontr = 1 Température régulée en fonction de la température extérieure :

Fcontr = ( )( ) surpebic

eicF

1.θθθθ

−−

où θe et θeb sont respectivement les températures moyenne extérieure du mois et extérieure de base, définies au tableau 5.14. Fsurp est le coefficient de surpuissance défini au tableau 5.15.

Type d’émetteur

Température de dimensionnement

(°C)

Écart nominal de dimensionnement (K) (ex : pour θic =20)

Chute nominale

(K)

Coefficient loi

d’émission θθθθmax θθθθmax-θθθθic δδδδθθθθdim N Radiateur 70 50 15 1,25 Radiateur basse température 50 30 10 1,25 Plancher chauffant 35 15 5 1,0 Plafond chauffant 35 15 5 1,0 Ventilo-convecteur 70 50 15 1,3 Ventilo-convecteur basse température 45 25 10 1,3 Aérothermes 70 50 15 1,3

Tableau 5.25 – Caractéristiques des émetteurs pour la distribution, réf. [5.21] et [5.24]

Type de régulation de la température

de distribution Dispositif de régulation

Température constante Régulation à température constante En fonction des besoins (température intérieure)

Robinet thermostatique/bitube Robinet thermostatique/monotube dérivé Thermostat d’ambiance/action sur V2V Thermostat d’ambiance/action sur circulateur Thermostat d’ambiance/action sur V3V décharge Thermostat d’ambiance/V3V mélange, circulateur, bouteille de dérivation Thermostat d’ambiance/V2V mélange, circulateur, bouteille de dérivation

En fonction des déperditions (température extérieure)

V3V mélange en fonction de θe

Tableau 5.26 – Type de régulation suivant le dispositif utilisé, réf. [5.21] 1) Calcul de θmf dans le cas d’une régulation en fonction de la température intérieure

- chute de θ dans l’émetteur : TC.δθδθ dimem =

73

- Z = em/ambem δθ/δθ

- écart t°départ/t°ambiance : 1e

eδθδθ z

z

emd/amb−

=

avec θd = θic + δθd/am : (5.86)

� θm.f = θd - 0,5 δθem

s’il existe une θd limite et si θd < θdlimite, alors θd = θdlimite et on procède comme si θd était fixe (voir § suivant). 2) Calcul de θmf dans le cas d’une régulation en fonction de la température extérieure ou à température constante - θd = θic + (θmax - θic + 0,5 δθdim) Fcontr 1/N (5.87) - efficacité de l’échange au niveau des émetteurs : Eff = 1 - AB

où A = em/ambδθθicθd − et

B = - 1,683 - 0,332 A + 0,012 A²

- chute de θ dans l’émetteur : δθem = (θd - θic) . Eff � θmf = θd - 0,5 δθem

5.2.7.5. TEMPÉRATURE AMBIANTE « θθθθamb » La température ambiante dépend uniquement de l’emplacement du tube. Elle est calculée en tenant compte du facteur b (anciennement Tau) du local ou de la zone où est situé le tronçon considéré. θamb = (1-b) θic + bθe (5.88) où : - θic, θc ont déjà été définies. - b est le coefficient de réduction de température défini dans les règles ThG, (réf. [5.2]) : b = 0 à l’intérieur, b = 1 pour l’extérieur, 0<b<1 pour un local non chauffé. 5.2.7.6. LONGUEUR DES TUBES « L » Pour un calcul précis, si l’information est disponible au stade d’avancement du projet, on prend les longueurs de la zone calculée en groupant les tronçons de même diamètre, de même isolation et de même situation. Les réf. [5.21] et [5.24] proposent un mode d’estimation par une approche typologique où les longueurs de tube dépendent des caractéristiques géométriques du bâtiment, du type de zone, du type de distribution et de l’emplacement du générateur. 5.2.7.7. CONSOMMATIONS DES AUXILIAIRES • Auxiliaires de soufflage

Durant la période de calcul, pour la zone considérée, la consommation électrique des ventilateurs s’exprime selon ref [5.4] par : Qaux.souf. = Pv.Nh.Ass.Fc [kWh] (5.89) avec : Pv puissance des ventilateurs, en [kW], Nh nombre d’heures de la période de calcul

(exemple, 168 heures pour une semaine) Ass coefficient d’asservissement des

ventilateurs : . Ass = 1 en fonctionnement indépendant

des appels de chaleur . Ass = 0,9 en fonctionnement selon les

appels de chaleur Fc indique si les ventilateurs sont arrêtés ou

non pendant la phase arrêt : . fonctionnement permanent : Fc = 1 . ventilateurs arrêtés en phase arrêt :

Fc = 0 durant la phase arrêt Fc = 1 pour les autres phases.

♦ Ventilo-convecteurs Selon la ref [5.24], les ventilateurs consomment environ 30 W par kW chaud (50 pour un ventilo-convecteur basse température) ♦ Pompes La consommation électrique des pompes est calculée selon ref (5.21] par : Qcir = Pcir . Nh . Fc . Fr [kWh] (5.90) avec : Nh nombre d’heures durant la période de

calcul, Fc défini précédemment : Fc = 1 si les pompes

fonctionnent de manière permanente ; sinon Fc = 0 en phase arrêt et Fc = 1 pour les autres phases

Fr égal à X.RY, où R est le rapport du débit durant la phase au débit maximal (condition de base ou phase de relance) : . si la régulation est fonction de θic = R = 1 . si la régulation est fonction de θe ou à température constante : R = TC. δθdim/δθem (voir § 5.2.7.4). X et Y sont des constantes prenant les valeurs suivantes : - si la pompe est à vitesse constante :

X = 1 . asservie au thermostat d’ambiance,

Y = 1 . non asservie au thermostat d’ambiance,

Y = 0 - si la pompe est à vitesse variable,

X = 1,05 . asservie au thermostat d’ambiance,

Y = 1 . non asservie au thermostat d’ambiance,

Y = 0,676.

74

Pcir est la puissance électrique de la pompe qui dépend de la puissance hydraulique, Phyd (qui est une donnée de dimensionnement) et de son efficacité « ηpompe ». A partir d’une analyse des pompes de 50 à 1 000 W disponibles sur le marché (réf. [5.24]), il est possible d’établir une corrélation entre Phyd et ηpompe : ηpompe = 0,56 Phyd

0,25 (5.91) Sachant que Pcir = Phyd/ηpompe : Pcir = 1,58 Phyd

0,75 (5.92) 5.2.7.8. PERTES RÉCUPÉRABLES Les pertes récupérables dépendant de la chaleur émise par les conduites et par les circulateurs dans l’ambiance. • Pertes récupérables liées à l’émission des

tubes ou des conduits Les pertes récupérables sont calculées par : Qd.rec = Qd . (1 – bd) [Wh] (5.93) avec : bd fraction de l’émission irrécupérable. - Pour les conduites à l’air libre, bd est calculée par :

bd =( )

eic

localicθθθθ−

− (5.94)

en volume chauffée : bd = 0 hors volume chauffé : bd = 1. - Pour les conduites encastrées, bd est indiquée au tableau 5.27.

Emplacement des conduites encastrées bd - dans les murs entre deux espaces chauffées 0 - dans un mur donnant sur l’extérieur : . tube entre l’intérieur et l’isolant . tube entre l’extérieur et l’isolant

0,05 0,95

- dans un plancher : . tube entre l’intérieur et l’isolant . tube entre l’extérieur et l’isolant . pas d’isolation du sol

0,05 0,95 0,60

Tableau 5.27 – Fraction de l’émission

considérée comme non récupérable (réf. [5.21]) • Pertes récupérables de la consommation

électrique des pompes Les pertes récupérables de la consommation des auxiliaires sont calculées par : Qcir_rec = Qcir . pcir . (1-bcir) [Wh] (5.95) avec :

Qcir calculée selon l’équation (5.90) pcir part de la puissance électrique du

circulateur transmise à l’air, considérée égale à 1-ηpompe

bcir fraction de l’émission irrécupérable ; ses

valeurs sont identiques à celles pour les conduites à l’air libre (voir relation (5.94)).

5.2.8 PERTES DE GENERATION 5.2.8.1. PRELIMINAIRES Deux familles de générateurs de chauffage doivent être discernées : • les générateurs ayant un comportement

supposé indépendant des besoins de chauffage : - systèmes électriques directs (effet Joule) avec toutes les variantes de types d’émetteurs : convecteurs, ventilo-convecteurs 2 fils, planchers chauffants, plafonds rayonnants, panneaux radiants, batterie d’air chaud (voir § 5.2.8.2) ; - réseaux de chaleur ; si la sous-station est considérée comme faisant partie du réseau de distribution, ses émissions de chaleur ne sont comptabilisées que dans Qd (cf. § 5.2.7). Si les pertes de la sous-station étaient estimées séparément, les réseaux de chaleur devraient être classés dans la deuxième famille de générateur (voir § 5.2.8.3).

• les générateurs ayant un comportement variable en fonction des besoins : - générateurs à combustible gazeux, liquide ou solide dont les pertes, et donc les rendements, varient selon la charge (voir § 5.2.8.5) ; - pompes à chaleur (PAC). Les PAC à eau ont un coefficient de performance (COP) assez stable alors que les PAC à air voient leur COP décroître assez nettement avec la température extérieure. Par ailleurs, suivre le comportement des PAC à charges partielles nécessite l’emploi d’un modèle de fonctionnement assez complexe où le pas de temps de calcul ne peut excéder l’heure. Ce type de modèle n’est pas décrit dans ce guide ; on peut cependant se référer au chapitre 6 portant sur la climatisation et au projet CONSOCLIM en cours d'élaboration. Les méthodes proposées au § 5.2.8.4 sont relativement simplifiées et adaptées à une estimation des besoins de chauffage mensuels telle que celle décrite au § 5.2.5.

Remarque : Tous les générateurs décrits ci-dessus sont prescrits couramment.

75

Il existe cependant des systèmes de génération de chaleur non encore traités dans cette version du guide, qui sont prescrits et installés de manière encore peu fréquente mais non exceptionnelle (cogénération, systèmes solaires, PAC à compression avec moteur à combustible, systèmes à absorption, radiant-gaz...) ou qui ont un caractère innovant (piles à combustibles, systèmes à biocarburant, pompes à vapeur d’eau...). L’état des connaissances ne permet pas encore d’élaborer des méthodes opérationnelles, c’est-à-dire relativement simples, pour traiter ces générateurs. Les versions ultérieures du guide devront au fur et à mesure les intégrer. 5.2.8.2. SYSTEMES ELECTRIQUES DIRECTS Le rendement de génération de ces systèmes ηg est égal à 1 ; autrement dit, leurs pertes Qgc sont nulles. 5.2.8.3. RESEAUX DE CHALEUR • En considérant les sous-stations de réseaux de

chaleur comme faisant partie du réseau de distribution de chauffage en aval du compteur du concessionnaire, on suppose que les émissions de chaleur de la sous-station (pertes de l’échangeur, des conduits, des organes...) sont comptabilisés dans les pertes de distribution Qd ; alors Qgc = 0 (ou ηg = 1).

• Si les pertes de distribution ne sont comptabilisées qu’à partir du réseau secondaire, les émissions de chaleur de la sous-station (organes, échangeur réseau primaire) sont assimilées à celles du « générateur ». Ainsi, ηg < 1 ou Qgc > 0.

Une méthode détaillée de calcul du rendement de génération, décrite dans Th-C, article 2,65 (réf. [5.4]) consiste à cumuler les émissions en sous-station. Ce calcul, prévu pour une estimation annuelle, peut aussi être appliqué mois par mois, ou par cumul des phases (relance, maintien, arrêt) mois par mois en appliquant la démarche du § 5.2.7 permettant d’estimer les températures d’eau dans le circuit de distribution selon ces phases. On peut en déduire les températures de départ et de retour et calculer par phase, les émissions propres à la sous-station. Faute de faire ce calcul détaillé, on peut utiliser les valeurs approches de ηg du tableau 5.28. Fluides du réseau urbain

Degré d’isolation des organes de la sous-station

eau surchauffée

eau <100°C

vapeur

Conduites et équipements non isolés 0,65 0,75 0,60

Conduites seules isolées 0,91 0,94 0,82 Conduites et échangeurs isolés 0,94 0,96 0,89

Conduites et tout l’équipement isolé 0,97 0,98 0,93

Tableau 5.28 – Rendements-types de génération

ηg pour les réseaux de chaleur

5.2.8.4. SYSTEMES THERMODYNAMIQUES A

COMPRESSION (POMPES A CHALEUR) L’utilisation d’une PAC pour le chauffage est le plus souvent rencontrée dans des installations réversibles assurant aussi le rafraîchissement des locaux. Pour les PAC eau/eau ou eau/air, le calcul est relativement simple si on ne traite pas le comportement de la machine à charge partielle : le COP et la puissance disponible sont des caractéristiques supposées constantes (donc indépendantes des besoins et de la température extérieure). Pour les PAC air/eau ou air/air, le COP et la puissance disponible varient avec la température extérieure θe. Avant d’effectuer tout calcul, il faut caractériser le générateur. Le catalogue EUROVENT (réf. [5.25, remis à jour chaque année par les constructeurs, donne la puissance absorbée (Pa), la puissance fournie (Pf) de chaque machine pour un point de température : - PAC air/air : 7°C/20°C - PAC air/eau : 7°C/50°C - PAC eau/eau : 10°C/50°C. Ces données sont suffisantes pour les PAC à eau (COP = Pf/Pa). Pour les PAC à air, il faut au moins deux points, voire trois, Pf (θe) et Pa (θe) ne variant pas linéairement. Seul le constructeur est à même de fournir les deux courbes. Généralement, le paramètre Pa intègre la puissance absorbée par la pompe de fonctionnement de la PAC. Le COP calculé intègre donc la consommation d’auxiliaire de la machine. Par ailleurs, le dimensionnement de la machine est un choix de conception important dont dépendra la part du complément par temps froid. Assuré par effet Joule, ce complément influencera notablement la performance globale de l’installation. Plusieurs méthodes d’estimation des performances des PAC existent. Outre celles évoquées au § 5.2.8.1, qui sortent du cadre de ce chapitre, différentes méthodes sont envisageables. - Méthode traditionnelle Elle consiste à calcule directement et globalement les consommations de la zone ou du bâtiment selon un régime établi par tranche de 1°C de température extérieure θe. Ainsi, pour une valeur de θe donnée, on calcule les déperditions du bâtiment, la puissance totale de chauffage nécessaire, les puissances fournies et absorbées de la PAC à θe et l’éventuelle puissance complémentaire d’appoint. Il suffit ensuite de pondérer ces bilans par le nombre de jours classés selon la moyenne journalière de θe. Cette méthode, simple de principe, nécessite néanmoins la connaissance des occurrences des θe

76

pour le site donné et ne prend en compte ni les apports gratuits ni l’intermittence du chauffage. Le calcul de Qh au § 5.2.5 n’est pas exploitable. - Méthode simplifiée Pour faire une estimation rapide en utilisant le calcul de Qh, on peut appliquer un rendement –type forfaitaire pour chaque famille de PAC, donné au tableau 5.29.

Type de distribution Type de PAC Basse θ Haute θ

Air extérieur/eau 2,9 2,2 Eau/eau 3,5 2,7

Tableau 5.29 – Valeur-type de ηηηηg pour les pompes à chaleur

- Méthode ThC-88 Pour des bâtiments à usage faiblement intermittents (bâtiment de santé, hôtellerie), on peut adapter le complément n° 4 des règles ThC (réf. [5.4]). Il suffit de remplacer le paramètre « Bch » par Qh. La pertinence de cette approche n’est pas démontrée. - Méthode AICVF Outre les méthodes présentées au chapitre 6, qui traite la climatisation, il est proposé ici une démarche qui vise à être cohérente avec le calcul des besoins nets Qh. Le choix de la machine et son dimensionnement sont supposés effectués. La puissance maximale de l’installation Ppp calculée par l’utilisateur ou bien définie par l’équation (5.21) est assurée à x % par la PAC et 100-x % par son complément. Ainsi les paramètres suivants sont disponibles : - Pa(θe) (pour une PAC à eau, Pa(θe) = Cte = Pa) - Pf(θe) (pour une PAC à eau, Pf(θe) = Cte = Pf) D’où :

COP(θe)= )(Pa)(Pf

e

e

θθ (5.96)

(pour une PAC à eau, COP = Cte) Pour une PAC à air, Pa((θe) et Pf(θe) peuvent s’exprimer selon des fonctions polynomiales définies aisément par tableur. L’équation (5.73) permet de calculer les besoins de chauffage sur une période donnée selon les phases de relance Qh-boost (pleine puissance), normale (période d’occupation et de fin d’inoccupation), Qhnor et de réduit Qhred. On connaît aussi sur cette période, les durées cumulées de chacune de ces phases, tboost, tnor et tred en [heures].

Il est donc possible d’estimer sur la période de calcul les puissances moyennes fournies par la PAC pour chaque phase : Pf-boost = (Qh-boost + Qd-boost)/tboost [kW] (5.97) Pf-nor = (Qh-nor + Qd-nor)/tnor [kW] (5.98) Pf-red = (Qh-red + Qd-red)/tred [kW] (5.99) où Qd-boost, Qd-nor et Qd-red sont respectivement les pertes de distribution durant les relances, les périodes normales et de réduit, calculées au § 5.2.7. A partir de ces données, on procède comme suit : - vérifier que Qd-boost < Ppp, sinon Pf-boost = Ppp - à partir de la fonction Pf(θe), déduire θe-boost, θe-nor et θe-red qui représentent pour la période de calcul les températures extérieures moyennes équivalentes durant les trois phases de fonctionnement - tirer de la fonction Pa(θe) les valeurs de Pa pour les trois phases et en déduire les COP selon ces phases à partir de l’équation (5.96) : COPboost, COPnor, COPred - calculer les rendements de la PAC selon les phases η.boost, η.nor, η.red à partir des relations suivantes : ηnor = COPnor (5.100) ηred = COPred (5.101)

.compboostboost

x100COP

x1η

−+=η

(5.102)

avec : x proportion [%] de Ppp assurée par la PAC,

100-x étant assurée par effet Joule du complément

ηcomp rendement du complément. Pour une PAC air/eau, le complément peut être assimilé à une chaudière électrique ; on estime que ηcomp ≈ 0,8. Pour une PAC air/air, ηcomp = 1.

5.2.8.5. GENERATEURS A COMBUSTIBLE

GAZEUX OU LIQUIDE Plusieurs méthodes détaillées, différentes par leur structure et leurs résultats, permettent de calculer un rendement annuel. Parmi celles-ci, citons : • la méthode des règles Th-C (réf. [5.4]) qui

consiste à appliquer la formule de Dittrich à partir d’un rendement et des pertes à l’arrêt mesurés. Cette méthode peut être appliquée mois par mois, voire par phase de fonctionnement. Elle peut donc s’adapter à la démarche générale de la méthode AICVF. Elle est développée plus loin en s’appuyant sur les réf. [5.21] et [5.24].

77

La méthode GDF (réf. [4.35] et [4.36]). Mise au point pour des chaufferies existantes, elle consiste à calculer, à partir des rendements mesurés, un rendement de combustion moyen annuel (prise en compte des pertes des fumées) puis, dans un deuxième temps, un rendement annuel d’exploitation prenant en compte les caractéristiques de la chaufferie (pertes par tuyauterie et parois et pertes à l’arrêt) ; La méthode GDF peut être étendue aux installations neuves en remplaçant le rendement mesuré en chaufferie par un rendement en marche continue mesuré en laboratoire. Celui-ci prend déjà en compte les pertes par les parois de la chaudière en marche et il suffit de le corriger pour tenir compte des seules pertes par tuyauteries et des pertes à l’arrêt.

• la méthode du CoSTIC (réf. [4.23]) qui consiste

à corriger un rendement de combustion en marche continue par des correctifs liés aux pertes par les parois, aux pertes à l’arrêt ou à la surpuissance.

METHODE PROPOSEE La méthode proposée permet de calculer pour chaque phase de chauffage et pour chaque période de calcul (le mois par exemple), les pertes de génération, les pertes de génération récupérables, la consommation d’énergie des auxiliaires de génération. Les données suivantes doivent être précisées : . position de la chaufferie, . caractéristiques de chaque générateur, . mode de gestion de la génération. Les calculs passent par les étapes suivantes : - calcul de la température de fonctionnement de la chaufferie, - calcul de la charge du générateur (ou de chaque générateur en cas de chaufferie composée), - détermination des générateurs isolés hydrauliquement du réseau, - calcul des pertes du (ou de chaque) générateur, - calcul des consommations des auxiliaires de génération et des pertes récupérables. • Température de fonctionnement de la

chaufferie La température de fonctionnement de la génération dépend de son mode de gestion. Elle est donnée par la formule suivante : θhg = θhb + Fcor,g . (θinor - θhg) (5.103) Le coefficient de correction Fcor,g est calculé selon les règles suivantes : - pendant les phases de relance, Fcor,g = 0 - si la régulation a lieu à température constante, Fcor,g = 0

- si la régulation a lieu en fonction de la température extérieure,

Fcor,g = ebicebe

θθθθ

−−

avec θe et θeb définies au tableau 5.14) - si la régulation a lieu en fonction des besoins,

).(/ modmod

,ebic

eegcor H

tQhF θθ −=

La température de fonctionnement dans les conditions de base, θhb, dépend des caractéristiques des émetteurs desservis. En présence de plusieurs types d’émetteurs, cette température est la plus élevée des valeurs correspondant aux différents émetteurs. La température θhg calculée par l’équation (5.103) devra au moins être égale aux valeurs données dans le tableau 5.30.

Type de générateur Valeur limite Chaudière standard 50°C Chaudière basse températures 40°C Chaudière à condensation 35°C

Tableau 5.30 – Valeurs minimales de la température de l’eau en chaufferie

• Charge de chaque générateur La répartition des charges entre les générateurs dépend de leur mode de gestion : - sans priorité, les générateurs sont utilisés simultanément, de façon à avoir des temps de fonctionnement équivalents, - avec priorité, on utilise prioritairement les générateurs les plus performants, comme par exemple en chaufferie composée avec gestion en séquence. Connaissant la puissance que doit fournir la chaufferie, le calcul de la quantité de chaleur à fournir par chaque chaudière est effectué de la façon suivante : - si la gestion se fait sans priorité, la puissance fournie par chaque générateur est proportionnelle à sa puissance nominale, - si la gestion se fait avec priorité, on assigne la puissance à fournir par priorité aux générateurs les plus performants (un certain nombre de générateurs fonctionnent à pleine puissance, un seul générateur fonctionne à charge partielle, les autres générateurs ne fournissent aucune puissance). • Générateurs isolés hydrauliquement du

réseau Deux types de gestion du raccordement des générateurs au réseau sont possibles.

78

- permanent : le générateur est relié au réseau et a donc des pertes même quand il ne fournit pas de chaleur, - avec isolement : le générateur est isolé hydrauliquement du réseau lorsque la puissance qu’il fournit est nulle. Il n’a alors pas de pertes. Connaissant la charge affectée à chaque générateur et son mode de raccordement, on peut donc déterminer s’il a des pertes. • Principe de calcul des pertes de génération La méthode repose sur la détermination des pertes des chaudières en s’appuyant sur leurs caractéristiques conformément à la directive rendement 92/42/CEE. Celle-ci demande au minimum deux points de mesure des rendements PCI, à 100 % et 30 % de charge. Selon les résultats, une chaudière est classée dans une des trois catégories «« standard », « basse température »,

« condensation ». Un troisième point est nécessaire pour mener le calcul : les pertes de charge à l’arrêt. Le tableau 5.3.1 rassemble les caractéristiques-types de onze modèles de chaudières fréquemment prescrites. Le calcul s’effectue selon deux principales étapes : 1ère étape : détermination de la courbe pertes en fonction de la charge La courbe se base sur les trois points caractéristiques : - pertes à 100 % charge, - pertes à 30 % charge, - pertes à 0 % charge. Entre ces trois points, les pertes sont calculées par interpolation linéaire.

Type

Éne

rgie

Com

bust

ion

Veille

use

R100 (PCI) à 70°C

A+B log Pn [%]

R30 (PCI) à θm

C+D log Pn [%]

θ m 3

0 %

[°C

]

θ ret

our m

ini [

°C]

Pa ∆T30 %=E+F log Pn

[% Pn]

Pp [% Pg]

P veil [kW]

R veil [%]

Paux-g G+H.Pn

[W]

(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) A B C D E F G H Standard gaz non 84.0 2.0 80.0 3.0 50 45 2,5 - 0,8 50 0 0

Standard gaz

atmo-sphéri-ques oui 84.0 2.0 80.0 3.0 50 45 2,5 - 0,8 50 0.12 70 0 0

Standard gaz non 84.0 2.0 80.0 3.0 50 45 1,7 - 0,6 75 20 1.6 Standard gaz

flux forcé oui 84.0 2.0 80.0 3.0 50 45 1 ,7 - 0,6 75 0.12 70 20 1.6

Basse θ gaz non 87.5 1.5 87.5 1.5 40 35 2,5 - 0,8 50 0 0

Basse θ gaz

atmo-sphéri-ques oui 87.5 1.5 87.5 1.5 40 35 2,5 - 0,8 50 0.12 70 0 0

Basse θ gaz non 87.5 1.5 87.5 1.5 40 35 1,7 - 0,6 75 20 1.8 Basse θ gaz oui 87.5 1.5 87.5 1.5 40 35 1,7 - 0,6 75 0.12 70 20 1.8 Condensation gaz

flux forcé

non 91.0 1.0 97.0 1.0 30 20 1,7 - 0,6 75 20 1.8 Standard fioul non 84.0 2.0 80.0 3.0 50 45 1,7 - 0,6 75 20 1.6 Basse θ fioul

flux forcé non 87.5 1.5 87.5 1.5 40 35 1,7 - 0,6 75 20 1.6

(1) Rendement au sens de la directive 92/42/CEE, à 100 % de charge et à 70°C ; Pn est la puissance nominale en [kW] dans ces conditions. (2) Rendement à 30 % de charge à température moyenne dans la chaudière, θm. (3) Température moyenne dans la chaudière θm pour la mesure à 30 % de charge. (4) Température de retour minimale. (5) Pertes à l’arrêt avec ∆θ = 30°C, en % de Pn. (6) Pertes par les parois de la chaudière, en % de Pg (perte du générateur). (7) Puissance des auxiliaires de la chaudière, en % de Pn.

Tableau 5.31 - Données-types des générateurs (Pn = 4 à 400 kW) à combustible, liquide et gazeux (d’après réf. [5.24])

En ce qui concerne les chaudières à condensation, la méthode de calcul exprime les performances toujours en fonction de la température moyenne. Il est estimé qu’une température de retour de 30°C correspond à une température moyenne de 35°C. En ce qui concerne les pertes à l’arrêt du générateur, elles ne sont pas explicitées dans la directive rendement. Cependant, la méthode d’essai correspondante, permet une détermination indirecte

du rendement à charge partielle à l’aide des pertes à l’arrêt (cf. tableau 5.31). Pour pouvoir calculer les pertes en valeur absolue et pour pouvoir prendre en compte les chaudières à condensation, les rendements en PCI donnés par la directive sont convertis en rendements en PCS. 2ème étape : calcul des pertes au point de fonctionnement

79

L’interpolation des pertes à partir des trois points caractéristiques est faite sur des températures identiques. Des formules permettent le calcul des valeurs du rendement et des pertes à l’arrêt pour une température quelconque. • Déroulement du calcul des pertes

thermiques A) Calcul des pertes pour les trois points caractéristiques A.1) On convertit préalablement les différents rendements PCI en rendements PCS, selon la formule (5.104) avec le facteur de conversion donné au tableau 5.32 : R(PCI) / fc = R (PCS) (5.104)

Combustible fc Gaz naturel 1,11 GPL 1,09 Fioul 1,07

Tableau 5.32 – Facteur de conversion fc de passage des rendements PCI à PCS

A.2) Ramener les rendements à la température de fonctionnement θx Afin de pouvoir distinguer entre les effets de la charge et de la température de fonctionnement sur la performance de la chaudière, la formule suivante permet de calculer le rendement d’une chaudière pour une température de fonctionnement quelconque. La température de fonctionnement est calculée selon l’équation (5.103). Le rendement à charge partielle (R30_θx) et le rendement à charge nominale (R100_θx) pour une température quelconque θx sont calculés par : R30_θx = R30_θt – fv . (θx - θ30) (5.105) R100_θx = R100_θt – fv . (θx - θ100) (5.106) avec : fv facteur de variation du rendement en

fonction de la température moyenne chaudière [%/°C] ; voir tableau 5.33.

θ30 température moyenne d’essai (charge partielle) selon la directive rendement [°C]

θ100 température moyenne d’essai (charge nominale) selon la directive rendement [°C].

Type

chaudière Facture de variation

du rendement fv [%/°C] Standard 0,001 Basse température 0,001

Condensation pour θx comprise entre 30 et 70°C -1.E-0.5 θx

3 + 0.002. θx2 – 0,1349. θx + 3,0868

Tableau 5.33 – Facteur de variation du rendement fonction (θ moyenne chaudière)

A.3) Ramener les pertes à charge nulle à la température de fonctionnement

Les pertes à l’arrêt sont mesurées pour un écart de température δθx égale à 30 K. Pour pouvoir interpoler les pertes de génération des différentes charges à la même température, il faut les corriger selon la formule (5.107)

25,1)

_0_ 30).((. ���

��� −−−= eicgicx

txObPP θθθθ

δθδθ [kW]

(5.107)

avec θic température intérieure de consigne [°C] θe température extérieure [°C] bg facteur d’emplacement calculé selon

l’équation (5.94). A.4) Calcul des pertes de génération à 30 % et 100 % de la charge Les pertes de génération (Pg_30_θx, Pg_100_θx) sont déterminées à partir des rendements par :

30_30

_30_30_ .)1( PR

RPx

xxg

θ

θθ

−= [kW] (5.108)

nx

xxg PR

RP .)1(_100

_100_100_

θ

θθ

−= [kW] (5.109)

P30 = Pn. 0,3 [kW] (5.110) avec : P30 puissance moyenne à charge partielle

30 % [kW] Pn puissance nominale [kW] A.5) Pertes à charge nulle Les valeurs à prendre en compte sont soit celles données par le constructeur, soit des valeurs par défaut. Dans la méthode, les pertes à charge nulle (Pg_0_θt) intègrent la puissance de la veilleuse et son rendement. Si les pertes à charge nulle ont été mesurées sans tenir compte de la veilleuse, la formule (5.111) suivante permet son intégration. Pg_0_θt = Po + (1-Rv/100).Pv [kW] (5.111) avec : Po pertes à l’arrêt sans veilleuse [kW] Rv rendement veilleuse [%] Pv puissance veilleuse [kW]

80

Les valeurs par défaut sont données au tableau 5.31 avec les paramètres E et F. B) Calcul des pertes au point de fonctionnement Pour une puissance utile Px et une température moyenne de fonctionnement θx, les pertes de génération Pg_x_θx se calculent par interpolation linéaire : - entre puissance utile = 0 et puissance utile =

30 % :

( ) xgxgxgxxxg PPPPPP δθδθθθ _0__0__30_30

__ . +−= [kW]

(5.112) - entre puissance utile = 30 % et puissance utile =

100 % :

( ) x_30_gx_30_gx_100_g30100

30xx_x_g PPP.

PPPP

P θθθθ +−−

−=

[kW] (5.113) • Consommations des auxiliaires de

génération Ne sont considérés ici que les auxiliaires nécessaires à la génération (exemple : ventilateur de combustion, pompes fioul, ventilateur d’extraction). Les pompes de circulation, même si elles servent aussi à maintenir un débit nominal dans le générateur, sont prises en compte dans le calcul des pertes de distribution (§ 5.2.7). Des valeurs par défaut de la puissance électrique des auxiliaires de génération Paux-g sont indiquées au tableau 5.31. La consommation électrique des auxiliaires de génération Qaux-g est calculée par : Qaux-g = Paux-g / 1000 . tf_g [kW] (5.114) avec : tf_g temps de fonctionnement du générateur [h] qui dépend de la puissance de l’allure du brûleur et de la régulation et gestion du générateur. On peut l’estimer par l’équation (5.115). tf_g = (Px / P100) . tc [h] (5.115) avec : Px puissance moyenne à fournir par le

générateur [kW] P100 puissance nominale [kW] tc durée de la période considérée [h] • Calcul des pertes récupérables Le total des pertes récupérables de la génération est la somme des pertes récupérables des auxiliaires et des pertes par les parois : Qg_rec = Qaux-g_rec + Qg_0_θx-rec [kW] (5.116)

a) Auxiliaires de génération La part récupérable des consommations des auxiliaires de génération (Qaux-g_rec) est fonction de l’emplacement des générateurs. Pour les générateurs situés en volume chauffé, cette part est prise égale à 90 % et non à 100 % pour tenir compte du fait que l’énergie est dissipée très localement. Pour les générateurs situés hors volume habitable, cette part est prise égale à 90 % (1-bg). bg étant le facteur d’emplacement du générateur de chauffage calculé selon l’équation (5.94). Le tableau 5.34 donne quelques valeurs par défaut de bg.

Position générateur Facteur d’emplacement bg

. dans volume chauffé 0

. hors volume chauffé - chaufferie en sous-sol du bâtiment - chaufferie accolée au bâtiment - chaufferie en terrasse

0,75

0,85 0,95

Tableau 5.34 – Valeurs par défaut du facteur d’emplacement du générateur de chauffage

Les pertes récupérables sont calculées en supposant que 60 % de la puissance électrique des auxiliaires sont dissipés dans l’ambiance : Qaux,g_rec = Qaux,g . 0,9.(1-bg).0,6 [kW] (5.117) b) Pertes par les parois de la chaudière Seules les pertes par les parois de la chaudière sont considérées comme récupérables. La part des pertes par les parois Pp dans les pertes à l’arrêt est donnée au tableau 5.31. Les pertes récupérables sont calculées par : Qg_0_θx_rec =0,9.Pg_x_δθx . Pp(1-bg)tc [kWh] (5.118) avec : Pg_x_δθx pertes du générateur à la température

moyenne de fonctionnement θx (voir équations (5.112) ou (5.113), en [kW]

Pp part des pertes par les parois tc durée de la période considérée [h]

81

5.2.9 CONSOMMATIONS DE CHAUFFAGE

5.2.9.1. PRISE EN COMPTE DES PERTES RECUPERABLES La prise en compte des pertes récupérables ne peut pas s’effectuer à partir des équations (5.74), (5.75) ou (5.76) et en soustrayant directement ces pertes pour obtenir les consommations de chauffage. On doit procéder comme suit : - On additionne les pertes potentiellement récupérables et on calcule la partie des pertes récupérée. Ce calcul se fait au niveau de chaque zone. Seules les pertes dissipées dans la zone et correspondant à des équipements ne desservant que cette zone sont prises en compte. La démarche retenue consiste à appliquer à nouveau la formule décrite au § 5.2.5.2 : - on additionne les pertes potentiellement récupérables aux apports internes et solaires calculés précédemment ; on obtient la chaleur totale récupérable Qtrec ; - on calcule u nouveau taux d’utilisation η1 en appliquant les formules (5.51), (5.52) et (5.53) avec Qtrec en lieu et place de Qg ; - les pertes des systèmes récupérées valent : Qrec = η1 . Qtrec - η . Qg (5.119) 5.2.9.2. SOMMATION DES BESOINS DE ZONES

AVEC UN GENERATEUR COMMUN Le calcul précédent permet d’obtenir pour chaque zone et pour chaque période de calcul : - les puissances moyennes à fournir pour chaque phase de fonctionnement de l’installation de chauffage, - les durées de chaque phase. L’agglomération de plusieurs zones pose un problème si on distingue les phases de chauffage. Deux zones ne sont pas forcément dans la même phase de chauffage au même moment puisqu’elles sont sous le contrôle de dispositifs de régulation/programmation différents. On est alors amené à faire le calcul de la durée de chaque phase en amont de la jonction des zones :

Les phases les plus exigeantes de fonctionnement sont dans un ordre décroissant : la phase de relance, la phase normale, la phase de réduit et la phase d’arrêt. On trace les durées de fonctionnement dans les différentes phases en commençant par les plus exigeantes. Les tracés pour les différentes zones sont superposés en faisant l’hypothèse conventionnelle que les phases de relance commencent en même temps dans les différentes zones. La figure 5.7 montre un exemple de tracé pour deux zones. Durées par zone Zone 1

relance normal réduit arrêt

Zone 2

relance normal réduit arrêt

Figure 5.7 – Tracé des durées

des différentes phases On peut supposer que lorsque deux zones ne sont pas dans la même phase, le fonctionnement en amont de la jonction est régulé de façon à fournir vers l’aval, du fluide correspondant aux besoins de la zone qui est dans la phase la plus « exigeante ». Ceci permet de tracer les durées de fonctionnement pour l’assemblage des zones. Un exemple est donné sur la figure 5.8. Durées par zone Zone 1

relance normal réduit arrêt

Zone 2

relance normal réduit arrêt

Durées pour la somme des zones

Somme des zones

relance normal réduit arrêt

Figure 5.8 – Détermination des durées

des phases en amont de la jonction

On obtient ainsi les durées de fonctionnement dans chacune des phases en amont de la jonction. Il faut ensuite calculer la puissance moyenne pour chaque phase en amont de cette jonction. On calcule pour cela des coefficients de pondération indiquant pour chacune des phases de fonctionnement en amont quelles sont les phases de fonctionnement en aval correspondantes. Ces coefficients sont déterminés pour chaque zone. La figure 5.9 et le tableau 5.35 donnent un exemple de détermination de ces coefficients.

82

Durées par zone relance normal réduit arrêt Zone 1

3/5 2/5 1 1 1

Zone 2

1 5/6 1/6 4/5 1/5 1

Figure 5.9 – Coefficient de pondération

des puissances amont et aval

On obtient ainsi une série de coefficients de pondération. A chaque couple : (phase amont/phase aval d’une zone) correspond un coefficient. Les coefficients correspondant à une phase amont moins exigeante qu’une phase aval sont nuls, car ils correspondent à un fonctionnement impossible. Phases amont Phases

aval Relance Normal Réduit Arrêt

relance 3/5 normal 2/5 1 réduit 1 Zone 1 Arrêt 1 relance 1 normal 5/6 réduit 1/6 4/5 Zone 2 Arrêt 1/5 1

Tableau 5.35 – Exemples de coefficients

de pondération des puissances amont et aval La puissance moyenne pour chaque phase amont s’obtient : - en multipliant les puissances moyennes pour chaque phase aval et chaque zone par les coefficients de pondération correspondants, - en ajoutant les valeurs ainsi obtenues correspondant à la phase amont.

5.2.10. CALCUL DES DEPENSES

LIEES AUX CONSOMMA- TIONS DE CHAUFFAGE

5.2.10.1. PRELIMINAIRE L’analyse technico-économique d’une solution passe évidemment par une estimation des coûts d’exploitation. Le passage des kWh à des francs s’effectue sans difficulté notoire pour le cas des combustibles ; il est un peu plus problématique dans le cas des réseaux urbains lorsqu’il s’agit d’obtenir les coûts unitaires de kWh. Pour l’électricité, l’application des tarifs horo-saisonniers nécessite de connaître la répartition des consommations énergétiques sur les différentes plages tarifaires. 5.2.10.2. PLAGES TARIFAIRES POUR

L’ELECTRICITE En s’appuyant sur les références [5.26], [5.27] et [3.7], les plages tarifaires sont les suivantes : HC HP HPM HH HPte

A titre indicatif, les schémas ci-dessous donnent une répartition dans le temps de ces plages tarifaires.

83

*Tarif bleu, double tarif et tarif jaune, option de base : Une seule grille tarifaire applicable tous les jours de l’année : - heures pleines (HP) : 6 h à 22 h et heures creuses (HC) : 22 h à 6 h - en tarif jaune, on bénéficie d’un tarif été dans la période [avril-octobre]

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23

*Tarif jaune, option EJP : 3 grilles tarifaires : - d'avril à octobre inclus, la grille HP/HC d’été ci-dessous

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23

- 22 jours EJP par an de novembre à mars inclus : heures de pointe mobile (HPM) : 7 h à 1 h et heures d'hiver

(HH) : 1 h à 7 h. Les jours EJP, répartis de novembre à mars de façon aléatoire pour l'usager, sont ici conventionnellement répartis de la façon suivante : 1 jour en novembre, 7 jours en décembre, 7 jours en janvier, 5 jours en février, 2 jour en mars.

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 - les autres jours, de novembre à mars inclus, heures d'hiver (HH) : 0 h à 24 h

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23

* tarif vert A5, option de base : - du lundi au samedi, en décembre, janvier et février : heures pleines d’hiver : 6 h à 9 h, 11 h à 18 h et 20 h à 22

h; heures de pointe (HPte) 9 h à 11 h et 18 h à 20 h; heures creuses d’hiver (HC) : 22 h à 6 h

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23

- du lundi au samedi, les autres mois: heures pleines : 6 h à 22 h et heures creuses : 22 h à 6 h

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23

- le dimanche toute l'année : heures creuses : 0 h à 24 h

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23

*Pour les autres tarifs, consulter les références [3.7], [5.27] ou contacter EDF

84

5.2.10.3. NOMBRES D’HEURES

PAR PLAGE TARIFAIRE Il est proposé des tableaux donnant mois par mois le nombre d’heures par plage tarifaire, pour différents tarifs souscrits et pour différents types d’occupation. Les valeurs proposées peuvent être utilisées pour le calcul des consommations d’électricité des différents usages et la méthode simplifiée pour le chauffage. Les tableaux 5.37 à 5.41 sont constitués à titre d’exemple à partir d’hypothèses décrites au tableau 5.36 (réf. [5.19]). Calendrier Occupation Tarifs 1 2 3 4 5 6 7 Janvier 31 1 5 20 20 5 7 Février 28 4 20 15 4 5 Mars 31 4 23 23 4 2 Avril 30 1 4 21 11 3 Mai 31 3 5 18 18 5 Juin 30 1 4 21 21 4 Juillet 31 1 4 22 0 0 Août 31 1 5 5 0 0 Septembre 30 4 22 22 4 Octobre 31 4 23 18 4 Novembre 30 2 4 20 20 4 1 Décembre 31 1 5 20 10 4 7 TOTAUX 365 11 52 235 178 41 22

1 - nombre total de jours ; 2 - nombre de jours fériés ;

3 - nombre de dimanches ; 4 - nombre de jours d'occupation (type

bureau) : de 8h à 18h du lundi au vendredi inclus ; 5 - nombre de

jours de semaine d'occupation (type scolaire) : de 8h à 16h du

lundi au vendredi inclus ; 6 - nombre de samedis d'occupation

(type scolaire) : de 8h à 12h ; 7 - nombre de jours de pointe mobile

: les jours de pointe sont supposés en jour de semaine

Tableau 5.36 - Hypothèses pour l'établissement

des tableaux de nombre d'heures par plage tarifaire

85

Tarif Jaune base Jaune EJP Occupation Occupation HPH HCH HPE HCE PM HH HPE HC Janv. Fév. Mars Avril Mai Juin Juil. Août Sept. Oct. Nov. Déc.

496 448 496

480 496

248 224 248

240 248

480 496 480 496 496 480 496

240248240248248240248

1269036

18126

618582708

702618

480 496 480 496 496 480 496

240 248 240 248 248 240 248

Total 2 416 1 208 3 424 1 712 396 3 228 3 424 1 712 8 760 8 760

Tarif Vert A5 base Verts A5 EJP Occupation Occupation

Pte HPH HCH HPE HCE PM HH HPE HCE Janv. Fév. Mars Avril Mai Juin Juil. Août Sept. Oct. Nov. Déc.

104 96

104

312 288 432

416 312

328 288 312

304 328

416416416432416416432

304328304312328304312

1269036

18126

618582708

702618

416 416 416 432 416 416 432

304 328 304 312 328 304 312

Total 304 1 760 1 560 2 944 2 192 396 3 228 2 944 2 192 8 760 8 760

Tableau 5.37 – Nombre d’heures par plage tarifs jaune et vert

pour une occupation permanente (type hébergements hôpitaux)

86

Tarif Jaune base

Occupation Inoccupation HPH HCH HPE HCE HPH HCH HPE HCE Janv. Fév. Mars Avril Mai Juin Juil. Août Sept. Oct. Nov. Déc.

200 200 230

200 200

210 180 210 220

50 220 230

296248266

280296

248224248

240248

270 316 270 276 446 260 266

240 248 240 248 248 240 248

Total 1 030 1 320 1 386 1 208 2 104 1 712 2 350 6 410

Tarif Jaune EJP Occupation Inoccupation

PM HH HPE HCE PM HH HPE HCE Janv. Fév. Mars Avril Mai Juin Juil. Août Sept. Oct. Nov. Déc.

70 50 20

10 70

130 150 210

190 130

210 180 210 220

50 220 230

564016

856

488432498

512488

270 316 270 276 446 260 266

240 248 240 248 248 240 248

Total 220 810 1 320 176 2 418 2 104 1 712 2 350 6 410

Tableau 5.38 – Nombre d’heures par plage tarif jaune

pour une occupation type bureaux

87

Tarif Vert A5 base

Occupation Inoccupation Pte HPH HPE HCE Pte HPH HCH HPE HCE Janv. Fév. Mars Avril Mai Juin Juil. Août Sept. Oct. Nov. Déc.

40 40

40

160 160 230

200 160

210 180 210 220

50 220 230

6456

64

152128202

216152

328288312

304328

206 236 206 212 366 196 202

304 328 304 312 328 304 312

Total 120 910 1 320 184 850 1 560 1 624 2 192 2 350 6 410

Tarif Vert A5 EJP Occupation Inoccupation PM HH HPE HCE PM HH HPE HCE Janv. Fév. Mars Avril Mai Juin Juil. Août Sept. Oct. Nov. Déc.

70 50 20

10 70

130 150 210

190 130

210 180 210 220

50 220 230

564016

856

488432498

512488

206 236 206 212 366 196 202

304 328 304 312 328 304 312

Total 220 810 1 320 176 2 418 1 624 2 192 2 350 6 410

Tableau 5.39 – Nombre d’heures par plage tarif vert pour une occupation type bureaux

88

Tarif Jaune base

Occupation Inoccupation HPH HCH HPE HCE HPH HCH HPE HCE Janv. Fév. Mars Avril Mai Juin Juil. Août Sept. Oct. Nov. Déc.

180 136 200

176 96

100 164 184

192 160

316312196

304400

248224248

240248

380 332 296 496 496 288 336

240 248 240 248 248 240 248

Total 788 800 1 628 1 208 2 624 1 712 1 588 7 172

Tarif Jaune EJP Occupation Inoccupation

PM HH HPE HCE PM HH HPE HCE Janv. Fév. Mars Avril Mai Juin Juil. Août Sept. Oct. Nov. Déc.

56 46 16

8 56

124 96

184

168 40

100 164 184

192 160

705020

1070

494486524

534578

380 332 296 496 496 288 336

240 248 240 248 248 240 248

Total 176 612 1 800 220 2 616 2 624 1 712 1 588 7 172

Tableau 5.40 – Nombre d’heures par plage tarif jaune

pour une occupation type enseignement

89

Tarif Vert A5 base

Occupation Inoccupation Pte HPH HPE HCE Pte HPH HCH HPE HCE Janv. Fév. Mars Avril Mai Juin Juil. Août Sept. Oct. Nov. Déc.

50 38

28

130 98

200

176 68

100 164 184

192 160

5458

76

182190232

240244

328288312

304328

316 252 232 432 416 224 272

304 328 304 312 328 304 312

Total 116 672 800 188 1 088 1 560 2 144 2 192 1 588 7 172

Tarif Vert A5 EJP Occupation Inoccupation PM HH HPE HCE PM HH HPE HCE Janv. Fév. Mars Avril Mai Juin Juil. Août Sept. Oct. Nov. Déc.

56 40 16

8 56

124 96

184

169 40

100 164 184

192 160

705020

1070

494486524

534578

316 252 232 432 416 224 272

304 328 304 312 328 304 312

Total 176 612 800 220 2 616 2 144 2 192 1 588 7 172

Tableau 5.41 – Nombre d’heures par plage tarif vert pour une occupation type enseignement

90

5.2.10.4. REPARTITION TARIFAIRE DE

LA METHODE DETAILLEE POUR LE CHAUFFAGE

La méthode détaillée calcule les besoins nets Qh en estimant d’abord les besoins bruts Ql, puis en appliquant le taux de récupération des apports Qg selon la prEN.13790. Ainsi, les apports récupérés sont soustraits globalement à Ql pour obtenir Qh. Répartir une plage horaire sur une répartition uniforme des apports est illusoire. Il est proposé une méthode de répartition hebdomadaire des apports récupérés afin de moduler dans le temps les émissions de chaleur utiles dues aux apports internes et solaires (réf. [5.28]). Le calcul s’effectue de la façon suivante : 1. Calcul correspondant à un bâtiment très léger Les apports sont récupérés au fur et à mesure de leur apparition :

• les besoins bruts sont répartis sur les 168 heures de la « semaine » selon les résultats du calcul par phase,

• les apports internes récupérés sont répartis sur les mêmes 168 heures selon les exigences du scénario d’occupation,

• les apports solaires récupérés sont répartis sur ces 168 heures à raison de plages journalières de 9 heures (de 9 heures à 18 heures),

• un bilan sur chaque plage horaire fournit les besoins nets. Si, sur une plage horaire, les apports récupérés dépassent les besoins bruts, le supplément d’apports est reporté sur la plage horaire suivante.

2. Calcul correspondant à un bâtiment très lourd Les apports sont étalés sur la période et récupérés proportionnellement aux besoins. On calcule donc le rapport des besoins nets sur les besoins bruts à l’échelle de la « semaine » et on applique ce même rapport à chaque plage horaire. On obtient ainsi une nouvelle répartition des besoins nets sur les 168 heures. 3. Calcul correspondant au bâtiment projeté Il s’obtient à partir des deux calculs précédents en effectuant sur chaque plage horaire une moyenne pondérée des besoins nets. La pondération est celle des constantes de temps longues τF avec les hypothèses suivantes :

• bâtiment très léger : τF = 0 • bâtiment très lourd : τF = 100.

4. Répartition tarifaire La répartition, sur les 168 heures de la « semaine », des besoins nets est comparée à la répartition des plages tarifaires sur ces mêmes 168 heures. On en déduit le nombre d’heures de chaque tranche tarifaire pondéré par les besoins correspondants.

91

92

CHAPITRE 6

LA CLIMATISATION 6.1. MÉTHODE ET ORGANISATION DES CALCULS

6.1.1. DIFFÉRENTES MÉTHODES EXISTANTES 6.1.1.1. Méthodes statiques 6.1.1.2. Méthodes basées sur l’expérience 6.1.1.3. Méthodes dynamiques

6.1.2. ORDRE DES CALCULS PROPOSE 6.2. DETERMINATION DES BESOINS ENERGETIQUES DU BATIMENT

6.2.1. BASES DE CALCUL 6.2.1.1. Données météorologiques 6.2.1.2. Conditions d'ambiance intérieure 6.2.1.3. Apports internes par les occupants 6.2.1.4. Apports internes par éclairage 6.2.1.5. Autres apports internes

6.2.2. DETERMINATION DES BESOINS DU BÂTIMENT 6.2.2.1. Différents modes de calcul 6.2.2.2. Méthodes dynamiques de détermination des besoins énergétiques du bâtiment 6.2.2.3. Zonage thermique d'un bâtiment 6.2.2.4. Parois, vitrages, ponts thermiques 6.2.2.5. Masques proches et lointains

6.2.3. RÉDUCTION DU NOMBRE DE SITUATIONS

6.3. DETERMINATION DES PUISSANCES UTILES

6.3.1. DETERMINATION DES CYCLES DE TRAITEMENT 6.3.1.1. Composition physique du système 6.3.1.2. Prise en compte de la logique de fonctionnement 6.3.1.3. Différents cycles 6.3.1.4. Fiches pour différents systèmes

6.3.2. DETERMINATION DES PUISSANCES UTILES 6.3.3. DETERMINATION DES PUISSANCES REQUISES

6.3.3.2. Evaluation des pertes 6.3.3.3. Auxiliaires - ventilation

6.3.4. FORMULAIRE DE L'AIR HUMIDE 6.4. DETERMINATION DES PUISSANCES APPELEES

6.4.1. GROUPES FRIGORIFIQUES 6.4.2. CHAUDIERES

6.5. EVALUATION DES CONSOMMATIONS D’ÉNERGIE ET DES COÛTS

6.5.1. CONSOMMATIONS ENERGETIQUES 6.5.2. REPARTITION TARIFAIRE

93

6.1 - MÉTHODE ET ORGANISATION DES CALCULS L'évaluation prévisionnelle des consommations d'énergie est beaucoup mieux maîtrisée pour les installations de chauffage que pour les installations de climatisation. On décrit dans ce chapitre les quelques voies existantes pour approcher les consommations. Celles ci sont le plus sou-vent dérivées des méthodes utilisées pour les bâtiments chauffés. Il est ensuite proposé un cadre de calcul qui fait appel à des outils logiciels existant ou à développer. Enfin, les éléments plus détaillés sont décrits en fin de chapitre. L’AICVF a approfondi ce sujet et propose avec le CSTB une méthode intitulée ConsoClim dont les algorithmes et le principe d’assemblage sont disponibles.

94

6.1.1. DIFFÉRENTES MÉTHODES EXISTANTES

Le point commun de toutes les méthodes d’estimation des consommations énergétiques est la structuration des calculs en quatre étapes : - le calcul des besoins en énergie du bâtiment, - la prise en compte du comportement des équipements de

traitement de l'air (registres de mélange, batteries, humidificateurs, ventilateurs etc.),

- la prise en compte du comportement des équipements de production de chaud et de froid (centrales de production, réseaux de distribution etc.),

- l'intégration des puissances appelées finales sur leur temps d’appel et le passage aux coûts par les prix des combustibles ou sources d'énergies à travers leurs niveaux de tarification.

Ce découpage est parfois caché sous des hypothèses simplificatrices. Ainsi, une notion d’enveloppe « lourde » ou « légère », dans la méthode du nombre d’heures de fonctionnement au régime nominal - paragraphe 6.1.1.2, est utilisée pour apprécier les besoins (étape 1). L'utilisation d'un rendement global du système de traitement de l'air et du système de production de froid et de chaud dans les méthodes de degrés jours est aussi l'expression la plus simple des étapes 2 et 3. Les étapes 1 à 3 sont enchainées à chaque heure dans les simulations annuelles heure par heure tels que mis en œuvre dans les outils de simulation décrits au chapitre 7. On propose pour les méthodes existantes la classification suivante : Méthodes statiques Méthodes des degrés - jours ou degrés - heures. Ces méthodes sont utilisées couramment pour le chauffage, et étendues avec certaines adaptations à la climatisation. Bin Method, (réf. [6.1]) ou méthode des fréquences d'occurrence des températures dans un intervalle, utilisée surtout aux États Unis. La fréquence d'occurrence des couples (température - humidité spécifique) est utilisée comme point de départ de calcul dans différents pays d’Europe : Pays Bas, (réf. [6.2]), Allemagne, (réf. [6.3]). Méthodes basées sur l'expérience Il s'agit de corrélations ou de ratios établis à partir de simulations ou de mesures. Un exemple en est l'utilisation du nombre d’heures de fonctionnement équivalent à puissance nominale, attaché à un type d’ensemble bâtiment - équipement. On en trouve un exemple dans réf[6.38]. Méthodes dynamiques Cela consiste à simuler le bâtiment et ses équipements typiquement heure par heure à l’aide d’un code de calcul en prenant en compte les régimes intermédiaires.

Le choix d'une méthode de calcul dépend de plusieurs critères dont : La précision La méthode doit être suffisamment précise pour permettre des choix corrects. Il faut donc choisir la méthode qui fait les hypothèses simplificatrices les plus appropriées au projet étudié. La sensibilité La méthode choisie doit permettre des études de sensibilité par rapport aux principaux paramètres du projet. La rapidité de mise en œuvre et coût Le temps total dépensé pour la mise en œuvre (temps de recueil et de prétraitement des données, temps de saisie, temps de calcul, temps d'analyse des sorties) ne doit pas être disproportionné par rapport aux gains éventuels. Pour le choix d'un code de calcul, il faut tenir compte du volume de projets à traiter, de l'expérience de l'utilisateur, du coût lié à l'apprentissage du programme. 6.1.1.1. MÉTHODES STATIQUES Méthodes de degrés - jours Les méthodes de degrés - jours sont appropriées si les scénarios d'usage du bâtiment et le fonctionnement des équipements de traitement de l'air sont constants. Les degrés jours pour le chauffage s'expriment à partir de la température de non chauffage tnc. Il s'agit de la valeur de la température extérieure pour laquelle, pour une consigne spécifiée de la température intérieure tj, les pertes totales sont égales aux gains internes et solaires. L'isolation des parois et les apports internes ayant augmenté, l'utilisation de degrés jours en base 18 °C n'est plus adaptée. DJ (tnc) = Σ (tnc -tej)+ [°C.j] (6.1) tej est la température extérieure moyenne du jour j Le signe + indique que l'écart de température n'est pris en compte que lorsqu'il est positif. La somme est faite sur la saison de chauffage. On en déduit la quantité d'énergie Qc consommée en hiver :

Qc = 24.c

KStotη

.DJ (tnc) [W.h] (6.2)

KStot est la conductance d'échange globale du bâtiment [W/°C] ηc est le rendement global de l'installation en chauffage. Il s'agit d'un rendement moyen, donc différent du rendement nominal communiqué par les constructeurs. Il est d'autant meilleur que le système est correctement dimensionné. En réalité, le comportement réel des équipements est variable et non linéaire avec la température extérieure. Plutôt que d'utiliser un rendement global, il faut connaître le fonctionnement à charge partielle de l'installation. Il existe plusieurs méthodes qui permettent le calcul des degrés jours dans une base quelconque.

95

Dans (réf. [6.4]), on trouve une approche issue des statisti-ques qui permet le calcul mois par mois (N jours dans le mois) de DJ(tnc) à partir de la moyenne mensuelle de la température extérieure tem. Cette valeur peut être trouvée dans (réf. [6.6]). Les pas de calculs sont les suivants :

h =tnc − tem

σ.N 12

(6.3)

σ est l'écart type des moyennes mensuelles de température extérieure. Il peut être approché à partir des quintiles supé-rieurs Qs (à 80%) et inférieurs Qi (à 20 %) publiés dans (réf. [6.6]).

σ = Qs - Qi1,683 (6.4)

Des valeurs typiques tirées de (réf. [6.4]) sont données dans le tableau 6.1 ci contre. On déduit finalement les de-grés jours à partir de :

���

�

���

� ++=

−

4,2)eLog(e

2hσ.N)DJ(t

2,1.h2,1.h3/2

nc (6.5)

Dans (réf. [6.5]), on trouve des abaques concernant 146 stations permettant d'estimer des degrés jours dans des bases allant de 10°C à 25 °C. Ces abaques donnent les DJ sur la saison de chauffage (232 jours) et sur l'année com-plète (365 jours). On peut en tirer un lissage à partir de tb qui est la température extérieure de base :

DJ (tnc) = DJ (18) .( Erreur !)3 (6. 6)

Les sociétés de conduite et d'exploitation disposent aussi de formules qui leur sont propres pour estimer les degrés jours en base quelconque. On trouve dans (réf. [6.7]) la notion de degrés jours pondé-rés par la population qui est utilisée pour apprécier le climat général d'un pays en tenant compte de la répartition des habitants entre zones climatiques différentes. Ces valeurs ont été utilisées pour comparer les consommations entre différents pays de l'Union Européenne.

Zone continentale monta-gneuse

Zone semi-continentale

Zone océanique

Zone côtière

Besançon Bourg-Saint-Maurice

Clermont-Ferrand

Paris Lyon

Marignane Saint-Quentin

Deauville Nantes

Bordeaux

Ouessant Toulon Bastia

mois

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Qs - Qi

3

4,6

3,4

2,9

2,1

2,1

2,1

2

2,3

2,7

2,5

3,4

σ

1,78

2,73

2,02

1,72

1,25

1,25

1,25

1,19

1,37

1,6

1,49

2,02

Qs - Qi

3

3,9

2,9

2

2

2

2

2

2,9

2,3

2

3,5

σ

1,78

2,32

1,72

1,19

1,19

1,19

1,19

1,19

1,72

1,37

1,19

2,08

Qs - Qi

2,2

3,6

2,4

1,7

2

1,9

1,9

1,8

2,3

2,2

2,2

3,5

σ

1,31

2,14

1,43

1,01

1,19

1,13

1,13

1,07

1,37

1,31

1,31

2,08

Qs - Qi

1,4

2,6

1,6

1,3

1,3

1,7

1,7

1,7

1,7

1,9

1,7

1,7

σ

0,83

1,54

0,95

0,77

0,77

1,01

1,01

1,01

1,01

1,13

1,01

1,01

Tableau 6.1 – Ecarts-types des moyennes mensuelles de température extérieure

96

Les degrés-jours pour les calculs de refroidissement ne sont pas publiés comme ceux servant au chauffage et ont fait l'objet de peu d'études. Ils peuvent être calculés de façon analogue. La température de non refroidissement tnr (apports égaux aux pertes) a une valeur différente de celle de la température de non chauffage car les apports moyens pris en compte et la température intérieure de consigne sont différents. DJ (tnr) = Σ (tej - tnr )

+ [°C.j] (6.7) La somme est faite sur la saison de refroidissement. On en déduit Qr consommée en été :

Qr = 24.r

totKSη

.DJ (tnr) [W.h] (6.8)

ηr est le rendement global de l'installation en rafraîchisse-ment. Comme le rendement de chauffage utilisé dans l'équation (6.2), il s'agit d'un rendement moyen. KStot est la conductance d'échange globale du bâtiment supposée identique [W/°C] Il n'existe pas de formule donnant les degrés jours en base tnr à partir de degrés jours standards. Ceci s'explique car les tentatives pour approcher les consommations par utilisation de degrés jours ont été infructueuses. Comme nous venons de le voir, pour aboutir à des calculs de consommations énergétiques, les besoins calculés à l'aide des degrés jours sont divisés par un rendement global des équipements de chauffage ou de refroidisse-ment. Ces méthodes de calcul des consommations offrent uniquement la possibilité d'estimer une consommation en froid et une consommation en chaud pour la période d'étude et non de partager les consommations suivant les différents appareillages. Bin Method La Bin Method proposée par l'ASHRAE (réf. [6.1]) consiste à calculer les consommations, par tranche (Bin) de tempé-rature extérieure. Les moyennes par tranche sont construi-tes à partir des températures contenues dans un même voisinage. Aux États Unis, où cette méthode de calcul est couram-ment employée, les données nécessaires pour sa mise en œuvre sont disponibles pour un grand nombre de sites. Généralement, la « largeur » des intervalles de températu-res est de 3 °F ou 5 °F et ils sont construits pour trois périodes de huit heures par jour. Pour la saison de chauffage les consommations énergéti-ques s'expriment :

Qc = Σ Nbin.r

totKSη

.(tnc - tbin)+ [W.h] (6.9)

Nbin est le nombre d'heures d'occurrence de la tempéra-ture extérieure dans l'intervalle considéré tbin est la température moyenne dans l'intervalle [°C] Ce calcul est fait pour chaque intervalle et la consomma-tion énergétique annuelle est la somme des énergies correspondant à chaque intervalle.

Bin Method modifiée Plusieurs améliorations peuvent être apportées à la version de base de la Bin Method et notamment la prise en compte intervalle par intervalle des variations de l'ensoleillement par le biais d'une variation linéaire de l'ensoleillement moyen mensuel par rapport à la tempé-rature extérieure moyenne mensuelle. La convention de signe est classique : on compte positivement les charges Φ de rafraîchissement et donc négativement les puissances q qui servent à les compenser : Φ + q = 0 On suppose la température intérieure constante. Les autres hypothèses de ce calcul simplifié sont que l'utilisation du bâtiment (scénarios d'occupation, éclairage, machines, ventilation) et tous les gains internes sont constants durant l'année. Pour pouvoir tracer la droite qui relie les puissances aux valeurs de la température extérieure, il suffit de les calculer aux températures moyennes du jour le plus chaud qmin et du jour le plus froid qmax. L'utilisation des valeurs de dimensionnement est possible, mais il est préférable d'employer des moyennes pour te plutôt que des valeurs extrêmes. L'intersection de la droite de charge fonction de la température extérieure avec l'axe des abscisses donne la valeur de la température de non chauffage tnc qui est égale ici à la température de non refroidissement tnr, car la température de consigne intérieure est la même. Le résultat est illustré à la figure 6.1 :

q

q min

qmax

t nc

t e

Figure 6.1 - Calcul des puissances q [W] de chauffage et de refroidissement

97

Si le contrôle de l'ambiance implique deux températures de consigne différentes pour le chauffage et pour le refroi-dissement, la température de non chauffage et de non refroidissement ne vont plus coïncider. L'effet de ce type de régulation est illustré à la figure 6.2 :

q

q min

qmax

t nc

t et nr

Figure 6.2 - Calcul des puissances avec

deux consignes de température intérieure Si pendant la période de refroidissement et la période de chauffage l'usage du bâtiment est différent, les pentes des deux segments de droite peuvent être différentes. Pour aboutir à des consommations d'énergie, on divise les puissances par des rendements de fonctionnement à charge partielle moyens dans l'intervalle, et on multiplie par la fréquence d'occurrence Nbin. 6.1.1.2. MÉTHODES BASÉES SUR L’EXPÉRIENCE Appréciation par le nombre d'heures à la puissance nominale L'énergie consommée s'exprime par « érence à la puis-sance appelée nominale ou maximale des principaux éléments consommateurs, générateurs de chaud ou de froid, en nombre d'heures à puissance maximale. Exemples : Petit tertiaire - Climatiseurs individuels utilisés 12 heures sur 24. La période de rafraîchissement dure 3 à 5 mois par an. On compte alors : - Ventilateur : 12 h/jour à pleine puissance. - Compresseur : 6 h/jour à puissance nominale. Dans ce cas la consommation totale serait pour un clima-tiseur de 5 kW (puissance nominale du compresseur avec auxiliaires) muni d'un ventilateur de soufflage de 200 W : C = 5 kW x 6 h/j x 30 j/m x 4 m + 0,2 kW x 12 h/j x 30 j/m x 4 m = 3888 kWh Grand tertiaire - Rafraîchissement : - Bâtiments légers : 800 à 1 000 h/an à pleine puissance - Bâtiments lourds : 2 000 h/an à pleine charge. Cette méthode peut facilement s'adapter quand le fonc-tionnement dépend relativement peu des données climati-

ques extérieures et que les apports internes sont bien connus. Exemples : pour estimer la consommation éner-gétique de la climatisation d'un centre informatique, on peut calculer la puissance moyenne et tenir compte de la durée de fonctionnement des équipements. Pour une salle de spectacle, on peut approcher les consommations à partir de l'occupation, la durée et le nombre de représenta-tions. Méthodes de ratios Pour des bâtiments neufs, considérés comme typiques, des ratios énergétiques permettent de définir l'utilisation qui est faite de l'énergie. L'ASHRAE / IES Standard 90 (réf. [6.8]) propose un jeu complet de ratios types qui établissent les besoins énergétiques minimaux afin de réduire les consommations sans dégrader le confort. Des ratios existent aussi dans les entreprises. Ils sont issus d’audits énergétiques ou de campagnes de mesure. Ils sont en général connus par secteur et le ratio est rapporté à une grandeur caractéristique, comme par exemple : - kWh / an m² - kWh / an employé (en bureau) - kWh / an chambre en hôtel - kWh / an lit (en hôpital) - kWh / an rationnaire ou repas (restaurant). Dans ce qui est connu, on peut mentionner les ratios suivants en bureaux à La Défense : - 120 à 200 kWh / an m² pour les consommations globales dont il faut déduire environ 25 kWh / an m² pour l’éclairage et la bureautique. Si l’on part de ratios types en puissance : - 150 W / m² en bureau on remarque que l’on retrouve l’évaluation par la méthode du fonctionnement à la puissance nominale en prenant 1000 h de fonctionnement pour le rafraîchissement. 6.1.1.3. MÉTHODES DYNAMIQUES Plusieurs critiques peuvent être apportées aux méthodes de calcul des consommations en régime statique. La plupart tiennent au fait que ces méthodes ne peuvent décrire avec précision les réponses aux variations de consignes qui traduisent l'intermittence dans l'usage du bâtiment et aux variations météorologiques. La variation importante des charges internes, suivant la journée et l'heure, nécessite aussi une description temporelle (voir Chapitre 7).

98

Les méthodes de calcul de consommations en régime dynamique permettent une meilleure prise en compte de ces phénomènes. Habituellement, leur mise en œuvre consiste à enchaîner des modèles pour le calcul des besoins énergétiques du bâtiment, pour les équipe-ments de traitement de l'air et pour les équipements de production de chaud et de froid. Le résultat final est la consommation exprimée en énergie ou en unité moné-taire. Les modèles d'équipements de distribution font inter-venir des équations de conservation (bilans d'énergie et masse) pour chaque composant du système: registres de mélange, batteries chaudes et froides, humidificateurs, ventilateurs. Les entrées sont les puissances à injecter dans chaque zone. Les sorties sont les puissances requi-ses par type d'équipement. La bibliothèque d’algorithmes ConsoClim réf[6.39] fournit de nombreux modèles. Les modèles d'équipements de production de chaud et de froid relient les énergies thermiques distribuées aux énergies appelées : gaz, électricité, fuel etc. Les entrées de ces modèles sont les énergies par type d'équipement auxquelles s'ajoutent les pertes par transport et dans la centrale de production, voir réf[6.39].

Les sorties sont les énergies appelées par type de com-bustible ou par type de source d'énergie. Les limites du système de distribution et de traitement de l'air influencent la satisfaction des besoins du volume climatisé (limite de déshumidification à l'aide de la batterie froide par exemple). Si la plupart des logiciels modélisent l'enveloppe en ré-gime dynamique, la modélisation des systèmes de traite-ment de l'air et de production de chaud et de froid est faite en régime statique. Ce choix est justifié par le fait que les équipements utilisés couramment dans le bâtiment ont des temps de réponse et de mise en régime courts à la fois par rapport aux temps de réponses des enveloppes et à la fois par rapport aux intervalles de variations de régimes. Cette simplifica-tion facilite la mise en œuvre des algorithmes et réduit les temps de calcul. On ne pourrait faire de telles hypothèses pour un plancher refroidi par exemple.

Modèle de calcul des besoins

Modèle de système de traitement de l'air

Modèle des équipements de production de chaud et de froid

Interactions de la régulation et limites de traitement

Puissances fourniesBesoins

Scénarios Charges internes Données météo Description de l'enveloppe

Limites de capacité de production

Module économique

Energies consommées

Coût

Figure 6.3 - Calcul dynamique des consommations énergétiques

6.1.2. ORDRE DES CALCULS PROPOSE Les calculs ont pour but d'évaluer les énergies mises en jeu pour la climatisation ou le conditionnement d'air. L'éva-luation suppose de prendre en compte les caractéristiques : - du bâtiment, - du système de traitement de l'air retenu avec ses auxi-

liaires, - du système de production de chaleur et de froid avec

tous ses auxiliaires. Il faut donc successivement : - Choisir les données météorologiques, représentatives

d'un climat donné, et calculer les besoins hygro-thermiques pour les conditions intermédiaires.

- Déterminer grâce au calcul des charges sur le diagram-

me, les cycles de traitement d'air pour chaque jeu de conditions extérieures, conditions intérieures, charges - à partir des conditions de soufflage d'air, qui dépendent du système retenu et de son dimensionnement (débit d'air, mode de régulation).

- Évaluer les puissances utiles Pu et Eu (en chaleur et en humidité) ; ce sont celles qui sont nécessaires pour

maintenir le bâtiment dans les conditions d'ambiance re-quises.

- Déterminer les puissances requises Pr, ce qui intègre

le type de traitement de l'air retenu : cycle d'air dans tou-tes les situations, variation éventuelle des débits ou des points de consigne. Ceci suppose une définition précise de la logique de fonctionnement de l'installation. Il peut en exister plusieurs : une pour la période d’occupation, une pour la période d'inoccupation. Dans ce cas, il fau-dra prévoir plusieurs calculs.

A la fin de cette étape, on obtient une ventilation des be-soins entre les différents éléments du système de traite-ment d'air : batterie froide, batterie chaude, humidificateur, etc. A ce niveau interviennent aussi les pertes énergéti-ques. La consommation des auxiliaires (ventilateurs en particulier) spécifiques à chaque zone est également comptabilisée à ce niveau. - Calculer les puissances fournies par type d'équipe-

ment par sommation des puissances requises de chaque zone augmentées des pertes.

99

- Passer aux puissances appelées par les éléments de production de chaud et de froid Pa. Elles se déduisent des puissances fournies en utilisant les caractéristiques de fonctionnement des appareils de production. En général, il s'agit d'une courbe donnant la puissance appelée en fonc-tion de la puissance produite et de paramètres tels que la température extérieure, la température de départ (chaud ou froid), la température humide extérieure,... - Calculer les consommations correspondantes en inté-

grant le temps de fonctionnement et établir la facture énergétique par les niveaux tarifaires.

émetteur

production

puissance requise

puissance fournie

puissance appeléelocal

pertes

puissance utile

besoin sensible

Bâtiments multi-zones Les bâtiments tertiaires d'aujourd'hui présentent des zones thermiques différenciées, ceci en fonction : - de l'usage - présence par exemple dans une même tour

de bureaux d'un restaurant d'entreprise, d'un centre in-formatique, de bureaux et d'archives ;

- des apports solaires ou internes très différents - façade est et ouest par exemple ;

- du mode de fonctionnement des installations - horaires, niveau de consignes.

L'évaluation des puissances utiles, requises et fournies se fait donc logiquement zone par zone. En revanche, l'esti-

mation des puissances appelées suppose le plus souvent que les puissances fournies des différentes zones soient préalablement sommées par centrale de production ther-mo-frigorifique commune à un ensemble de zones. Il peut par exemple exister un raccordement à un réseau d'eau glacée urbain desservant un ensemble de zones, et une centrale de production locale servant au traitement de l'air neuf ou d'un centre informatique. Ou encore, il peut exister 2 centrales de production frigorifiques distinctes, l’une d’elle pouvant comporter un stockage. Dans tous les cas, la méthode consiste à sommer les puissances fournies par appareil de production. L'enchaînement des calculs va donc dépendre du zonage du bâtiment et de l'architecture des systèmes secondaire (distribution) et primaire (production) envisagés. Un exemple d'organisation des calculs est donné sur la figure 6.4. On remarquera que l'ensemble des étapes de calcul fait appel à des modèles particuliers. La précision du résultat de l'estimation des consomma-tions d'énergie dépend largement de la qualité des infor-mations entrées. Or, l'occupation réelle, la quantité d'équi-pements générateurs d'apports internes et leur utilisation, les infiltrations d'air, les caractéristiques des auxiliaires sont souvent mal connus en phase de conception. Il est donc utile de travailler sur la sensibilité du résultat à ces paramètres. Une estimation devrait plutôt être fournie comme une fourchette que comme une valeur absolue. La précision d'une estimation des consommations peut n'être que de 20%, du fait de l'imprécision sur l'utilisation réelle du bâtiment. Toutefois, la comparaison de solutions techniques même à partir d'un scénario imprécis a de la valeur pour le choix.

100

Choixdes zones

Calcul des besoins des locaux Puissances utiles

Calcul des besoins des locauxPuissances utiles

Calcul des besoins des locauxPuissances utiles

Zone 1 . . . . . . Zone nZone i . . . .

Puissances requises Puissances requises Puissances requises

zoneAuxiliaires spécifiques à cette

zonezone

Regroupement par centrale de production

Centrale 1 . . . . Centrale p

Puissances fournies Puissances fourniesPuissances appelées

Figure 6.4 - Exemple d’organisation des calculs

101

6.2. DÉTERMINATION DES

BESOINS ÉNERGÉTIQUES DU BÂTIMENT

La détermination des besoins énergétiques du bâtiment suppose le choix de données météorologiques qui peuvent être conventionnelles (années types) ou réelles si l'on réfère l'étude à une année particulière. Un autre facteur prépondérant pour les besoins d'énergie est le choix de la température et de l’humidité de consigne et de leur plage de tolérance. Le calcul lui même suppose ensuite de retenir des valeurs d'apports internes tenant compte d'un facteur d'usage (les valeurs à prendre en compte sont bien inférieures à celles de dimensionnement) puis à utiliser un modèle de bâtiment qui prendra en compte toutes les caractéristiques du bâtiment (déperditions et inertie). Le calcul suppose un zonage préalable du bâtiment qui prenne en compte l’usage des différents locaux, et, pour un même usage l'homogénéité.

102

6.2.1. BASES DE CALCUL 6.2.1.1. DONNÉES MÉTÉOROLOGIQUES L'évaluation des consommations annuelles requiert des données météorologiques annuelles. Ces données doivent inclure l'ensoleillement. S'il existe 50 stations météorologiques en France, seulement quelques unes disposent d'une mesure complète d'ensoleillement (global, diffus) ce qui explique la répétition systématique de certains noms de ville dans ce qui suivra. Les calculs peuvent être menés avec : - des années météorologiques conventionnelles pour la

comparaison de plusieurs systèmes entre eux, - ou des années réelles, évaluation dans les conditions

de l'année n. On peut citer les données annuelles existantes : - « Test Reference Year (TRY) for E.E.C. countries »,

moyenne statistique sur dix années réelles (réf. [6.9]). Elles sont disponibles pour huit stations françaises :

Carpentras, Limoges, Mâcon, Millau, Nancy, Nice, Rennes, Trappes. Les informations contenues sont les suivantes : Température extérieure : te [dixième de °C] - 24 valeurs Global horizontal : lg [J/cm²] - 24 valeurs horaires Diffus horizontal : lD [J/cm²] - 24 valeurs horaires Direct horizontal : ld [J/cm²] - 24 valeurs horaires Durée d'insolation [heure] Humidité relative : εe [%] - 24 valeurs Vitesse du vent [m/s] - 24 valeurs - Années confectionnées lors de l'élaboration des con-

ventions unifiées du coefficient B, (réf. [6.10]). Elles existent pour les stations suivantes : Agen, Ajaccio, Carpentras, La Rochelle, Limoges, Mâcon, Millau, Nancy, Nice, Rennes, Trappes. Elles sont plutôt appropriées à la saison de chauffage, il vaut mieux les déconseiller pour l'usage envisagé ici.

Les informations contenues sont les suivantes : Global horizontal : lg [J/cm²] - 16 valeurs horaires Direct horizontal : ld [J/cm²] - 16 valeurs horaires Diffus horizontal : lD [J/cm²] - 16 valeurs horaires Durée d'insolation [dixième d'heure] - matin et soir Température extérieure : te [dixième de °C] - 24 valeurs Température de ciel : tc [dixième de °C] - 24 valeurs Humidité relative : εe [%] - 24 valeurs Nébulosité totale [octats] 24 valeurs Pression [hecto Pascal] 24 valeurs Vitesse du vent [m/s] 24 valeurs Direction du vent [rose de 36 directions] - 24 valeurs

- Étés types retenus pour les études sur le confort d'été [3]. La liste des stations et des années retenues est la suivante: Agen - 1971, Carpentras - 1969, La Rochelle - 1984, Limoges - 1984, Mâcon - 1971, Nancy - 1969, Nice - 1991, Rennes - 1971, Trappes - 1971. Il ne s'agit que d'étés ce qui rend ces fichiers inadaptés à un calcul annuel.

- Des années confectionnées à partir des hivers issus de

(réf. [6.10]) et des étés issus de (réf. [6.11]) ont été utilisées dans certaines études par le CSTB.

- Années réelles mesurées (réf. [6.12]) : 171 stations

synoptiques. On se les procure à la Météorologie Nationale et les données peuvent être fournies mensuellement. Il faut compter environ 1000 F pour une année comprenant température, humidité et rayonnement global. 126 stations n’ont pas de données d'ensoleillement (compter environ 500 F dans ce cas).

La liste de 45 stations mesurant le rayonnement global est la suivante (40 sont toujours actives) : Saint-Quentin - dépt 02 (depuis 1973) Embrun - 05 (depuis 1979) Nice - 06 (depuis 1964) Carcassonne - 11 (depuis 1979) Millau - 12 (depuis 1964) Marignane - 13 (depuis 1979) Caen - 14 (depuis 1977) La Rochelle - 17 (depuis 1970) Bourges - 18 (depuis 1986) Brive - 19 (1989 à 1990) Ajaccio - 20 (depuis 1970) Bastia - 20 (depuis 1990) Vignola - 20 (1988 à 1989) Dijon - 21 (depuis 1977) Besançon - 25 (depuis 1991) Brest - 29 (depuis 1987) Toulouse - 31 (1991 à 1993) Bordeaux - 33 (depuis 1978) Montpellier - 34 (depuis 1975) Rennes - 35 (1967 à 1993) Tours - 37 (depuis 1977) Lons-le-Saulnier - 39 (depuis 1987) Biscarosse - 40 (depuis 1979) Le Puy - 43 (depuis 1993) Nantes - 44 (depuis 1985) Agen - 47 (depuis 1968) Reims - 51 (depuis 1974) Nancy - 54 (depuis 1965) Creil - 60 (depuis 1993) Clertmont-Ferrand - 63 (depuis 1978) Pau - 64 (depuis 1978) Perpignan - 66 (depuis 1980) Strasbourg - 67 (depuis 1974) Colmar - 68 (depuis 1991) Macon - 71 (depuis 1963) Paris-Montsouris - 75 (depuis 1978) Trappes - 78 (depuis 1962) Hyères - 83 (1979 à 1990 et depuis 1992) Carpentras - 84 (depuis 1968) Île d'Yeu - 85 (1988 à 1991) Noirmoutier - 85 (1984 à 1990) La Roche-sur-Yon - 85 (depuis 1984) Limoges - 87 (depuis 1963) Auxerre - 89 (depuis 1977) Roissy - 95 (depuis 1991)

103

Les informations contenues sont les suivantes : Global horizontal : lg [J/cm²] - 16 valeurs horaires Température extérieure : te [dixième de °C] - 24 valeurs Humidité relative : εe [%] - 24 valeurs Les valeurs ne sont stockées de façon horaire que depuis 1993, auparavant température et humidité relative étaient des valeurs trihoraires. - Années dites de référence produites par la Météo-

rologie Nationale pour neuf stations, (réf. [6.13]) : Bordeaux, Carpentras, La Rochelle, Mâcon, Nancy, Pau, Rennes, Strasbourg, Trappes. Elles ont été produites après analyse des données de la période 1978 - 1987 ( ces dix années complètes sont disponibles pour 10 000 F par station). Les années de référence sont des années réelles sélectionnées comme moyennes des 10 ans. On trouve aussi sur le même support l'été le plus chaud et l'hiver le plus froid. L'année et les saisons extrêmes sont vendues 2500 F par station. Les informations contenues sont les suivantes : Température extérieure : te [dixième de °C] - 8 valeurs Humidité relative : εe [%] - 8 valeurs Global horizontal : lg [J/cm²] - 24 valeurs horaires Global horizontal : lD [J/cm²] - 24 valeurs horaires Global vertical Nord calculé : lgN [J/cm²] - 24 valeurs Global vertical Sud calculé : lgS [J/cm²] - 24 valeurs Global vertical Est calculé : IgE [J/cm²] - 24 valeurs Global vertical Ouest calculé : lgO [J/cm²] - 24 valeurs Enthalpie de l'air calculée : q'e [%] - 8 valeurs Direction du vent [rose de 36 directions] - 8 valeurs Vitesse du vent [m/s] - 8 valeurs Température de ciel calculée [dixième de °C] - 4 valeurs En dehors des années complètes, signalons l'existence de séquences types : 2 semaines résument une saison - Short Reference Years (SRY) for E.E.C. countries, (réf. [6.14]). Ces données existent pour les huit stations françaises indiquées à propos des TRY. On est amené après avoir réalisé un calcul sur ces courtes séquences à multiplier les consommations obtenues par 52/8. Ce mode de calcul, uniquement adapté au mode d'évaluation conventionnelle, n'est pas envisagé dans ce qui suit. La méthodologie décrite s'y adapte néanmoins. Pour les autres pays européens, on peut se référer à (réf. [6.9] et [6.14]) - travaux financés par la CCE qui couvrent : Belgique : Saint-Hubert Uccle (Bruxelles) Ostende Danemark : Copenhagen Irlande : Dublin Valentia Italie : Trapani

Crotone Cagliari Foggia Amendola Roma Ciampino Monte Terminillo Genova Sestri Milano Linate Venezia Bolzano Pays-Bas : Vlissingen De Bilt Eelde Royaume-Uni : Kew (London) Abelporth Eskdalemuir Lerwick La méthode de production de ces années a été étendue avec éventuellement quelques modifications : Portugal : Faro Lisboa Coimbra Turquie : Diyarbakir Antalya Ankara Istanbul Erzurum Slovaquie : Bratislava Hurbanovo Strbské Pleso Trebisov Il existe aussi des Design Reference Years (DRY) élaborées par l'Agence internationale de l’énergie – Task 9, (réf. [6.15]) pour : Danemark : Copenhagen Norvège : Oslo Bergen Suisse : Altdorf Basel Binningen Bern Liebefeld Chur Ems Davos Genève Cointrin Glarus Interlaken La Chauds de Fonds Locarno Magadino Luzern Samedan Saint Moritz Sion Saint Gallen Zurich SMA Zurich Kloten

104

Les données disponibles sont très nombreuses : Température extérieure : te [dixième de °C] - 24 valeurs Température de rosée : tr [dixième de °C] - 24 valeurs Global horizontal : lg [W/m²] - 24 valeurs horaires Diffus horizontal : lD [W/m²] - 24 valeurs horaires Direct horizontal : ld [W/m²] - 24 valeurs horaires Irradiation GLO du ciel : lr [W/m²] - 24 valeurs horaires Illuminance globale : Lg [lux] - 24 valeurs horaires Illuminance diffuse : LD [lux] - 24 valeurs horaires Illuminance directe normale : Ld [lux] - 24 valeurs Couverture nuageuse [octats] - 24 valeurs horaires Couverture nuageuse équivalente [octats] - 24 valeurs Durée d'insolation [min] - 24 valeurs horaires Direction du vent [Deca degré] - 24 valeurs horaires Vitesse du vent [dixième de m/s] - 24 valeurs horaires Pression [h Pa] - 24 valeurs horaires Précipitation [mm] - 24 valeurs horaires L'Allemagne a produit des Test Reference Years, à partir de méthodes développées à la Freie Universität de Berlin : Bremerhaven Hanover Essen Trier Würzburg Frankfurt Main Freiburg Augsburg München Stötten Hof Friederichshafen 6.2.1.2. CONDITIONS D'AMBIANCE INTÉRIEURE Quelle que soit la méthode de calcul employée par la suite, il faut définir les scénarios de consignes intérieures, ainsi que les consignes éventuellement différentes pen-dant les temps d’occupation et d’inoccupation. Les études réalisées montrent que les principaux facteurs qui, pour un climat et un site donnés, jouent sur la consommation sont : la température de consigne, les apports internes, la forme du bâtiment et l’orientation des principales surfaces vitrées. Contrôle de la température Pour les climats tempérés, la température sèche inté-rieure est le principal paramètre dont dépendent les consommations et qui caractérise le bien être des occupants. Le contrôle de l'humidité intervient surtout par une humidification de l'air chauffé en hiver et un prélève-ment non contrôlé d'humidité sur la batterie froide en été. La plupart des constructeurs de régulation utilisent des signaux de température, seuls les systèmes de régulation les plus récents présentent des sondes d'enthalpie. Le premier type de régulation utilisé couramment dans le tertiaire (voir figure 6.5) permet de contrôler la tempéra-ture intérieure TA à tout instant. Pour les installations à traitement centralisé d'air neuf, la température intérieure est quelquefois fonction de la température extérieure tE.

20

tA [°C]

tE [°C]

23

tnc tnr

Figure 6.5 - Exemple de régulation fonction de la température extérieure

Cette variation de la température intérieure tA peut être complètement maîtrisée par le fonctionnement des équi-pements aux différents régimes, ou être la conséquence d'une dérive à la suite d'une croissance de la température extérieure, particulièrement lorsqu'on est au delà des possibilités de traitement de l'installation. Dans la figure 6.6, on a affaire à une variation contrôlée de la température intérieure entre deux températures extérieures. A l'extérieur de l'intervalle, la température intérieure est établie à deux valeurs constantes.

20

tA [°C]

tE [°C]

23

tnrtnc

Figure 6.6 - Régulation fonction de la température extérieure. Variation contrôlée entre deux limites

Le troisième type de régulation est illustré à la figure 6.7. Le contrôle d'ambiance est caractérisé par une évolution libre de la température intérieure entre deux consignes qui constituent des limites. On refroidit au delà de la limite supérieure et on chauffe au dessous de la limite inférieure. Dans l'intervalle, la température intérieure évolue librement.

20

tA[°C]

temps

25

Figure 6.7 - Régulation de rafraîchissement

105

Contrôle de l'humidité En général, le traitement de l'air par des appareils termi-naux (type ventilo convecteur) n'inclut pas de contrôle de l'humidité. De ce fait, pour ces installations, on ne peut plus définir une consigne, si ce n'est du point de vue température. En effet, le point de fonctionnement de l'installation s'auto-ajuste et sa position sur le diagramme change. Si le local n’était le siège d’aucun apport hydrique ou prélèvement hydrique (pas de condensation sur l’appareil de rafraîchissement), l’humidité spécifique intérieure wA serait identique à celle de l’air extérieur wE. Ceci est représenté sur la figure 6.8. S’il y a des apports hydriques E [kg/s] et pas de déshumidification, l’humidité intérieure wA du local de volume V dépend du débit de renouvellement d’air mE.

E)w(wmdt

dw.v'V

AEEA

A+−= (6.10)

En régime établi, wA tend vers la valeur suivante :

EEA m

Ew=w + (6.11)

Pour les installations à traitement d'air centralisé, l'humi-dité relative est maintenue dans les limites du confort par exemple entre 35% et 60 %. Ceci est représenté sur la figure 6.8. Pour certaines installations, de type semi-industriel (salle d'opération ou de surveillance dans des hôpitaux, conser-vation d'œuvres d'art,...), les installations maintiennent l'humidité relative dans des bornes plus strictes que celles ci-dessus.

35%

60%

(tA,wE) EA

w [kg/kg a s]

Figure 6.8 - Contrôle de l'humidité relative intérieure

6.2.1.3. APPORTS INTERNES PAR LES OCCUPANTS La chaleur produite par les occupants se transmet par les échanges thermiques dus à la différence de température qui existe entre la surface du corps et l'ambiance (rayon-nement + convection). En outre, le corps dégage de la vapeur d'eau à la surface de la peau et par la respiration. La chaleur correspondant à cette vapeur, transmise à l'ambiance par évaporation s'ajoute à celle provenant des échanges thermiques pour égaler celle du métabolisme. Celui ci dépend d'un grand nombre de facteurs dont l'activité du sujet. Le bilan thermique du corps humain s'exprime usuelle-ment en watt par mètre carré de surface de peau (Aire de Dubois) et s'écrit ainsi à l'équilibre :

58,2.M = Ers + Erl + Ecs + Ecl où : M est l'activité métabolique du sujet (1 met = 58,2 W/m²) Ers sont les échanges respiratoires sensibles (W/m²) Erl sont les échanges respiratoires latents (W/m²) Ecs sont les échanges cutanés sensibles (W/m²) Ecl sont les échanges cutanés latents (W/m²) Le dégagement de vapeur d'eau d'origine métabolique s'effectue suivant trois modes : - par respiration : l'air exhalé des poumons est pratique-

ment saturé de vapeur d'eau ; - par perspiration à travers la peau (diffusion de vapeur

d'eau) ; - par évaporation de la sueur, le degré de sudation provo-

quant une sensation d’inconfort. La quantité d’eau due à la respiration Er est proportion-nelle au débit respiratoire et à la différence d'humidité spécifique entre l'air entrant wasp (prise égale à 0,8.wA) et l’air expiré wexp (on retient la valeur de 29 g/kg as). Le débit respiratoire mr en (kg/h) est relié à l'activité M par la formule (réf. [6.16]): m = 0,00515. M .A (6.12) A représentant l’aire de Dubois du corps humain. D’où : Er = mr.(wexp – wasp) = mr.(0,029 – 0,8 wA) (6.13) Les échanges cutanés sont fonction de la différence de pression de vapeur saturante entre la surface de la peau et l'ambiance, de la vêture, du coefficient d'échange par convection, du taux de sudation. L'équilibre thermique entre la production de chaleur due au métabolisme et les déperditions du corps avec l'am-biance est maintenu par la modification du débit sanguin (échanges d’eau entre le corps et la peau) et par la transpiration en ambiance chaude. On passe des quantités d’eau E (kg/s) aux valeurs « latentes » El (kW) par : El = 2500 x E (2500 kJ/kg) Pour un adulte (A = 1,8 m2) en situation de confort neutre, la production de vapeur d'eau pour une activité de 1,2 met est d’environ 55 g/h. Il convient cependant de noter que l'état de confort peut faire varier ces valeurs dans des proportions notables ; entre 42 g/h et 75 g/h. La quantité d’eau dégagée ne dépend que très peu de l’humidité relative mais dépend de la température de l’air comme l’indique la figure 6.9. Sur celle-ci, la quantité d’eau est représentée par la quantité d’énergie correspondante (part latente) et l’axe des abscisses correspond au vote moyen prévisible (PMV) qui se relie à la température ambiante avec la figure 6.10. Les résultats sont basés sur les travaux de Gagge, (réf. [6.17]) qui constituent une amélioration du modèle proposé par Fanger, (réf. [6.18]).

106

Part hydrique en fonction du PMV

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

-1 -0,5 0 0,5 1 1,5 2PMV

met=1.2; vet=0.5; HR=0.7met=1.2; vet=0.9; HR=0.3met=1.6; vet=0.5; HR=0.7met=1.6; vet=0.9; HR=0.3met=2.0; vet=0.5; HR=0.7met=2.0; vet=0.9; HR=0.3

Figure 6.9 - Chaleur dégagée par échange hydrique

fonction du vote moyen prévisible

PMV en fonction de la température

-1

-0,5

0

0,5

1

15 17 19 21 23 25 27température

met=1.2; vet=0.5; HR=0.7met=1.2; vet=0.9; HR=0.3met=1.6; vet=0.5; HR=0.7met=1.6; vet=0.9; HR=0.3met=2.0; vet=0.5; HR=0.7met=2.0; vet=0.9; HR=0.3

Figure 6.10 - Relation entre PMV et température Les courbes sont données pour :

• deux vêtures : une d'hiver correspondant à une résis-

tance thermique de l'habillement de 1 clo et une d'été correspondant à 0,5 clo. (1 clo = 0,155 m²/kW) asso-ciées à deux types d'humidité intérieure (30 % pour l'hiver, 70 % pour l'été)

• trois activités 1,2 MET (activité légère assis), 1,6 MET

(activité debout de type achats) et 2 Met (activité debout de type vente, travail ménager)

PMV = -1 : frais, PMV = 0 : confort, PMV = 1 : chaud On considère que la zone de confort correspond à : - 0,5 < PMV < +0,5 On a intérêt à être précis lors du dimensionnement sur la quantité d’eau à éliminer car elle a un effet important sur le cycle de traitement d’air. En revanche, pour un calcul des consommations, la température intérieure évolue et 25 °C le plus souvent, il vaut mieux s’en tenir à une valeur moyenne. On trouvera dans le tableau 6.2 des valeurs la chaleur et l'humidité dégagées par un occupant. Elles sont données pour une ambiance intérieure moyenne. Le tableau n'est valable que pour des humidités relatives comprises entre 30 et 80 %. Chaleur

totale ΦΦΦΦo W

Humidité Eo/Elo gh-1/W

Assis au repos (1met) 113 40 / 27,7

Debout au repos (1,2 met) 127 54 / 37,5

Activité modérée (1,4 met) 144 72 / 50

Debout peu actif (1,6 met) 174 110 / 76,4

Debout très actif (1,8 met) 193 128 / 88,9

Marche à 3,8 km/h (3 met) 308 242 / 168

Danse rapide (4 met) 407 342 / 237,5

Tableau 6.2 - Chaleur et humidité dégagées

par un homme de 80 kg (la valeur en chaleur latente est aussi indiquée)

Les valeurs indiquées doivent être modifiées en fonction du poids. Pour une femme on multiplie les valeurs par 0,9 et pour des enfants il est préconisé : 0,5 entre 1 et 4 ans, 0,75 entre 8 et 9 ans. Φocc-max et Eocc-max se déduisent de ces valeurs en fonction du nombre d'occupants nmax en général connu par ratio au m². Φocc-max = Φo . nmax (6.14) Pour un avant projet sommaire, on peut trouver des ordres de grandeur de ces ratios dans les Guides Sectoriels de l'AICVF (réf. [1.1] à [1.8]).

107

Type de local Taux

occ [m²/p] Éducation: - école maternelle: - classe - cantine - salle des professeurs - école primaire : - classe - bibliothèque - cantine - collèges et lycées: - classe - salle des professeurs - bibliothèque - cantine Bureaux : - bureau individuel - bureau collectif - salle de réunion Hôtels-restaurants: - accueil - salon - salle petit déjeuner - salle de réunion - cuisine Magasins - aire de vente

1,5 1,1 2

1,5 2

0,8

7,5 3

10 0,9

10 3,5 1,7

10 3,5 4

3,5 4

5

Tableau 6.3 - Exemples de ratios d’occupation Parts convective et radiative Dans certains logiciels de calcul pour l'évaluation du confort, il faut entrer les parts convectives et radiatives des apports. Pour les conditions d’activité de base, on constate une très faible variation avec la température, la part convective ayant une valeur moyenne de 0,5. La figure 6.11 donne pour différentes activités et vêture la part convective sur la part sensible.

part convective/sensible

en fonction du PMV

0,4

0,5

0,6

0,7

-1 -0,5 0 0,5 1PMV

met=1.2; vet=0.5; HR=0.7met=1.2; vet=0.9; HR=0.3met=1.6; vet=0.5; HR=0.7met=1.6; vet=0.9; HR=0.3met=2.0; vet=0.5; HR=0.7met=2.0; vet=0.9; HR=0.3

Figure 6.11 - Part convective fonction de la part sensible

Ayant apprécié la valeur des charges par individu, il faut prendre en compte des scénarios d'occupation, voir figures 6.12 à 6.14 (exemples pour des bureaux). On trouve de tels scénarios dans les guides sectoriels de l'AICVF qui donnent des scénarios types. Il est préférable de les bâtir en liaison avec le client. Ces scénarios s’appliquent aux valeurs maximum déduites du tableau 6.3.

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1 7 1 3 1 9

Figure 6.12 - Scénario d'occupation journalier.

Fraction Ch de personnes présentes ramenée à l'occupation maximale

108

00,20,40,60,8

1

J F M A M J J A S O N D

Figure 6.13 - Scénario d'occupation par mois.

Fraction Cm de personnes présentes ramenée à l'occupation maximale

00,20,40,60,8

1

L M M J V S D

Figure 6.14 - Scénario d'occupation par semaine

Fraction Cj de personnes présentes ramenée à l'occupation maximale

Finalement les apports par les personnes à l'heure h s'obtiennent comme : Φocc(h) = Φocc-max . Cm . Cj . Ch (6.15) 6.2.1.4. APPORTS INTERNES PAR L’ÉCLAIRAGE L'énergie électrique consommée par les lampes d'éclaira-ge et les systèmes associés, situés à l'intérieur des locaux, se transforme intégralement en chaleur, sauf l'énergie lumineuse qui sort par les vitrages. S'il s'agit de tubes fluorescents, il faut prendre en compte la puissance appelée des ballasts, sauf s'ils sont exté-rieurs, ce qui représente environ 25 % de la puissance du tube lui même. D'un point de vue énergétique, il peut être intéressant d'extraire une partie de la chaleur en partie arrière des appareils d'éclairage lorsqu'on a affaire à un local qu'il faut rafraîchir. Ceci peut permettre de limiter les puissan-ces installées en froid et réduire dans le même rapport les consommations d'énergie. Dans ce cas, on ne prendra en compte dans le bilan des charges que la puissance réellement dissipée dans le local : de 20 à 60 % selon l'efficacité de l'extraction de chaleur. Il faut également tenir compte de la réduction de puissance due à l'éclairage naturel. Dans les locaux où l'éclairage est laissé à l'appréciation des occupants (bureaux par exemple), il est fréquent que l'éclairage soit arrêté au moment des charges solaires maximum. D'où l'importance d'un facteur d'usage f. Si la puissance installée est de l'ordre de 30 W/m² dans des bureaux typiquement, des mesures in situ, (réf. [6.19]), ont montré que l'ordre de grandeur est plutôt 7 W/m² en usage courant. La puissance installée dépend du rendement lumineux du couple : source lumineuse + luminaire. Il s'agit du rapport entre la puissance installée (W/m²) et le niveau d'éclaire-ment (lux) - typiquement 500 lux dans des bureaux. La

détermination de la puissance à installer est de la res-ponsabilité de l'éclairagiste. Il tient compte des textes réglementaires tels que le code du travail (décret n° 83721 du 2/8/83 par exemple). Le climaticien doit sim-plement récupérer les valeurs préconisées. Pertes

Ballast %

Conv

%

Radia

%

Ampoules incand 15 85

Tubes fluo

classiques 50 82 68

amélioré 30 72 58

électronique 15 63 52

A décharge 15 44 71

Tableau 6.4 - Parts radiatives et convectives pour différents types de luminaires

Ces parts sont ramenées à la puissance de la source. Pour un avant projet sommaire, on peut se référer faute d'information à des valeurs typiques en W/m² proposées dans les Guides Sectoriels de l'AICVF. On note dans la suite ces apports par éclairage Φecl. Le tableau 6.5 donne quelques exemples de ratios. Type de local ratio d’éclairage

W/m² Bureaux Chambre d'hôtel Chambre d'hôpital Salle de restaurant Magasins Gymnase

5 à 7

10 à 15

15

15

20 à 60

10

Tableau 6.5 - Ratios d’éclairage pour différents locaux Ces valeurs sont des moyennes en utilisation, à ne pas confondre avec des valeurs installées (tableau 2.2 du chapitre 2 par exemple). Comme pour l’occupation, ces valeurs sont à combiner avec des scénarios d’éclairage tel celui de la figure 6.15 donné pour des bureaux. Il serait évidemment très différent dans un autre type de local - par exemple une chambre d'hôtel, surtout si celle ci est munie d'un asservissement de l'éclairage à la présence du client par le biais d'une carte magnétique.

109

00,20,40,60,8

1

1 7 1 3 1 9

Figure 6.15 - Scénario d’éclairage.

Fraction Ch d'éclairage en fonctionnement ramenée à la puissance maximale

Un facteur saisonnier est à prendre en compte. Il permet dans une certaine mesure de tenir compte de l’éclairage naturel. Ainsi, on observe dans les bâtiments de bureau et dans le cas où la commande d’éclairage est laissée à l’appréciation de l’occupant que l’éclairage est très sou-vent éteint les mois d’été. Globalement les apports par éclairage à l'heure h se déduiront comme pour l'occupation par une formule comme : Φecl(h) = Φecl-max.Cm.Cj.Ch (6.16) Les coefficients ayant des valeurs qui peuvent être diffé-rentes de celles de l'occupation. 6.2.1.5. AUTRES APPORTS INTERNES Pour déterminer les autres apports, il faut avoir accès à la valeur de la puissance installée. On en déduit une puis-sance moyenne en évaluant : - c le coefficient de charge, rapport de la puissance appe-

lée à la puissance nominale, - f le coefficient de fonctionnement, fraction du temps

d'utilisation ; il s'agit d'une fraction correspondant à une situation bien précise telle que période de production.

Dans le cas de machines incluant des moteurs, il faut distinguer les cas où le moteur se trouve dans le local et celui où il est à l'extérieur. Dans ce dernier cas, on ne prendra en compte que la puissance utile Pu dissipée dans le local climatisé fonction de la puissance appelée par le moteur Pa : Pu = η.Pa ; η étant le rendement global de la machine. Ceci permet de déterminer les apports ΦM. Dans le cas d'appareils de bureautique (micro-ordina-teurs, imprimantes,...), soit on a accès aux caractéristi-ques des appareils, soit on fait appel à des ratios au m². On peut se référer au chapitre 3 de ce guide, en particu-lier le tableau 3.2. En outre, il faut distinguer les valeurs indiquées et celles que l'on peut mesurer. Ainsi, selon les réf. [6.20], [6.21], (6.22] et [6.23], on peut noter les diffé-rences suivantes :

Indiqué (W)

Mesuré (W)

Micro ordinateur type PC 230 - 240 42 - 62

Moniteurs 210 60

Imprimante Laser 800 - 900 500 - 700

Scanner 180 110

Rétroprojecteur

Photocopieuse

250

250

250

250

Tableau 6.6 - Comparaison valeurs indiquées valeurs mesurées

Ceci attire l'attention sur la faible fiabilité des valeurs indiquées sur les matériels. Si on conserve les valeurs mesurées, on peut donner une répartition approximative entre convectif et radiatif

Chaleur W

Conv %

Radia %

Micro ordinateur PC 50 60 40

Moniteurs 60 60 40

Imprimante Laser 600 60 40

Scanner 110 60 40

Rétroprojecteur 250 15 85

Tableau 6.7 - Parts radiatives et convectives Il existe une corrélation très forte entre l’occupation et la bureautique. On peut donc en première approximation adopter le même scénario d’usage. Dans le cas de combustions directes de gaz dans l'ambiance, il faut tenir compte d'apports enthalpiques et hydriques : ΦM et EM. A titre indicatif, la combustion d'un m3 de gaz produit sensiblement 10 kWh et 1,6 kg de vapeur d'eau. Dans le cas de dispositifs qui dégagent de la vapeur d'eau (bacs ou plans d'eau), il faut tenir compte des ap-ports enthalpiques et hydriques. On peut utiliser pour une surface S d'eau : ΦM = Ce.te. EM + he.(te - tA).S [W] (6.17) EM = hm.(wsat - wA).S1 [kg/s] (6.18)

1 Nous utilisons les grandeurs spécifiques par commodité mais il est plus commun de voir exprimé l'échange de masse à partir du gradient de pression partielle EM = h'm.(pvs (t) - pvA).S ou du gradient de masse volumique EM = h''m.(ρsat - ρA).S h''m en [m/s] On a : hm = h''m/v'A

110

Ce est la capacité calorifique de l'eau [J/kg.°C] he le coefficient de transfert de chaleur [W/m².°C] hm le coefficient de transfert de masse [kg as/m².s] te la température de l'eau wsat humidité spécifique de l'air saturé à température te wA humidité spécifique de l'air ambiant tA la température de l'eau Pour une surface d'eau peu agitée, on peut utiliser en première approximation les valeurs suivantes : he = 10 W/m², hm = 0,09 kg as/m².s On recherchera des valeurs précises si le phénomène est important : dans le cas d'une piscine par exemple. Dans le cas de mouvements de matière (approvisionne-ment de rayons dans des hypermarchés, transport de pièces dans l'industrie), il faut tenir compte des apports enthalpiques et hydriques : ΦM = ΦM2 - ΦM1 [W] (6.19) ΦM2 = C2.m2.t2 [W] ΦM1 = C1.m1.t1 [W] EM = m2 – m1 [kg/s] (6.20) C1, C2 capacités calorifiques [J/kg.°C] m1 et m2 débits massiques [kg/s] t1 et t2 températures [°C] Les indices 1 et 2 se rapportent aux produits entrant et sortant. 6.2.2. DÉTERMINATION DES BESOINS

DU BÂTIMENT 6.2.2.1. DIFFÉRENTS MODES DE CALCUL Le type de calcul suggéré est celui tenant compte de la dynamique du bâtiment. Il est en effet difficile de la négli-ger s'agissant de bâtiments à occupation variable et présentant des régimes réduits en période d'inoccupa-tion, (réf. [6.36]). La détermination ne peut se concevoir qu'informatisée. Différents logiciels existent pour ce faire, dont un petit nombre permet le calcul annuel et le calcul des besoins hydriques. Le principe en est toujours le même : - Choix d'un fichier météorologique annuel. - Définition d'un scénario d'occupation journalier et heb-

domadaire. - Choix des consignes de températures et humidité inté-

rieures. Le logiciel détermine alors, en général heure par heure, les charges enthalpiques (puissances) et hydriques (débit d'humidité) : Φ(h) et E(h). Après détermination des Φ(h) et E(h) : - soit on continue d'utiliser un logiciel calculant les

consommations de différents systèmes par une simula-tion horaire,

- soit on réduit le nombre de cas à traiter. Les logiciels réalisant le calcul des systèmes sont un sous ensemble de ceux effectuant le calcul des charges

annuelles. Ils sont donc un tout petit nombre : logiciels américains DOE2, HVACsim+, TRNSYS, HAP , logiciel anglais TAS (voir chapitre 7). Ces logiciels demandent un temps d'apprentissage relativement long. D'autre part, ils ne traitent qu'un certain nombre de systèmes dans des configurations types. Si le concepteur décide d'utiliser un de ces logiciels, il sera nécessaire de bien vérifier les cas qui peuvent être traités et les données météorologiques accessibles. 6.2.2.2. MÉTHODES DE DÉTERMINATION DES

BESOINS ÉNERGÉTIQUES DU BÂTIMENT Avant de passer en revue les principaux types de modéli-sation, on rappelle les hypothèses générales de calcul communes à ces modèles, (réf. [6.17]). La première hypothèse concernant le bâtiment est celle d'invariance de la configuration de l'enveloppe. Cette hy-pothèse se traduit dans les calculs par le fait que pour un système physique donné on dispose généralement d'un ensemble d'équations qui ne sont pas modifiées ni dans leur forme ni dans la valeur de leurs coefficients Une autre hypothèse est la linéarité par rapport à un écart de température. Les échanges de chaleur par conduction obéissent à des lois linéaires mais ce n'est pas le cas des échanges par convection naturelle et par rayonnement. Étant données les variations modérées de températures dans les bâtiments, il est fréquent de linéariser les équa-tions d'échange. Les modèles couramment employés pour un calcul des besoins en régime dynamique peuvent être partagés en trois catégories, (réf. [6.36]). - Analogie à un système électrique constitué de condensateurs et de résistances. - Modèles d'état . - Modèles de transfert. Les méthodes de calcul dynamique des consommations d'énergie des installations de climatisation que l’on ren-contre en pratique se divisent en deux groupes : • méthodes dérivées des méthodes de calcul de dimen-

sionnement (Ashrae, Carrier, Trane...) • méthodes de simulation thermique des locaux, dé-

taillées ou simplifiées (DOE2,TRNSYS…) En général, les premières travaillent séquentiellement, c'est à dire qu'elles effectuent en premier lieu un calcul des besoins de chauffage et de refroidissement indépen-damment de tout système, puis prennent en compte ceux-ci dans un second temps. Ceci exclut toute interac-tion entre le fonctionnement du système et l'état physique du local. En général les besoins sont calculés hors venti-lation, ce qui peut conduire à des erreurs quand celle-ci contribue au refroidissement (ou très exceptionnellement au réchauffement) du local à l'intérieur de la plage neutre chauffage - refroidissement.

111

Les secondes permettent les couplages interdits au pre-mières, au prix d'une plus grande complexité de descrip-tion. Du point de vue du concepteur, l'intégration rend les études de sensibilité plus difficiles à interpréter dans la mesure où bâtiment et équipements ne sont pas distin-gués. Il est donc toujours utile de commencer avec un système très simple de type production de chaud et de froid convectif de puissance illimitée pour pouvoir dans un premier temps évaluer l'efficacité de conception du bâti lui-même. Pour toutes les méthodes, il importe d'accorder une atten-tion particulière au calcul des apports solaires et des apports internes, en particulier pour l'éclairage. En effet la nécessité de climatiser un bâtiment est liée au fait que ces apports sont importants. Or ils sont souvent difficile à évaluer : • pour les apports solaires si les baies sont munies de

protections mobiles, • pour l'éclairage électrique si les locaux bénéficient

d'un éclairage naturel. Certaines méthodes détaillées permettent un calcul sous condition liant éclairage naturel et éclairage artificiel. Pour les autres, il sera utile de faire une étude de sensibilité en prenant des hypothèses hautes et basses pour la gestion des protections mobiles et l'utilisation de l'éclairage. Une autre source d'erreur est le calcul des charges hydri-ques. Sauf pour des applications industrielles, l'humidité intérieure est rarement contrôlée avec précision et résulte des caractéristiques du système de climatisation. Cer-tains outils ne permettent pas son calcul et la considère comme une donnée d'entrée qui devra alors être évaluée avec soin (une étude de sensibilité peut s'avérer intéres-sante pour en étudier l'impact). Méthodes dérivées des méthodes traditionnelles de dimensionnement Ces méthodes font en général appel à des valeurs pré-calculées : Les données météorologiques de température et d'enso-leillement sont traitées en terme de température équiva-lente extérieure. La prise en compte de l'inertie des parois extérieures est menée en général par une typologie des parois et la prise en compte de valeurs tabulées d'amor-tissement. Les apports internes et de rayonnement solaire par les baies sont pris en compte par le biais de facteurs d'amor-tissement fonction de l'inertie thermique du local (typolo-gie ou masse en kg/m² de surface au sol) Suivant les méthodes, plusieurs remarques sont à pren-dre en compte, qui peuvent engendrer une imprécision sensible : • Les données météorologiques doivent être recalcu-

lées à chaque pas de temps et pour des conditions climatiques éloignées de celles prises en compte pour les calculs de dimensionnement. Les algorithmes utili-sés ne sont pas toujours précisés et sont parfois très approximatifs,

• Les données météorologiques utilisées se limitent

parfois à un jour moyen mensuel, ce qui est très ré-ducteur. Dans le cas extrême de bâtiments à faible

charge de refroidissement, on peut obtenir un dimen-sionnement non nul mais des consommations d'éner-gie qui le sont.

• La nature même des algorithmes utilisés (pas de

calcul réel de l'état thermique du bâtiment à chaque pas de temps) rend aléatoire la prise en compte des effets de l'inertie thermique, et pour la bande neutre chauffage - refroidissement, et pour l'intermittence du chauffage ou du refroidissement. Il a été observé sur un logiciel qu'une intermittence de week-end de la climatisation se traduisait par une augmentation des consommations d'énergie. Il est donc recommandé de toujours effectuer un calcul préalable en fonctionne-ment permanent avec des points de consigne en chauffage et en refroidissement proches et de ne tes-ter qu'ensuite des fonctionnements où la dynamique des locaux joue un rôle.

Méthodes dynamiques détaillées Ces méthodes font appel à des algorithmes de calcul permettant une prise en compte efficace des effets dy-namiques. De nombreux outils existent, souvent issus de laboratoires de recherche. Si la puissance de calcul nécessaire à leur utilisation est de moins en moins un handicap, compte tenu de l'évolu-tion des matériels, leur utilisation demande en général une formation conséquente dans la mesure où la possibi-lité de prise en compte de nombreux paramètres est source d'erreur possible pour un utilisateur non averti. Un autre point à prendre en compte est que la précision des calculs se paie par la nécessité de décrire le bâtiment et ses équipements de façon détaillée. Enfin, de nombreux outils de ce type sont vendus incom-plets pour un usage immédiatement opérationnel (par exemple sans base de données météorologiques ou sans systèmes de climatisation). L'utilisateur est ainsi souvent amené à adapter l'outil à ses besoins propres. Méthodes dynamiques simplifiées Deux voies sont en cours pour cumuler les avantages des deux types d'outils précédents : 1. développer des algorithmes permettant une réelle

prise en compte de la dynamique des bâtiments à par-tir d'une description simplifiée de ces derniers et des données météorologiques.

2. développer des interfaces utilisateurs facilitant l'accès

et la programmation des méthodes détaillées. Cette approche implique en particulier la détermination d'éléments types ou de valeurs par défaut simplifiant la description des données d'entrée.

6.2.2.3. ZONAGE THERMIQUE D'UN BÂTIMENT Différents éléments interviennent dans le zonage d’un bâtiment.

112

Le premier est l’usage du local. Au sein d’une même tour de bureaux on trouvera un hall d’accueil, des bureaux et des salles de réunion, un centre informatique, un restau-rant d’entreprise avec ses cuisines, des zones d’archives. A chacun de ces lieux correspondent des charges bien différentes. De plus, on leur maintient des conditions d’ambiance différentes, les scénarios de fonctionnement sont aussi différents, enfin les systèmes varient. Le second est le type de système retenu. Comme il vient d’être signalé, ceci est en général une conséquence de l’usage du local. Toutefois, il n’est pas exclu que deux locaux ayant même usage soient pourvus de systèmes différents. Enfin, si on s’intéresse à un type de local d’usage donné et de système fixé (exemple des bureaux munis de venti-lo convecteurs), un zonage par les charges reste néces-saire. Dans le cas de bureaux ce sera probablement le facteur climatique qui amènera à traiter différemment les zones est et ouest par exemple. Ce peuvent être aussi des charges internes, pour des salles de réunion par exemple ayant des régimes d’occupation très différen-ciés. Pour chacune des zones retenues, il sera fait un calcul des charges puis un calcul des puissances requises par le système de traitement de l’air correspondant. Ces puissances requises par zone sont ensuite sommées par appareil de production. 6.2.2.4. PAROIS, VITRAGES, PONTS THERMIQUES Échanges par transmission Les échanges de chaleur à travers les parois opaques et transparentes s’écrivent en régime permanent :

ΦP = ΣKg.A.∆t (6.21) Kg. : coefficient global d'échange (W/m².°C) A : surface de la paroi à l'intérieur (m²) ∆t : écart de température intérieur/extérieur ∆t = tE - tA On considère qu'il n'y a pas d'apports hydriques par les parois. Pour les valeurs de Kg voir le guide n°1 de l'AICVF (réf. [5.23]) et les DTU en ce qui concerne les parois opaques, et le mémento technique de Saint-Gobain (réf. [6.37]) ou d'autres fournisseurs pour les vitrages. A titre d'exemple :

Epaisseur de la lame d'air Kg mm W/m².K 6 3,4 8 3,2 10 3,1 11 3,0

Tableau 6.8 - Valeurs de Kg pour un double vitrage clair

Échanges par infiltrations

Les infiltrations se produisent sous l'influence de la diffé-rence de pression entre extérieur (influence locale du vent) et intérieur et de la perméabilité du bâtiment et de ses ouvrants. Elles proviennent également des ouvertu-res de portes et fenêtres. Soit N le taux de renouvellement d'air en volume par heure (h-1). Le débit de renouvellement d'air est alors : Di = N.V V : volume du local (m3) On déduit les charges enthalpiques et hydriques de façon simple par :

Φi = E

i'v

D .(q'E – q'A)

(6.22) Ei = Erreur !.(wE - wA) (6.23) Des valeurs de N sont proposées dans le tableau 6.9 pour des locaux en dépression : Volume (m3) Bonne cons-

truction Construction

soignée de 0 à 100 de 100 à 500 de 500 à 2000 de 2000 à 5000 de 5000 à 15000 de 15000 à 25000 plus de 25000

1,5 1,2 1

0,9 0,65 0,5

80 V-1/2

0,75 0,6 0,4

0,35

Tableau 6.9 - Valeurs de N en h-1

Les valeurs du tableau sont plutôt issues d'observations faites en période de chauffage. On peut calculer les infiltrations sur la base de méthodes simplifiées. A titre d’exemple on décrit ci-après des corrélations empiriques extraites réf [6.40] et réf [6.41] Le débit d’infiltration dans le bâtiment s’exprime en fonc-tion de la différence de température entre l’intérieur et l’extérieur, la vitesse du vent ainsi que des constantes empiriques. En l’absence de données anémométriques dans le fichier météorologique, la vitesse de référence du vent à 10m est extraite de l’analyse de réf[6.42]. Cette vitesse correspond au double de la vitesse moyenne constatée à 6 heures en période froide. En considérant que la vitesse du vent est la même en été qu’en hiver comme proposé réf [6.40] chapitre 24, la vitesse est alors prise comme étant la vitesse du vent à l’altitude moyenne h du bâtiment. Le débit d’infiltration doit être réparti dans chaque local au prorata des volumes des locaux. Apports solaires à travers les baies

113

La caractéristique à prendre en compte pour une paroi vitrée est son facteur solaire, S rapport de l'énergie en-trant dans le local par cette paroi pendant une période donnée, à l'énergie solaire incidente pendant cette même période, la protection contre le rayonnement solaire est donc d'autant plus efficace que le facteur solaire est fai-ble. Les échanges énergétiques au travers d'une paroi ont ainsi pour valeur en régime stationnaire : Φv = Av (Kg (tE - tA) + Sv .Im - Rf ) (6.24) où pour un paroi p Φv [W/m²] est l'énergie entrante Av [m²] est la surface de la paroi Kg [W/(m².K] est son coefficient d’échange global Sv est son facteur solaire lm [W/m²] est le rayonnement solaire incident Rf [W/m²] est le rayonnement froid vers la voûte

céleste)

114

L'énergie entrant dans un local due au rayonnement solaire est, par définition du facteur solaire, le produit de l'énergie solaire incidente par le facteur solaire de la baie Sv.lm. Cette énergie se décompose en 4 composantes : Eclo : énergie due au rayonnement de courte longueur d'onde, qui correspond au rayonnement solaire transmis par la baie. Eglo : énergie due au rayonnement de grande longueur d'onde, qui correspond aux échanges radiatifs entre la face intérieure de la baie (ou d'une protection intérieure) et les parois du local. Econv : énergie due à l'échauffement de l'air intérieur par convection sur la face intérieure de la baie ou d'une pro-tection intérieure. Elav : énergie due à l'échauffement à l'intérieur de la lame d'air entre vitre et protection intérieure si la lame d'air est ventilée.

Elav

Esol Econv

Eglo

Eclo

Figure 6.16 - Composantes intervenant dans le facteur solaire

Le facteur solaire S peut donc se décomposer en 4 com-posantes. Il dépend de l'angle d'incidence du rayonne-ment. On doit donc préciser les conditions dans lesquel-les il a été calculé ou mesuré. La valeur actuellement en usage est calculée pour un angle d'incidence normal au plan de la baie, et une répartition spectrale type du rayonnement solaire. Dans le Mémento Technique de Saint-Gobain Vitrages (réf. [6.37]), la valeur du facteur solaire est donnée pour un angle d’incidence de 30° et des coefficients d’échange he = 23 W/m².°C et hi = 8 W/m².°C. Le facteur solaire diminue quand le rayonnement s'écarte de la normale à la paroi. En conditions d'été, les valeurs réelles moyennes seront donc inférieures aux valeurs calculées en incidence normale. On peut alors utiliser, quand elles sont disponibles, des corrélations donnant directement le facteur solaire en

fonction de l'angle d'incidence (voir exemple pour un vitrage clair).

taux de transmission t ,réflexion r et absorption aen incidences normale et diffuse

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90angle d'incidence

t dir t dif r dirr dif a dir a dif

Figure 6.17 - Exemple de variation des caractéristiques énergétiques en fonction

de l’angle d'incidence Caractérisation des protections solaires courantes On peut globalement distinguer trois types de protec-tions : 1 - Protections extérieures à la baie Ce sont les protections horizontales fixes ou mobiles, et les protections verticales venant se placer devant la baie (stores, volets...). Les protections horizontales sont d'autant plus efficaces que le débord rapporté à la hauteur de la baie est impor-tant, et que le soleil est haut sur l'horizon. Leur efficacité sera donc maximale en été sur les façades Sud. Toutes choses égales par ailleurs, une protection verticale est plus efficace si la lame d'air entre protection et vitre est ventilée, l'échauffement de l'air dans la lame n'étant plus alors transmis à la baie. 2 - Protections intégrées à la baie C'est le cas des vitrages absorbants ou réfléchissants et des protections entre deux vitres. Dans le cas de vitrages doubles, on a intérêt à placer la vitre traitée à l'extérieur afin de favoriser les échanges thermiques entre celle-ci et l'extérieur. Dans ce cas l'efficacité sera améliorée si une des faces de vitrage délimitant la lame d'air est de faible émissivité. Pour ce qui concerne les vitrages spéciaux, il convient de noter que la diminution du facteur solaire s'accompagne d'une diminution du même ordre de grandeur de la transmission lumineuse et ce sans possibilité de modula-tion (voir figure 6.18).

115

Caractéristiques solaires et lumineusesde doubles vitrages

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100Transmission lumineuse en %

double vitrage clair standard

Figure 6.18 – Caractéristique

de vitrages spéciaux SIMPLE VITRAGE DOUBLE VITRAGE Teinte de la protection Teinte de la protection claire moyenne sombre noire claire moyenne sombre noire Protections extérieures Volet en bois de 2 cm d'épaisseur Volet en bois de 1 cm d'épaisseur… Natte de bois……….. Volets et Volet métallique……………………….. Stores pleins Store de toile opaque…………………. Store de toile légèrement transparent. Store de toile assez transparent…….

4 5 7 7 7

14 21

7 8 9

10 9

17 23

9 10 12 13 12 19 25

11 13 14 16 14

3 4 4 4 4

10 16

5 5 6 7 6

12 18

6 7 8 9 8 14 20

8 9

10 11 10

Persienne en bois…………………….. Persiennes Persienne métallique…………………. et stores Store vénitien à lames de bois……… vénitiens Store vénitien à lames minces………..

10 11 13 14

9

11 11 14

9 11 11 13

11 9

12

8 9 9 9

7 9 8 9

7 9 7 9

6 8 6 8

Protection entre deux vitres Stores Store vénitien à lames minces………

28

34

40

45

Rideau opaque………………………... Rideaux Rideau légèrement transparent……… Rideau assez transparent

21 24 29

28 32 36

36 40 43

43

Protections intérieures Stores Store vénitien à lames minces………

45

56

65

73

47

59

69

79

Rideau opaque………………………... Rideaux Rideau légèrement transparent……… Rideau assez transparent…………….

34 36 39

45 47 50

57 59 61

66

39 39 42

52 54 55

65 63 68

75

Sans protection

0,87

0,76

Tableau 6.10 - Facteurs solaires de parois vitrées courantes

116

3) Protections intérieures Les protections intérieures sont les moins efficaces puis-que l'échauffement de la protection est en grande partie transmise au local. Ceci est accentué si le vitrage est isolant (double vitrage) ou si la lame d'air entre vitrage et protection est ventilée. L'efficacité d'une telle protection dépendra principalement du coefficient de réflexion vis-à-vis du rayonnement solaire de la face extérieure de la protection.

Le tableau 6.10 indique les ordres de grandeur du facteur solaire de vitrages équipés de protections courantes. Les valeurs correspondent à la seule paroi vitrée. Sont considérées comme légèrement transparentes les protections dont le facteur de transparence est compris entre 5 et 15%, et comme assez transparentes celles dont le facteur de transparence est compris entre 15% et 25%. Pour chaque type de protection, le facteur solaire corres-pondant aux teintes les plus fréquentes est donné en chif-fres gras. Si la surface de menuiserie est faible devant celle de la baie (inférieure par exemple à 10%), on pourra retenir pour la baie les valeurs du tableau 6.10. Sinon, on calcule-ra le facteur solaire de la baie Sb (paroi vitrée et menuise-rie) par la formule : Sb = S.r + Sm (1 - r) (6.25) avec S facteur solaire du vitrage seul Sm facteur solaire de la menuiserie (pris égal à 0.08 pour le bois et 0.20 pour le métal) r rapport de la surface vitrée à la surface de la baie (clair sur tableau) Dans la pratique, le calcul du facteur solaire d'une baie s'effectue en calculant successivement : S, Sb, le facteur solaire de la paroi vitrée en place, qui prend en compte l'ombre portée éventuellement par l'en-cadrement de la baie. On peut également introduire ensuite un facteur correctif pour prendre en compte si besoin est l'ombre portée par l'encadrement de la baie (une autre solution consiste à calculer l'effet d'ombrage pour chaque baie comme indi-qué au paragraphe correspondant). A titre d'exemple, ce facteur est pris égal à 0,9 dans les règles TH K pour les fenêtres des bâtiments d'habitation placées au nu intérieur des murs. Soit une baie de facteur solaire pour le vitrage de 0,7 et de rapport r de 0,15 placée au nu extérieur. Le facteur solaire de la baie a alors pour valeur S = 0,7 . 0.85 + 0.2 . 0,15 = 0,625 Facteurs solaires pour des parois opaques Le facteur solaire d'une paroi opaque est fonction : - de la couleur de la face extérieure de la paroi, - de son isolation, caractérisée par sa résistance thermi-

que R,

- des effets éventuels de ventilation dans le cas des pa-rois comportant une lame d'air ventilée sur l'extérieur (pare-soleil ventilés)

L'effet de la couleur se caractérise par un coefficient d'ab-sorption α, rapport de l'énergie absorbée à l'énergie so-laire incidente. Les valeurs de α à prendre en compte sont les suivantes.

Catégorie Couleur Valeur de α Claire blanc, jaune, orange

rouge clair 0,4

moyenne rouge sombre, vert clair, bleu clair

0,6

sombre brun, vert sombre, bleu vif

0,8

noire noir, brun sombre 1

Tableau 6.11 - Valeurs de α suivant la couleur Pour les toitures, l'exposition aux intempéries et aux salis-sures fait qu'une teinte claire n'est pas durable. On ne retiendra donc pas pour ces dernières les valeurs de α inférieures à 0,4. - Parois opaques sans lame d'air ventilée La valeur de S est dans ce cas :

eh

U.S α= (6.26)

α est le coefficient d'absorption de la face extérieure de la paroi, U est le coefficient de transmission thermique de la paroi, tel que :

ie h

1Rh11 ++=

U (6.27)

he est le coefficient d'échange entre la face extérieure de la paroi et l'ambiance extérieure (W/m².K), hi est le coefficient d'échange entre la face intérieure de la paroi et l'ambiance intérieure (W/m².K), R est la résistance thermique du matériaux (K.m²/W). Les valeurs conventionnelles de 1/he et 1/hi sont données au tableau 6.12. 1/hi 1/he 1/hi + 1/he Paroi verticale 0,11 0,06 0,17 Paroi horizontale toiture

0,09 0,5 0,18

Paroi horizontale plafond bas

0,17 0,05 0,22

Tableau 6.12 - Résistances superficielles [K.m²/W]

Si la paroi comporte une lame d'air non ventilée, on ajoutera sa résistance thermique, dont la valeur est don-née ci-dessous (on a admis dans le cas d'une paroi hori-zontale que le flux de chaleur était descendant).

117

Épaisseur de la lame d'air en mm lame d'air 5 à

7 7 à 9

9 à 11

11 à 13

14 à 24

25 à 50

> 50

verticale 0,11 0,13 0,14 0,15 0,16 0,16 0,16Horizontale 0,12 0,13 0,14 0,15 0,16 0,18 0,20

Tableau 6.13 - Résistance thermique d'une lame d'air (m².K/W)

- Parois opaques avec lame d'air ventilée sur l'extérieur Le schéma de principe d'une telle paroi est donné figure 6.19.

Figure 6.19 - Lame d’air ventilée

La ventilation sur l'extérieur de la lame d'air diminue la température d'air dans la lame et augmente les échanges entre l'air et les parois de la lame. Le facteur solaire est donc inférieur au cas d'une lame d'air non ventilée. On peut facilement effectuer le calcul du facteur solaire dans les deux cas suivants : - la lame d'air n'est pas ventilée, on se retrouve alors dans le cas précédent. - la lame d'air est très fortement ventilée. Le facteur de transmission solaire réel se situera entre ces deux extrêmes, et peut être ainsi calculé : Calcul de S0 et Sinf pour les parois horizontales Calcul de S0 (lame d'air non ventilée) Soit Re la résistance thermique de la paroi extérieure, Ri celle de la paroi intérieure. La résistance globale de la paroi est R = Re + Ri + 0,20 0,20 : résistances superficielles en m².K/W. U0 = 1/( Re + Ri + 0,20 + 0,22) (6.28) S0 = α x 0,05 x K0 (6.29)

0.05 est la résistance superficielle d'échange sur la face extérieure (1/he) en m².K/W. La formule à appliquer est la suivante : S0 =

0,05.αRe +Ri + 0,42

(6.30)

Calcul de Sinf (lame d'air très fortement ventilée) La formule à appliquer est la suivante: Sinf = 0, 05.α. A.B

A + B + 30 (6.31)

avec A = 1/(Re + 0,10) B = 1/(Ri+ 0,23) Calcul de S0 et Sinf pour les parois verticales Pour les parois verticales, les coefficients de convection sont légèrement différents et les formules devront être modifiées en conséquence. On prendra donc : U = 1 (Re + Ri + 0,16 + 0,17) (6.32) S0 = α x 0,06 x K0 Sinf = α x 0,06 x A.B/(A+B+30) Ce calcul ne sera effectué que si la lame d'air a une épaisseur au moins égale à 5 cm. La dimension de pas-sage de l'air devra éventuellement tenir compte de cette épaisseur et sera au plus égale au rapport de la section minimale de la lame d'air perpendiculairement au flux, rapportée à la surface de la paroi. Calcul de S La valeur réelle de S dépendra du degré de ventilation de la lame d'air. Soit Ae la surface commune des entrées et sorties d'air (en cas de surfaces différentes, on retiendra la surface la plus faible). La surface de référence, Ap, étant celle de la face intérieure de la paroi, par exemple pour un comble c'est la surface horizontale du plafond en contact avec l'intérieur, le débit qs (m/s) par m² de surface de paroi, Ap, peut s'estimer ainsi :

qs (m/s) site venté bâtiment non masqué ouvertures sur les façades au vent et sous le vent

1,5 x Ae/Ap

Autres cas 0,5 Ae/Ap S se calcule alors par la formule : S = cqs . S0 + (1 - cqs) Sinf (6.33) cqs étant ainsi déterminé en fonction de qs :

qs (m/s) cqs

0 à 0,0010 1

0,0011 à 0,0020 0,8

0,0021 à 0,0050 0,6

0,0051 à 0,0150 0,4

0,0151 à 0,0500 0,2

supérieur à 0,0501 0

Tableau 6.14

118

Cas particulier : combles ventilés On assimilera les combles ventilés à une toiture à couver-ture plate, de même dimension de plafonnage que la toi-ture considérée. Inclure l'ensemble de la procédure de calcul décrite précé-demment semble complexe, et d'un intérêt limité pour ce qui concerne les bâtiments climatisés, où l'isolation ther-mique est préférable à la protection par pare-soleil ventilé, au moins pendant les périodes les plus chaudes. On pro-pose donc de simplifier le calcul en ne retenant que deux classes de pare-soleil : ventilés et non ventilés. Les pre-miers sont définis pour les valeurs de cqs inférieure ou égale à 0.2 c'est à dire pour qs > 0.015, ce qui conduit au tableau suivant surface minimale d'entrée d'air

surface de paroi site venté bâtiment non masqué ouvertures sur les façades au vent et sous le vent

0,01

autres cas 0,03

Tableau 6.15

Apports solaires par le sol

Figure 6.21 - Apports solaires par le sol Le calcul des apports par le sol fera intervenir une notion de facteur de transmission solaire linéique, dont le calcul est équivalent au facteur solaire surfacique. Soit ψ le coef-ficient de transmission linéique du sol. Le facteur solaire linéique s aura pour valeur :

0,000

0,050

0,100

0,150

0,200

0,250

0,300

0,350

0,400

0,450

0,000 0,010 0,020 0,030 0,040 0,050 0,060 0,070 0,080 0,090 0,100So

Sinf/So; Ri variableSinf/So; Re variableSinf/So; Re=Ri variableSinf*10

Figure 6.20 - Sensibilité au rapport Sinf/S0

119

On peut dans ce cas admettre que le facteur solaire de la paroi est proche de Sinf. On peut ensuite effectuer une étude de sensibilité pour essayer de définir a priori le rap-port Sinf / S0. Les résultats présentés correspondent aux cas suivants : Re = 0.00, Ri variant de 0.00 à 3, Ri = 0.00, Re variant de 0.00 à 3, Re = Ri variant de 0.00 à 2. Bien que l'efficacité globale dépende de la position de l'isolant, on constate que l'on peut retenir une valeur par défaut de Sinf = 0.3 S0 (correspondant à la flèche sur le graphique).

s .he

= α ψ (6.34)

où : α est le coefficient d'absorption du sol he est le coefficient global d'échange extérieur pour une surface horizontale (on peut prendre he = 17 W/m².K). Compte tenu de l'ombre du mur, on peut considérer que le rayonnement solaire sur le sol à proximité du mur a une valeur moyenne proche de la moitié du rayonnement sur une paroi horizontale non protégée. Ceci revient à diviser le facteur de transmission solaire par 2. On prendra donc la valeur suivante :

120

e2.hψ

α.s = (6.35)

et pour rayonnement solaire incident le rayonnement sur une surface horizontale nue. Nota : Compte tenu de sa définition, le facteur solaire linéique s'exprime en 1/m. Il correspond au flux de chaleur dû au rayonnement solaire transmis par 1 m de liaison pour un rayonnement solaire de 1W/m² sur une surface de même orientation. Apports solaires sur les liaisons Ce calcul n'a de sens que si la paroi contigüe à la liaison a une certaine résistance thermique (coefficient U de la paroi inférieur à 1 W/m².K). Dans le cas contraire, les apports par les liaisons pourraient être négligés.

Figure 6.22 - Apports solaires sur une liaison

On peut comme précédemment définir un facteur solaire linéique de valeur :

ehψ

α.s = (6.36)

où α est le coefficient d'absorption de la paroi exté-

rieure au droit de la liaison ψ est le coefficient de transmission de la liaison,

calculée comme indiqué dans les règles Th U, remplaçant les anciennes règles Th-K).

he est le coefficient d'échange global de la paroi extérieure au droit de la liaison.

Le calcul du rayonnement solaire incident doit tenir comp-te de la géométrie réelle extérieure de la liaison. On peut distinguer deux cas : 1) le refend ou plancher ne fait pas saillie à l'extérieur,

c'est le cas indiqué figure 6.22. Le rayonnement solaire est alors le même que celui incident sur la paroi conti-guë.

2) le refend ou plancher fait saillie à l'extérieur, ce cas est

illustré sur la figure 6.23.

Figure 6.23 - Apports solaires sur une liaison faisant saillie

Le calcul rigoureux est dans ce cas complexe car les trois faces extérieures du débord sont soumises à un ensoleil-lement différent. On pourra adopter la simplification suivante : - si le débord est faible (inférieur à l'épaisseur du refend

du mur), on assimilera cette liaison à la liaison précé-dente ,

- si le débord est important (supérieur à l'épaisseur du mur

ou refend), on prendra le rayonnement incident sur les parois latérales du débord.

Facteur solaire moyen paroi liaison Dans le premier cas (refend ou plancher sans saillie exté-rieure), si l'on peut associer à chaque m² de paroi une longueur λ de liaison, on pourra considérer un facteur solaire global moyen de valeur :

As.SS λ+= (6.37)

où : S est le facteur de transmission solaire sur-facique de la paroi en partie courante, s est le facteur de transmission solaire linéique de la liaison, λ/A est la longueur de liaison par m² de paroi. Si la liaison est dans les mêmes conditions d'ensoleille-ment (même rayonnement incident, même couleur) que la paroi, le facteur solaire moyen est fonction du coefficient U de l'ensemble paroi liaison :

ehUα.S = (6.38)

121

6.2.2.5. MASQUES PROCHES ET LOINTAINS Les masques modifient l'environnement énergétique d'une paroi pour ce qui concerne le rayonnement en courte lon-gueur d'onde et le rayonnement en grande longueur d'onde. Pour les rayonnements de courte longueur d'onde (rayon-nement solaire et rayonnement visible), cette modification s'effectue par : • l'interception des rayonnements directs, diffus et réflé-

chis ; • la réflexion du rayonnement reçu par le masque vers la

paroi étudiée. Un calcul complet serait d'une grande complexité, et de-manderait une connaissance précise des caractéristiques géométriques et optiques des masques. Pour ce qui concerne les rayonnements de grande lon-gueur d'onde, on ne prend en compte au maximum que l'effet de masques du rayonnement froid vers la voûte céleste. L'effet de la différence de température entre la face vue du masque et la température de l'environnement est donc négligée. Rayonnement solaire On peut opérer une première distinction entre masques lointains et masques proches. Les premiers sont liés à l'environnement du bâtiment, alors que les seconds concernent l'architecture même du bâtiment. Du point de vue de la méthode de calcul, un masque est considéré comme lointain quand sa distance à la paroi est grande par rapport aux dimensions de celle-ci. Le calcul peut être mené sans perte de précision en considérant que l'ensem-ble de la paroi est homogène par rapport au rayonnement reçu. Ceci n'est plus vrai pour les masques proches et le calcul du rayonnement direct doit alors être mené en cal-culant la partie ensoleillée de la paroi. L'effet des masques dépend de la répartition des rayonne-ments solaires. Afin de simplifier les calculs, on fait en général l'hypothèse que le rayonnement diffus en prove-nance du ciel et réfléchi par le sol est isotrope. Pour le rayonnement direct, l'effet des masques se calcule simplement dès lors que l'on connaît les caractéristiques du masque, l'orientation et l'inclinaison de la paroi et la position du soleil dans le ciel (celle-ci est fonction de l'heure et du jour et de la latitude). Pour le rayonnement diffus, réfléchi par le sol, sa valeur dépend essentiellement de son albédo, connu en général avec une faible précision (qui plus est pouvant varier en fonction de la saison). 0,2 est une valeur couramment retenue pour l'albédo. Le rayonnement réfléchi par les masques eux-mêmes imposerait un calcul préalable de leur ensoleillement pro-pre et leur caractérisation en termes de réflexion. Il est en général négligé. Si ces calculs ne posent pas de problèmes théoriques, il deviennent rapidement complexes dès lors que l'on veut décrire dans le détail des masques de caractéristiques différentes. Un équilibre est à trouver entre la précision du résultat et le temps passé à décrire les masques. Deux types de calcul sont alors possibles :

• On définit une typologie des masques et l'on calcule

leur effet pour un jeu de données météorologiques . On introduit en général un facteur d'ensoleillement, ratio de l'énergie solaire incidente sur la paroi protégée à l'énergie incidente sur la paroi nue. Cette approche est en particulier utilisée pour les méthodes simplifiées travaillant à partir de données moyennes mensuelles.

• On définit les paramètres des masques à prendre en

compte et l'on effectue le calcul à chaque pas de temps.

Les simplifications à prendre en compte sont fonction de l'objet de la méthode : pour les calculs de chauffage, on cherchera à prendre des valeurs basses d'apports, en climatisation à prendre des valeurs moins pénalisantes. Rayonnement froid vers la voûte céleste Le rayonnement froid vers la voûte céleste correspond à la transparence de l'atmosphère dans le domaine des gran-des longueurs d'onde. Sa valeur est fonction de la tempé-rature de l'air, de son humidité et de la couverture nua-geuse. Son expression est parfois donnée par une valeur équivalente de température de ciel pour ce qui concerne les échanges radiatifs entre l'environnement et la paroi considérée. Par exemple : Tc = Te – 6 ou Tc = Te – 17 par ciel clair La toiture est naturellement la paroi pour laquelle l'effet est le plus marqué. Pour ce qui concerne les autres parois, l'effet s'apprécie comme pour le rayonnement solaire diffus (inclinaison, effets de masques). Le bilan radiatif en grande longueur d’onde entre le ciel et une paroi, p, à température de surface Tp s’écrit, (considé-rant que le ciel est une surface de grande dimension) : ϕglo = σ.εp.( Tc

4 – Tp4)

ϕglo = σ.εp.(Tc

4 – Te4) + σ.εp.(Te

4 – Tp4)

en linéarisant (on adopte souvent une valeur hre = 5,5 W/m2.K) : ϕglo = hre.( Tc – Te) + hre.( Te – Tp) hre.( Te – Tp) est pris en compte dans Kg.(Te – Ta) Le supplément (premier terme) transmis au local est égal à Rf.Kg/he = (hre/he).Kg.( Tc – Te).cos β β étant l’angle entre la surface et l’horizontale (0° pour une surface horizontale). Le reste de l’environnement étant supposé à la température Te n’apporte pas de contribution complémentaire. Rf. = hre.( Tc – Te).cos β Les valeurs du rayonnement varient entre 10 W/m² (ciel couvert en été) à 80 W/m² (ciel clair en hiver). Exemple de simplification Si l'on souhaite prendre une valeur par défaut des apports (calculs des besoins de chauffage seuls), on considérera l'effet des masques pour ce qui concerne le rayonnement

122

solaire dans son ensemble en les négligeant éventuelle-ment pour le rayonnement froid vers la voûte céleste. Pour ce qui concerne les calculs de climatisation, il con-vient de se rapprocher des conditions moyennes. On peut par exemple faire l'hypothèse que l'effet de masque du rayonnement diffus est compensé par la réflexion propre des masques et ne prendre en compte (ce qui simplifie les calculs) que l'effet du masque sur le rayonnement direct. Exemple de calcul des fractions ensoleillées On distingue ici les masques proches, dus à l'architecture du bâtiment et les masques lointains dus à son environne-ment. Les masques proches ne sont calculés que pour les parois verticales, alors que les masques lointains peuvent l'être pour tout type de paroi. Masques proches Masque vertical On peut considérer le masque jouxtant la paroi ou en étant légèrement éloigné. Convention : masques droit et gauche sont vus de l'exté-rieur (voir figure 6.24). Masque horizontal On peut considérer le masque jouxtant la paroi ou en étant légèrement éloigné ( ABCD est le plan vertical contenant le rayon solaire) - Figure 6.25.

AB

CD

ΦΦΦΦ

γγγγθθθθ

normale

rayonnement solairedirect incident

E

dh

hp

dhmdhp

Figure 6.25 - Masque proche horizontal dh= Max (0 ; dhm.tanγ/cosφ) Fh= Min [ Max (0 ; [1-(dh-dhp)/hp]) ; 1] (6.39) Fh est l'atténuation due au masque. Si Id est le rayonne-ment direct incident [W/m²]: Φsol = Fh.Id

projection horizontale durayonnement solaire direct incident

dlg

lp

dvgdvd

dpg dpd

dld

Φ

projection horizontale durayonnement solaire direct incident

normale à la paroi

lp

dv

dl

Figure 6.24 - Masque proche vertical dlg= Max (0 ; dvg.tan φ) Fvg = Min [ Max (0 ; [1-(dlg-dpg)/lp]) ; 1] dld= Max (0 ; - dvd.tanφ) Fvd= Min [ Max (0 ; [1-(dld-dpd)/lp]) ; 1]

123

A titre d'exemple, on donne ci-dessous la valeur de Fh pour un masque de caractéristiques hp = 1,5 m dhp = 0,3m dhm = 1 m

4 6 8 10 12 14 16 18

13

57

911

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

Fh

4 6 8 10 12 14 16 18

13

57

911

heurel i

mois

orientation SUD

Figure 6.26 - Résultat pour une orientation Sud

4 6 8 10 12 14 16 18

13

57

911

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

Fh

4 6 8 10 12 14 16 18

13

57

911

heure solaire

mois

orientation EST

Figure 6.27 - Résultat pour une orientation Est Protection par un plan vertical éloigné Le calcul géométrique est équivalent à celui de la protec-tion horizontale en considérant :

projection verticale du rayonnement solaire direct incident

hpE

dE

DhE

Figure 6.28 - Plan vertical éloigné nous avons donc : dhE = dE. tanγ/cosφ) si dhE > hpE FE = 1 si dhE < hpE FE = 0 composition des masques Pour la paroi considérée, la fraction ensoleillée globale Fg est : Fg = FE . Fvg . Fvd. Fh (6.40) 6.2.3. REDUCTION DU CALCUL

DES BESOINS Une réduction du nombre de cas peut permettre d'analy-ser de façon synthétique le fonctionnement des systèmes de traitement de l'air après utilisation d’un logiciel calcu-lant seulement les besoins. En effet, à l'issue du calcul des besoins énergétiques annuels du bâtiment, on dis-pose des valeurs des besoins heure par heure. Or, on peut les résumer à un nombre limité de couples de valeurs température-humidité spécifique extérieures pour le calcul du système.

18

16

14

12

10

8

6

4

2

0

w en g/kg a s

-9 -6 -3 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 température °C

Figure 6.29 - Situations représentatives

du fonctionnement On trie le fichier résultat en vue de la réduction du nombre de cas. Les principales informations à résumer sont la température et l'humidité extérieure, les charges Φ et E, et la répartition tarifaire. Plusieurs tris sont possibles :

124

- Un tri en température et humidité ( EE w,t ). Dans ce cas, on choisit pour chaque case un pas de température de 3°C et pour l'humidité spécifique de 2 g/kg as. Ces valeurs sont un bon compromis précision nombre d'in-formations à traiter. Il est nécessaire d'effectuer le tri pour les différentes périodes : heures d'occupation et d'inoccupation. Ceci n'est possible que si le nombre de périodes différentes n'excède pas 3.

1,5ihAAEE f(i),N,E,,w,t,w,t =Φ Φ [W] est la charge totale ou enthalpique (sensible + la-tent) E [kg/s] est la charge hydrique (on obtient la charge la-tente ΦL [W] par : ΦL = 2501.103.E

E,,w,t,w,t AAEE Φ sont les moyennes des grandeurs réalisées au moment du tri. Nh est le nombre d'heures correspondant à ce point moyen. f(i)i=1,5 est la répartition des heures selon les 5 postes tarifaires : HPo, HPH, HCH, HPE, HCE.

- Un tri en température et charge enthalpique ( Φ,t E ). Dans ce cas, on choisit toujours 3°C pour la température et 10 % de l'écart Φmax - Φmin. Cette méthode est mieux adaptée si les gains internes sont très variables et im-portants dans le bilan.

Pour chacun des couples, on retient à travers le tri des données, le nombre d'heures dans l'année et leur fré-quence d'apparition suivant les cinq niveaux tarifaires d'EDF et les valeurs moyennes des variables. Ainsi aura t-on dans chaque cas un nombre réduit (une trentaine) de situations résumant le fonctionnement. Pour chacune les informations retenues sont les suivantes :

1,5ihAAEE f(i),N,E,,w,t,w,,t =Φ Cette méthode a été utilisée dans le logiciel Clim Top réf.[6.43], le calcul des besoins étant réalisé par le logiciel Comfie sur des séquences météorologiques types réf.[6.44].

Cases effectives

-150000

-100000

-50000

0

50000

100000

150000

0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00

Te (°C)

occupation et non-occupationoccupationnon-occupation

Figure 2.30 - Tri fonction des charges et de tE

125

6.3. DETERMINATION DES

PUISSANCES UTILES

Prise en compte du système de traitement de l'air Une fois évalués les besoins d’une zone du bâtiment, les caractéristiques du système sont prises en compte. Cha-que système peut voir son fonctionnement décrit dans le diagramme de l'air humide et ce pour toutes les situations. Une fiche type de système est proposée contenant le schéma physique de l'installation, la logique de fonction-nement de l'installation et les différents cycles de traite-ment. Sur la base des cycles de traitement de l'air, les puissan-ces utiles se déduisent lorsqu'on détermine tous les points intermédiaires et les débits d'air véhiculés. A ces puissan-ces utiles, il faut ajouter les pertes par les centrales, les gaines. On obtient ainsi les puissances requises de la centrale de production thermo frigorifique. Enfin, il faut comptabiliser les puissances des auxiliaires propres à la zone considérée.

126

Même si la présentation qui suit est limitée au cas où l’on travaille sur des données triées, elle illustre les informa-tions nécessaires quelle que soit la démarche. En particu-lier, on remarquera que le dimensionnement doit avoir été réalisé et que la logique de fonctionnement doit être con-nue. 6.3.1. DETERMINATION DES CYCLES

DE TRAITEMENT Dans le paragraphe 6.2, on a expliqué comment évaluer pour chaque zone du bâtiment et pour un nombre de situa-tions les valeurs suivantes :

E,,w,t,w,t AAEE Φ (moyennes des grandeurs réali-sées au moment du tri). Le traitement d'air de la zone qui consiste à compenser les charges est caractérisé par le système auquel on a re-cours : - Système tout air à débit constant. - Système tout air à débit variable. - Système à ventilo convecteurs. - Système à éjecto convecteurs. - Unités de toiture. - Modules de traitement d’air - etc. ... En suivant la méthodologie du guide n°2 de l'AICVF (réf. [6.33]), les charges pour le dimensionnement ont été dé-terminées.

Dimensionnement Hiver : Φ = - 29 kW, E = - 0,0012 kg/s pour tE = -6,5 °C et wE = 0,0019 kg/kg Eté : Φ = 111,5 kW, E = 0,0011 kg/s pour tE = 33,8 °C et wE = 0,014 kg/kg

Conformément à la méthodologie de conception exposée dans le guide n°10 de l’AICVF (réf. [6.34]), les conditions

« été » ont permis de déterminer le débit nominal de soufflage d'air. 6.3.1.1. COMPOSITION PHYSIQUE DU SYSTEME Un système est décrit par son schéma de principe : Exemple : système tout air à débit constant. L'installation - figure 6.31 est composée : - d'un caisson de mélange, - d'une batterie froide, - d'une batterie chaude, - d'un humidificateur, - d'un ventilateur de soufflage, - d'un ventilateur de reprise.

DS = 11,3 m3/s (40700 m3/h) correspondant à une température de soufflage aux conditions nominales tS = 17°C.

Pour chaque maille on connaît : les points A ( AA w,t ) et

E ( EE w,t ), les charges ( Φ ,E ). On obtient alors les para-

mètres du point de soufflage S ( SS w,t ) en tenant compte du fait que le débit volumique est constant.

S

A

MEt A εAS’

t E

Figure 6.31 - Système tout air à débit constant

127

DS = 11,3 m3/s Π S =

DSv' S

(6.41)

Φ = ΠS ⋅(q 'A −q 'S )

E = ΠS ⋅(w A − w S ) (6.42)

Dimensionnement Batterie froide : 41 kW Batterie chaude : 140 kW

On présente la logique de fonctionnement, comme une séquence de scénarios de fonctionnement des équipe-ments, dépendant des différents signaux, telle que sur la

figure 6.32. Il s'agit donc d'une représentation symbolique combinant le schéma unifilaire de commande et les com-posants du système de climatisation Exemple : système tout air à débit constant. Afin de simplifier la présentation, l'exemple est traité avec un seul régime de fonctionnement : pas de différenciation « occupation », « non occupation ». La consigne de tem-pérature intérieure consiste à maintenir strictement la température intérieure à 25°C en été et à 19°C en hiver. Dans l'intervalle, la température évolue entre ces 2 va-leurs.

Tint

+

-

+

-

12

3

Température ambiante

Fonctionnement du ventilateur

Fonctionnement de la batterie froide

Fonctionnement de la batterie chaude

Fonctionnement du groupe froid

Ouverture du registre d'air neuf

f(occupation)

tnc tnr Text

100 %

0%

Figure 6.32 - Séquences de fonctionnement fonction de la température extérieure

6.3.1.2. PRISE EN COMPTE DE LA LOGIQUE

DE FONCTIONNEMENT Pour ces différents systèmes, l'évaluation des consomma-tions suppose définie la logique de fonctionnement. Ainsi, pour le système tout air à débit constant qui sert d’exemple, les consommations varient selon que l'on ad-met un débit d'air extérieur constant ou qu'on l'adapte en fonction des contraintes hygiéniques et de son potentiel énergétique. Le fonctionnement du système ressort des principes sui-vant :

- Les registres de mélange sont asservis à la température intérieure ; leurs positions sont limitées par le cas tout air neuf et par le débit hygiénique minimal DE-min. La po-sition des registres selon les températures respectives de l'air neuf et de l'air repris et du signe des charges est prioritaire sur l'alimentation de la batterie froide.

128

- La batterie froide et l'humidificateur sont asservis à l'hu-midité relative intérieure ; la batterie froide est aussi utili-sée dans les cas extrêmes : « tout air neuf » et « air neuf limité à la valeur hygiénique ».

6.3.1.3. DIFFERENTS CYCLES Pour chaque maille on connaît donc : les points A ( AA w,t ) et E ( EE w,t ), les charges ( Φ ,E ), le point de

soufflage S ( SS w,t ) et le type de traitement d'air réalisé. Les points intermédiaires de chaque cycle sont déterminés à partir des paramètres des points A, E et S et à l'aide de modèles représentatifs des appareils : caisson de mé-lange, batterie de chauffage, de refroidissement, gains d'enthalpie dus au ventilateur. Le point S' permet de tenir compte des apports calorifi-ques dus au ventilateur de soufflage. En première ap-proximation, ils sont traduits par une élévation de température de 1 °C, pour un projet plus avancé ils se déduisent de la puissance absorbée par le ventilateur Pvent ΠS.(q'S - q'S') = Pvent (6.43) wS' = wS (6.44) Avec le débit de soufflage de l’exemple, la puissance du ventilateur est évaluée à :

Dimensionnement Ventilateur : 14 kW

Pour le régime nominal été, l'air neuf strictement limité au débit hygiénique est mélangé avec l'air repris, refroidi et déshumidifié. Pour le régime nominal hiver, l'air est mélangé dans les mêmes conditions, réchauffé et humidifié par une injection de vapeur. En fait, ces deux cycles extrêmes sont utilisés, non seu-lement pour les données correspondant aux deux heures de dimensionnement, mais pour un nombre d'heures relativement important. Les figures 6.33 et 6.34 illustrent l'ensemble des cas où ils apparaissent.

18

16

14

12

10

8

6

4

2

0

w en g/kg a s

-9 -6 -3 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 température °C

MAS'

E

Figure 6.33 - Mélange respectant le minimum d’air

hygiénique + batterie froide Le point de mélange M se détermine à partir du débit d'air hygiénique de la façon suivante :

ΠS.q'M = ΠE.q'E + ΠA.q'A (6.45) ΠS.wM = ΠE.wE + ΠA.wA (6.46) avec :

ΠE = E

minEv'

D − (6.47)

ΠA = ΠS - ΠE (6.48) Le point de sortie de la batterie froide est normalement le point S' si celui ci peut être effectivement obtenu par la batterie. La limitation résulte de l'efficacité η de la batterie. Il faut donc vérifier que : q'M −q'S'q'M −q'sat

< η (6.49)

où q'sat représente l'enthalpie de l'air saturé correspondant à la température moyenne de surface de la batterie froide. Pour un système à débit constant , on peut supposer h constant en première approximation. Pour un système à débit variable, il faudrait avoir recours à un modèle de batterie tel que réf.[6.45].

18

16

14

12

10

8

6

4

2

0

w en g/kg a s

-9 -6 -3 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 température °C

M

A

S'

EI

Figure 6.34 - Mélange respectant le minimum d’air hygiénique + batterie chaude + humidification

Le point de mélange M s'obtient comme précédemment. On en déduit le point intermédiaire I qui a même humidité que M et même température que S'. tI = tS' (6.50) wl = wM (6.51) Dans les autres conditions extérieures les cycles suivants sont proposés : - Mélange « optimal » + humidification. L'air extérieur est

utilisé pour rafraîchir. - Tout air neuf + refroidissement + humidification. C'est le

dimensionnement du ventilateur qui limite et oblige à re-froidir.

129

18

16

14

12

10

8

6

4

2

0

w en g/kg a s

-9 -6 -3 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 température °C

S'

E

AM

Figure 6.35 - Mélange « optimal » + humidification Le point de mélange M est maintenant celui qui conduit directement à la température requise S' : ΠS.q'M = ΠE.q'E + ΠA.q'A ΠS.wM = ΠE.wE + ΠA.wA avec : ΠA = ΠS - ΠE et q'M = Ca .tS' + wM .(2500 + Cv.tS') (6.50) Ce fonctionnement est possible tant que la résolution conduit à un débit d'air neuf inférieur au débit de souf-flage. C'est le dimensionnement du ventilateur qui limite ce cycle.

18

16

14

12

10

8

6

4

2

0

w en g/kg a s

-9 -6 -3 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 température °C

A

EI

S'

Figure 6.36 - Tout air neuf + batterie froide + humidification

Le débit d'air neuf correspond cette fois au débit du venti-lateur :

ΠE = E

Sv'D

(6.51)

Le refroidissement de l'air extérieur E se fait sans conden-sation jusqu'au point I qui a donc même humidité spécifi-que que E et même température que S'. wl = wE (6.52) tl = tS' (6.53) La détermination du cycle pour chaque maille qui reproduit la logique de fonctionnement de l'installation. Dans l'exemple, il s'agit de tests sur les valeurs de la tempéra-ture et de l'humidité extérieure E par rapport aux condi-tions de soufflage S au point d'ambiance A et de mélange réglementaire Mreg . A l’issue du tri, apparaissent aussi des heures où les char-ges sont nulles. C’est le cas lorsque la température am-biante varie dans une bande de 20 à 25 °C par exemple, et qu’on laisse le bâtiment en évolution libre dans celle ci. Ce cas est à traiter à part également.

130

6.3.2. DETERMINATION DES PUISSANCES UTILES

6.3.2.1. PUISSANCES POSTE PAR POSTE Les puissances utiles Pu par appareil et les quantités d'eau Eu se déduisent de la détermination des différents points et des débits d'air. Puissance batterie froide PBF = ΠS.(q'S' - q'M) Quantité d'eau condensée EBF = ΠS.(wS' - wM) Puissance batterie chaude PBC = ΠS.(q'l - q'M) Quantité de vapeur injectée Ev = ΠS.(wS' - wl) Puissance apportée par la vapeur Pv = ΠS.(q'S' - q'l) On compte négativement les puissances servant à rafraî-chir et positivement celles servant à chauffer, conformé-ment aux conventions adoptées pour le calcul des char-ges. Pu + Φ = 0 De même, on compte négativement la déshumidification et positivement l'humidification. Eu + E = 0 On appelle Pvent la puissance amenée par le ventilateur de soufflage. Dans l’exemple choisi, celle ci est constante puisqu’il s’agit d’une centrale à débit constant. ΦAN est la charge supplémentaire apportée par l'air neuf introduit dans le caisson (positive si l'air extérieur est plus chaud que l'air intérieur) et EAN le débit d'eau apporté par l'air neuf (positif si l'air extérieur est plus humide que l'air intérieur) : ΦAN = ΠE.(q'E - q'A) (6.54) EAN = ΠE.(wE - wA) (6.55) Il est alors possible de vérifier le calcul des puissances requises à la batterie froide PBF et à la batterie chaude PBC en bouclant un bilan énergétique et un bilan hydrique. A titre d'exemple, pour le cas traité, les bilans s'écrivent : Φ + ΦAN + Pvent + PBF + PBC + Pv = 0 (6.56) E + EAN + EBF + Ev = 0 (6.57) 6.3.2.2. AUXILIAIRES - VENTILATION L'analyse des puissances de l’installation s'opère en détail en fonction du matériel prévu et après dialogue et engage-ments des constructeurs, c'est notamment le cas pour les éléments de grosse puissance. Pour les auxiliaires de petite puissance, en première approximation, des formula-tions générales peuvent être utilisées, avec des hypo-thèses qu'il convient de relever et de vérifier par la suite.

Ainsi pour la ventilation en l’absence de caractéristique du ventilateur : Pvent = ΠS.(q'S - q'S') (6.58) L’écart d’enthalpie étant évalué sur la base d’un degré de différence entre S et S’. 6.3.3. DETERMINATION

DES PUISSANCES REQUISES Il faut tenir compte des apports ou pertes thermiques des canalisations de distribution. Les pertes peuvent être constantes [fixes] ou proportion-nelles à la puissance utile ou à la puissance appelée. Elles induiront des consommations d'énergie supplémen-taires. Il convient donc d'assurer cette analyse des puis-sances auxiliaires et des pertes. Pertes par les parois de la centrale et les gaines On détermine le coefficient d’échange linéique k [W/m/°C] de chaque type de gaine en fonction de sa section et de sa géométrie (réf. [6.34]). La connaissance des métrés du réseau permet alors de déterminer les pertes par les conduits : Pconduits = kiLi (ts − te )

i� (6.59)

te est la température à l’extérieur des conduits qui peut être la température ambiante tA ou une température inter-médiaire avec tE. Ces pertes s’ajoutent à la puissance à fournir par la batte-rie froide ou la batterie chaude suivant leur signe. Si Pcon-duits est négatif, cas du rafraîchissement, les pertes sont de même et s’ajoutent à PBF. En avant-projet, sans connaissance des métrés de conduits, Pconduits peuvent être évaluées à 2,5 % de la puissance utile des batteries, en chaud ou en froid. On peut aussi utiliser la perte suivante ramenée au mètre linéaire : k = 0,01 kJ/(kg a s.m. °C) Les pertes s’évaluent alors sur un tronçon i de longueur λ i [m] où circule un débit spécifique Π i[kg/s] sous un écart de température ∆t [°C]. Pconduits = 0,01.Π i..λ i.∆t [kW] (6.60)

Apports sur le circuit d'eau froide Les apports sont évalués à 5 % de la puissance maximale requise en froid Prf de la centrale [W] . Prf = PBF + Pconduits (6.61) Cette valeur est supposée constante en période d'appel de froid.

131

6.3.4. FORMULAIRE DE L'AIR HUMIDE Pression atmosphérique P [Pa] Loi de Mariotte : p

ρ = RT

Loi de Dalton : p = pa +pv ρ : masse volumique [kg/m3] p : pression partielle, indicée : a pour l'air v pour la vapeur d'eau, R : constante des gaz parfaits T : température absolue [K] Humidité relative εεεε [%] εεεε = Erreur !.100 pvs(t) : pression de vapeur saturée à la température t Sur l'eau : log10pvs(t) = Erreur ! + 2,7877 Sur la glace : log10pvs(t) = Erreur ! + 2,7877 Humidité spécifique w [kg/kg a s] w = δErreur != δ 0,01.ε.pvs (t)

P − 0,01.ε.pvs(t

δ = Ra

Rv

= 0,622

Température sèche t [°C] T = t + 273,15 [K]

Température humide t' [°C]

ce.t' = w'q

∆∆

Température de rosée tr [°C] tr = t(pv) Enthalpie spécifique q' [kJ/kg a s] q' = (ca +w.cv) t + A.w Volume spécifique v' [m3/kg a s] v' = Erreur ! Formulation de pv [Pa] pv = Erreur ! Valeurs numériques Constantes des gaz parfaits Ra = 287,05 J/kg.K Rv = 461,24 J/kg.K Capacités calorifiques Air : ca = 1,006 kJ/(kg.°C)

Vapeur : cv = 1,83 kJ/(kg.°C) Eau : cv = 4,19 kJ/(kg.°C) Chaleur de vaporisation de l'eau hv = 2501 kJ/kg Annexe - Résolution du système Π S =

DSv' S

A1

Φ = ΠS ⋅ (q 'A −q 'S )

E = ΠS ⋅ (w A − w S) A2 a et b

Il faut repartir des équations de l’air humide :

SS t).v.cSwa(cSw.vh'q ++=

q 'A = hv . w A + (ca + w A. cv ). t A

0

SS P

273)t).(Sw+.(δvR'v

+=

P0 = 101 300 Pa (une autre pression peut être choisie)

En injectant les expressions de q'A et de q'S dans A2a on obtient :

Φ = ΠS ⋅ [hv.(w A − w S )+ (ca + w A. cv ).t A -(ca + w S .c v ). t S ]

la valeur de ws se déduit : S

AS ΠEww −=

en posant AvAatA t)..cw(cc += on obtient :

]).).E((c-[E.'S

aS SvAtAv tcwchΠ

−+⋅Π=−Φ=Φ

)ΠEw.(δ.RΠ

.PD)w.(δR

P.

ΠD

273t

SAvS

0S

Sv

0

S

SS

−+=

+=+

ou encore en posant RA = Rv .(δ + w A )

E..

273t.S

SvA

SRR

PD−Π

=+ 0

132

En utilisant cette expression l'équation de travail devient :

)])cΠEw.(273).(c-

ER.RΠ.PD

(-[cΠ'Φ vS

Aav.AS

0StAS −+

−⋅=

Φ '.(ΠS .RA −Rv.E ) =

)ER.R.(Π[cΠ v.AStAS −⋅

)])cΠEw.().(cER.R273.(Π-.P(D- v

SAav.AS0S −+−

Finalement, la détermination du débit de soufflage revient à résoudre l'équation :

02 =+Π−Π aSaS Z.YaX

On en déduit la valeur de Πs. On déduit les conditions de soufflage enthalpie spécifique q's et humidité spécifique ws grâce aux équations A2.

133

6.4. DETERMINATION DES

PUISSANCES APPELEES

Prise en compte de la centrale de production

Les puissances requises doivent être produites par diffé-rents appareillages répartis en fonction de l’implantation des installations de traitement de l’air. Certaines unités de production peuvent être autonomes : systèmes split, sys-tèmes VRV à débit de réfrigérant variable, pompes à cha-leur montées sur boucle d’eau (dans ce cas elles fournis-sent et le chaud et le froid) ;. D’autres unités de production sont centralisées : groupes frigorifiques à piston, à vis ou centrifuges, chaudières ; il peut aussi exister un échangeur alimenté par un réseau urbain d’eau glacée, de vapeur ou d’eau chaude . La diversité est donc très grande, on montre dans ce cha-pitre comment aborder le calcul des puissances appelées, c’est à dire les puissances en combustible ou en électrici-té. On accentue l’importance de la connaissance des ré-gimes intermédiaires et la notion de charge partielle.

134

Le § 6.3 s’est conclu avec l’estimation des puissances re-quises qui sont les puissances utiles auxquelles on ajoute les pertes par les conduits et les canalisations. Ainsi en froid on aura : Pfroid = PBF + Pconduits + Peau froide PBF désignant la puissance utile sur la batterie froide. Pconduits et Peau froide les pertes sur les circuits de fluide. De même, en chaud : Pchaud = PBC + Pconduits + Peau froide PBC désignant la puissance utile sur la batterie chaude. Les puissances Pfroid et Pchaud doivent être fournies par les appareillages de production, qui devront de plus combattre les pertes de production. Ce chapitre vise à estimer les puissances appelées en combustible ou en électricité par ces appareillages. On verra également comment prendre en compte les auxiliaires de ces unités de production. Ces dernières peuvent être : décentralisés c’est le cas des unités autonomes de climatisation (split systems, armoires de climatisation, roof top, pompes à chaleur sur boucle d’eau, centralisés c’est le cas groupes frigorifiques et chaudière alimentant une installation de ventilo convecteurs, éjecto convecteurs, une centrale d’air ; c’est aussi le cas de systèmes à fluide frigorigène variable alimentant plusieurs cassettes termi-nales. Il peut aussi exister un raccordement à un réseau d'eau glacée urbain. L’estimation des puissances appelées nécessite que tou-tes les puissances fournies correspondant à l’unité de production soient préalablement sommées. Dans un même immeuble, il peut exister 2 centrales de production frigorifiques distinctes, l’une d’elle peut aussi comporter un stockage (réf. [6.24]). L'enchaînement des calculs va donc dépendre de l'architecture des systèmes secondaire (distribution) et primaire (production) envisa-gés. 6.4.1. GROUPES FRIGORIFIQUES Pour connaître les puissances appelées par les éléments de production de chaud et de froid, il faut disposer de caractéristiques décrivant leur fonctionnement à charge partielle. La principale difficulté qui apparaît dans la construction d'un tel modèle est le recueil des données. En effet, il n'y a pas de formats de tableaux ni de catalogues normalisés pour ces données. Les grandeurs disponibles ne sont pas toujours les mêmes et souvent l'information est partielle.

Il faut donc, cas par cas, adapter la construction des mo-dèles aux données disponibles. La Norme NF 35-451 (adaptation française de la Norme ARI 590-86) précise le mode d'expression des performan-ces à pleine charge et à charge partielle sur toute l'éten-due de la plage des possibilités de fonctionnement. On donne ci dessous quelques extraits de cette norme pour les groupes complets: Conditions nominales de performance Les puissances frigorifique et absorbée sont fournies à pleine charge (débit vapeur maximum), pour les conditions suivantes: Evaporateur température d'eau entrant 12 °C température d'eau sortant 7 °C débit d'eau constant Condenseur à air température du bulbe sec à l'entrée 35 °C Condenseur à eau température d'eau entrant 30 °C température d'eau sortant 35 °C débit d'eau constant Conditions à charge partielle Par rapport à la puissance nominale exprimée à pleine charge (volume engendré maximum), la puissance frigorifi-que est réduite proportionnellement au volume engendré par le compresseur. De plus, en fonction du pourcentage de charge, il est ad-mis une décroissance de la température du médium de refroidissement du condenseur. A l'heure actuelle les machines frigorifiques de refroidis-sement de liquide font appel à des composants spécifi-ques (réf. [6.25]) résumés dans le tableau 6.16.

Compresseurs

Échangeurs

Spirales Coaxiaux Piston Multitubulaires Vis Plaques Centrifuges Tubes à ailettes

Tableau 6.16 – Composition

des groupes refroidisseurs de liquide On présente la construction d'un tel modèle à partir des données disponibles dans un catalogue pour un compres-seur frigorifique à pistons. Au régime nominal on a : Puissance frigorifique nominale Pf

nom Puissance appelée nominale Pa

nom Température de sortie de l'eau glacée tev

nom Température d'entrée au condenseur tcnom

135

Si on dispose des mêmes informations pour différents points de fonctionnement d'entrée d'eau au condenseur tc et de sortie d'eau de l'évaporateur tev, on peut alors cons-truire des courbes de puissance appelée et de puissance frigorifique pour différentes températures. Des équations sont proposées dans réf. [6.26] et [6.27]. Il y a en général une expression polynomiale du type : Pf

* = A1 + A2 . θ* +A3 . (θ*)² (6.62)

Pf*=

nomf

fP

P rapport entre puissance fournie et

puissance fournie nominale θ* = tc

tev−

t cnom

tevnom

et pour la puissance appelée : Pa

* = B1 + B2 . Pf* + B3 . (Pf*)² (6.63)

Pa

* = PaPa

nom rapport entre puissance appelée et

puissance appelée nominale Il est intéressant que les modèles soient adimensionnés, ceci peut permettre de les réutiliser pour différentes ma-chines de puissance différente mais de même type. Afin de déterminer les coefficients des courbes, on écrit l’ensemble des équations disponibles pour tous les points intermédiaires. Les coefficients sont alors résultat d’une identification par la méthode des moindres carrés. D’autres modèles (réf. [6.28] et [6.29]), incorporent des équations plus physiques qui font appel à des caractéristi-ques fines du compresseur : volume mort, volume engen-dré, coefficient polytropique. Une base de données ther-modynamiques est nécessaire pour les employer. Ces modèles permettent donc de disposer de caractéristi-ques telles que le réseau de courbes présenté sur la figure 6.41.

Tev = 5°C

Pf [kW]0

20

40

60

80100

120140

0 100 200 300 400

Tc=45 °C

Tc=27 °CTc=30 °CTc=35 °C

Pa [kW]

Figure 6.41 - Puissance appelée en fonction de la puissance fournie

(à partir d’une équation de type (6.62) par exemple) D’autre part l’équation (6.62) donne la puissance frigorifi-que fournie par la machine Pf pour le couple de tempéra-tures d’évaporation et de condensation considéré. Ceci permet de définir le taux de charge de l’équipement :

τ =Pfroid

Pf

(6.64)

τ est inférieur à 1 si le système est convenablement di-mensionné. L’équation (6.63), ou son expression graphique figure 6.41, fournit la valeur Pa correspondant à Pf. La puissance appelée Papp se déduit alors grâce au taux de charge : Papp = τ .Pa (6.65) On remarque que l’équation (6.65) suppose qu’il n’y a pas de non linéarité due au taux de charge partiel. Ceci n’est pas exact mais est du au fait que les données du construc-teur sont pratiquement toujours fournies à pleine charge. Les puissances appelées Pa ci-dessus dépendent donc des températures des sources froides et chaudes mais un coefficient de charge partielle n'apparaît pas. On trouve dans réf. [6.30] un tel correctif donnant Papp

cp à charge partielle en fonction de Pa et du rapport de charge τ : Papp

cp = Pa . [0,82.(τ -1) +1] Le coefficient 0,82 est une valeur par défaut. On trouve dans réf. [6.30] des valeurs pour différents types de fluide frigorigène. Ce coefficient dépend également du type de compresseur. Il est indispensable d'obtenir directement le concours des constructeurs : dialogue pour choisir le matériel le plus adéquat, mais aussi engagements de leur part sur les performances. Les constructeurs sont généralement en mesure de communiquer les indications. Tout groupe frigorifique est essayé à puissance partielle, avec un grand nombre de valeurs ; celles ci ne sont que rarement com-muniquées sans demande expresse. A titre d'exemple, on donne ci après pour un compresseur à 6 cylindres les résultats d'un calcul théorique fondé don-né dans réf. [6.31] sur les bases suivantes : Température de l'eau glacée + 7 °C Température de l'eau au condenseur + 30 °C

Volume balayé

100% 66% 33%

% puissance frigorifique 100 75,9 31,3 % puissance absorbée 100 68 39,6 COP 2,34 2,62 1,86

Un modèle plus simple que tout ce qui précède consiste à utiliser une puissance frigorifique et un coefficient de per-formance constant. Utilisation des modèles Nous avons montré comment déterminer la puissance à fournir Pfroid.

136

On connaît donc à ce niveau Pfroid, tS la température de soufflage représentative de la source froide, tE la tempéra-ture extérieure représentative de la source chaude. Dans certains cas, on peut aussi connaître la température d’eau glacée à partir d’une loi de régulation. Les modèles de groupe frigorifique ont été donnés pour des températures d’entrée condenseur tC et de sortie d’eau glacée tev. Ils peuvent aussi être construits en tE, tS. Ou encore on peut passer de tE, tS aux valeurs tC et tev avec des hypothèses telles que : tev = tS – 10 (6.66) tC = tE + 10 Si le refroidissement du condenseur est réalisé par une tour à ruissellement d’eau, la température de source à prendre en compte est plutôt la température humide . tC = t’E + 10 (6.67) Pertes d'attente Elles correspondent à la mise en fonction des productions et distributions de froid et de chaud en avance sur l'utilisa-tion. Consommation des pompes Pompe à l’évaporateur On déduit le débit d'eau froide nécessaire [l/s] :

Def = t.4180

P.05,1 rf∆

(6.68)

∆t étant l'écart de température entre l'entrée et la sortie, 6°C en l'absence d'information. Prf est exprimée en W. Le débit permet d'estimer la puissance appelée Pef par la pompe d'eau froide [W] . Pef = Def .∆p

ηp.10-3 (6.69)

∆p étant la perte de charge du circuit, évaluée à 105 Pas-cals, en l'absence d'information. ηp est le rendement de la pompe et du moteur, en 1ère approximation 0,5. En l’absence de données, on peut donc prendre comme puissance appelée de la pompe : Pef = 8,37.10-3 . Prf [W] (6.70) Souvent cette pompe est en fonctionnement permanent. Pompe sur l'eau du condenseur (appel constant en période de demande de froid). - Chaleur à évacuer Prc : suivant les indications du cons-

tructeur du groupe frigorifique, pour la puissance nomi-nale, qui ne correspond pas nécessairement avec la puissance Prf.

- Débit d'eau : (formule analogue à celle de l'eau froide avec ∆t = 6°C, Prc est exprimée en W) :

Dec = 1,05.Prc

4180.∆t (6.71)

- Puissance appelée : Pec = Dec .∆p

ηp.10-3

Pec = 8,37.10-3 . Prc [W] (6.72) En l’absence de données précise sur le groupe frigorifi-que, on peut déduire Prc de Prf par un coefficient de per-formance frigorifique de 2. La puissance Pec est appelée en permanence lors des périodes d’utilisation du groupe frigorifique. Ventilateurs sur le refroidissement du condenseur Suivant les indications du constructeur, ou, en première approximation, avec les hypothèses suivantes : perte de charge sur l'air 250 Pa, écart de température 5°C, ηv ren-dement ventilateur 0,5. Dac = Prc

1005.∆t [m3/s] (6.73)

Prc est exprimée en [W] - Puissance appelée : Pvc = Dac .∆p

ηv

Pvc = 0,1 . Prc [W] (6.74) Le ventilateur du condenseur est souvent asservi à un écart de température avec l’ambiance, de telle sorte que si la simple convection naturelle suffit, le ventilateur reste à l’arrêt. Faute de modéliser l’échangeur aéro-condenseur, on peut considérer que son fonctionnement est asservi à la mar-che du compresseur, ceci constitue une borne supérieure pour le nombre d’heures de fonctionnement. S’il y a plu-sieurs compresseurs et un fractionnement conséquent du nombre de ventilateurs, on prendra en compte un fraction-nement identique entre le nombre de compresseurs en marche et le nombre de ventilateurs au condenseur. 6.4.2. CHAUDIERES Comme pour les groupes frigorifiques des expressions polynomiales sont envisageables donnant la puissance appelée (consommée) par la chaudière en fonction de la puissance à fournir. C’est aussi le cas si le groupe frigori-fique est réversible et qu’il fonctionne en pompe à chaleur. Dans ce cas on procède comme au paragraphe 6.4.1.

137

Les modèles de chaudière sont toutefois généralement plus simples. La norme NF E31.001 définit le rendement nominal de la chaudière ηc

nom. Comme en refroidissement, on peut définir le taux de charge de l’équipement à partir de la puissance à fournir Pchaud et de la puissance constante du générateur Pc : τ =

PchaudPc

(6.75)

τ est inférieur à 1 si le système est convenablement di-mensionné. On ne traite pas ici le cas d’une chaufferie composée de plusieurs chaudières fonctionnant suivant une logique définie. On utilise fréquemment la formule de Dittrich pour en dé-duire un rendement : ηc =

ηcnom

(1τ

−1). qbal + 1

(6.76)

Le facteur qbal représente les pertes par balayage (valeur inférieure à 1 et en général de l’ordre de 0,01 à 0,08). L’estimation du rendement pour chaque case permet de déduire la puissance appelée : Papp =

Pchaudηc

(6.77)

Pompe sur le circuit d’eau chaude (appel constant en période de demande de froid). - Chaleur à évacuer Prc, pour la puissance nominale. - Débit d'eau : (formule analogue à celle de l'eau froide

avec ∆t = 6°C, Prc est exprimée en W) : Dec = 1,05.Prc

4180.∆t (6.78)

- Puissance appelée : Pec = Dec .∆p

ηp.10-3

Pec = 8,37.10-3 . Prc [W] (6.79) La puissance Pec est appelée en permanence lors des périodes d’utilisation du chauffage.

138

6.5. EVALUATION DES CONSOMMATIONS D'ENERGIE ET DES COUTS

La prise en compte successive des caractéristiques du bâtiment, des installations de traitement des ambiances, des unités de production de chaud et de froid et des auxi-liaires a permis d’atteindre les puissances appelées. Les temps de fonctionnement dans chaque situation conduisent alors au calcul des consommations. Celles ci sont évaluées par type d’énergie : électricité, gaz, fioul, réseau de vapeur, réseau d’eau glacée. Les tarifs de ces énergies mènent à l’estimation du coût d’exploitation - poste Energie. En particulier, la tarification électrique im-pose de répartir les consommations suivant les postes horo- tarifaires. Compte tenu des diverses hypothèses qui ont été faites tout au long des étapes de calcul, une étude de sensibilité du résultat s’impose. Une évaluation des consommations devrait normalement être présentée comme située entre une valeur haute et une valeur basse.

139

6.5.1. CONSOMMATIONS D’ENERGIE Rappelons que pour chaque maille les informations rete-nues sont les suivantes : t E, w E, t A, w A ,Φ , E ,Nh, f(i)i=1,5 t E, w E, t A, w A ,Φ , E sont les moyennes des grandeurs réalisées au moment du tri. Nh est le nombre d'heures correspondant à ce point moyen. f(i)i=1,5 est la répartition des heures selon les 5 postes tarifaires : HPo, HPH, HCH, HPE, HCE. Grâce à l’étude des cycles et pour chacune des mailles, on a obtenu : - les puissances à fournir : puissance batterie froide PBF,

quantité d'eau condensée EBF , puissance batterie chau-de PBC, quantité de vapeur injectée Ev, puissance ame-née par le ventilateur Pvent

A partir des caractéristiques des générateurs de chaleur et de froid, on a déduit : - les puissances appelées en chaud et en froid : PappF et

PappC. - et les autres auxiliaires : Pef pour les pompes d'eau froi-

de, Pec pour les pompes condenseur, Pvc pour les venti-lateurs sur le refroidissement du condenseur.

Fonction du nombre de zones, du nombre d’unités de traitement de l’air et du nombre de générateurs, on a fina-lement : Pvent = Pvent

i

i=1

NUTA�

NUTA représentant le nombre d’unités de traitement d’air différentes PappF et PappC pour chacun des générateurs. ces puissan-ces peuvent être sommées si elles font appel à une même énergie primaire. Les puissances des auxiliaires peuvent être sommées car il s’agit d’électricité Paux. Le rapprochement des puissances : PappF, PappC, Pvent, Paux et du nombre d’heures Nh donne l'énergie consommée par type d'énergie pour chaque maille : EF, EC, Event, Eaux La répartition du temps suivant la tarification étant connue : f(i)i =1,5, les dépenses énergétiques peuvent se ventiler par poste tarifaire pour l’électricité. Il est utile de sortir les résultats par éléments, par mois, par m²,... afin de mieux saisir les facteurs sur lesquels on peut agir pour améliorer l'efficacité énergétique.

Les graphiques de puissances intéressent le concepteur pour localiser les cycles énergivores. Toutefois l'intérêt énergétique d'améliorer un tel cycle dépend du nombre d'heures d'occurrence. Le gestionnaire quant à lui rai-sonne en francs. L'aspect tarifaire l'intéresse, ainsi que l'estimation prévisionnelle des dépenses mensuelles. Il est également d'un grand intérêt de faire apparaître le taux de charge : rapport de la consommation sur la puis-sance installée. Cette valeur sera à comparer à des va-leurs normales et permettra ainsi de mettre en évidence des surdimensionnement notoires de l'installation. 6.5.2. REPARTITION TARIFAIRE Les consommations étant réparties par type d’énergie et par poste tarifaire, il suffit de les multiplier par le coût uni-taire des énergies diffusé par EDF, GDF et autres. Différents tarifs peuvent alors être comparés afin de ré-duire la facture d’énergie. Tout d'abord la taille du client apparaît comme fonction de la puissance souscrite : - de 36 à 250 kVA : Petit tertiaire Tarif jaune - au dessus de 250 kW : Gros tertiaire et industrie Tarif vert Quelques indications sur le tarif vert. Pour plus de rensei-gnement, se référer à réf. [6.32] et [3.7]. Le tarif vert qui se redécompose en 3 gammes de puissance (A : de 250 à 10 000 kW, B de 10 MW à 40 MW, C : au-delà de 40 MW), offre trois options : Base, EJP, Modulable. Base : signifie que les périodes tarifaires sont fixes et connues à l'avance EJP : comporte une période tarifaire définie en temps réel entre le 1/11 et le 31/3 - la pointe mobile Modulable : propose des périodes de coût très faible en temps réel Existent : - d'une part, une facturation de la puissance souscrite

[F/kW] - d'autre part, des postes tarifaires où l'énergie a un prix

[F/kWh] variant de 1 à 5 ou davantage

140

Heures pointe HP 309 heures k1 = 1 Heures pleines Hiver HPH 1762 heures k2 = 0,73 Heures creuses Hiver HCH 1553 heures k3 = 0,23 Heures pleines Eté HPH 2935 heures k4 = 0,08 Heures creuses Eté HCH 2201 heures k5 = 0,02 Ces postes définissent aussi la puissance réduite facturée : P = k1.PHP + k2.(PHPH - PHP) + k3.(PHCH - PHPH) + k4.(PHPE - PHCH) + k5.(PHCE - PHPE) qui traduit à nouveau le fait que la puissance appelée coûte plus cher à certaines heures qu'à d'autres. Cette tarification milite pour l’utilisation de stockages d’énergie qui ne sont pas détaillés dans ce guide mais qui peuvent s’approcher en première approximation en trans-férant des dépenses énergétiques d’un poste horaire sur un autre. Le tarif EJP nécessite une répartition particulière : f(i)i = 1,5 différente de celle qui convient pour les tarifs vert et jaune. se pose alors le problème de choisir quand appa-raissent les heures de pointe mobile (aléatoires par défini-tion). EDF communique des statistiques sur leur position dans l’année, sur les dernières années. Certains profes-sionnels choisissent de les cumuler globalement sur le mois de février. Etude de sensibilité Le mode de calcul permet d'étudier la variation de la consommation en fonction de différents paramètres. On peut ainsi étudier l'influence du taux d'infiltration et de l'occupation. Les essais sur l'influence de la température de soufflage et la comparaison de différents systèmes de traitement sont aussi de nature à favoriser la novation. Le grand nombre d'hypothèses et de facteurs perturba-teurs qui interfèrent sur l'installation prévue, devrait dis-suader d'en annoncer la consommation par une seule valeur. Il est plus prudent d'indiquer une fourchette de valeurs, basse et haute, issue de l'étude de sensibilité, et accompagnée de la relation minutieuse des hypothèses correspondantes.

141

CHAPITRE 7

LES LOGICIELS DE SIMULATION EN RÉGIME VARIÉ 7.1. INTRODUCTION

7.1.1. INFORMATION 7.1.2. CRITERES DE SELECTION DES LOGICIELS

7.2 - QU'EST-CE QU'UN LOGICIEL DE SIMULATION EN RÉGIME VARIÉ ? 7.2.1. DU POINT DE VUE DE SES ALGORITHMES

7.2.1.1. Les méthodes numériques 7.2.1.2. Le pas de temps 7.2.1.3. Les données météorologiques

7.2.2. DU POINT DE VUE DES RESULTATS FOURNIS 7.3. ÉLÉMENTS DE CONSOMMATION ÉNERGÉTIQUE PRIS EN COMPTE

7.3.1. CHAUFFAGE 7.3.2. CLIMATISATION 7.3.3. ÉCLAIRAGE 7.3.4. AUTRES POSTES DE CONSOMMATION

7.4. PRÉCISION DES CALCULS 7.5. LEXIQUE 7.6. FICHES DE PRESENTATION DE PROGICIELS

142

7.1. INTRODUCTION Méthode simplifiée, méthode détaillée ou logiciel de simulation ? La question a-t-elle aujourd'hui un sens ? L'objet de ce guide est de présenter plusieurs méthodes d'évaluation des consommations des bâtiments tertiaires. Dans cette partie dévolue à la description de méthodes plus élaborées, il n’est pas question d’opposer des démarches, de comparer des résultats ou d’établir une quelconque hiérarchie. Le principal objectif sera d'abord de dire en quoi les méthodes de simulation dynamique diffèrent des autres méthodes. Ce chapitre possède un statut quelque peu différent des précédents. Son rôle principal est de décrire d'une manière aussi concise que possible les logiciels de simulation dynamique autorisant la détermination des consommations énergétiques des bâtiments. Un certain « flottement » du vocabulaire est perceptible dans les documents ou les propos concernant les méthodes de calcul en général et les méthodes de simulation en particulier. Le second objectif de cette partie consiste donc à proposer des définitions des termes spécifiques employés, de telle sorte qu'une unification de la terminologie puisse progressivement s'imposer au sein de la communauté professionnelle. De ce point de vue, ce chapitre constituera une contribution à cette nécessaire mise au point. Le lexique, en outre, pourra servir d'aide à la lecture des fiches de présentation des logiciels sélectionnés. Deux autres points méritent d'être précisés. Le premier a trait aux logiciels « sélectionnés ». Les banques d'information spécialisées proposent des centaines de logiciels dans le seul domaine de la thermique du bâtiment. Quatre ont été choisis selon les critères de sélection suivants : logiciels disponibles sur le marché, réalisant des simulations dynamiques, capables d'établir un calcul prévisionnel des consommations énergétiques des bâtiments du secteur tertiaire. Tout logiciel ne répondant strictement pas à cette définition générique a donc été éliminé indépendamment de toute autre considération. C'est ainsi que plusieurs logiciels, bien que réalisant des simulations dynamiques, ne répondent totalement à cette définition. C'est le cas de produits comme COMFIE, OASIS, SIMULA ou ESP qui n’ont donc pas été retenus. Mais cette sélection ne constitue en rien une appréciation de la valeur des logiciels retenus ou éliminés. Les logiciels sélectionnés sont : - TRNSYS - TAS - DOE-2 - PAPTER.

Ces logiciels sont présentés sous forme de fiches au paragraphe 7.6.

7.2. QU'EST-CE QU'UN LOGICIEL DE SIMULATION EN RÉGIME VARIÉ ?

Une première observation s’impose. La méthode simplifiée présentée dans ce guide (ou plutôt la famille de méthodes) vise effectivement et uniquement à évaluer les consommations énergétiques d'un bâtiment. Pour la plupart des méthodes de simulation, l'évaluation des consommations n'est qu'un des résultats recherchés. De fait, l'intérêt des méthodes de simulation réside principalement dans les informations qu'elles apportent sur le comportement dynamique des bâtiments, informations précieuses qui permettront d'affiner le dimensionnement des équipements, d'évaluer l'effet d'un sous-dimensionnement délibéré des puissances sur le confort, de mesurer l'impact d'une enveloppe très vitrée sur le confort intérieur. A cet égard, le bilan des consommations n'apparaît plus comme une fin en soi mais plutôt comme l'ultime étape d'un processus de conception dont la méthode de simulation était l'indispensable maillon.

7.2.1. DU POINT DE VUE DE SES ALGORITHMES

Pour bien faire apparaître la différence fondamentale entre une méthode simplifiée et une méthode de simulation, peut-être est-il nécessaire de faire un petit détour par la théorie1 . La loi de la propagation de la chaleur proposée en 1822 par Joseph Fourier établit une relation linéaire entre la densité de flux thermique et le gradient de température existant dans un corps isotrope :

θλ−=φ→

gradρ

(7.1) Dans cette relation phénoménologique, λ est le coefficient de conductivité thermique qui est supposé constant. En chaque point du solide ou du liquide considéré, le premier principe de la thermodynamique permet d'écrire l'équation de conservation de l'énergie qui, si on néglige la dilatation thermique, s'écrit:

1 Les expressions les plus importantes utilisées dans ce développement sont définies dans le lexique placé à la fin de ce chapitre.

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ρ∂θ∂

φct

qp = − +divρ

(7.2)

dans laquelle ρ désigne la masse volumique, cp la chaleur massique à pression constante et q le puits ou la source de chaleur en ce point. En l'absence d'une source ou d'un puits interne à la paroi, et en remplaçant φ

ρpar sa valeur tirée de

(7.1), l'expression générale (7.2) s'écrit :

ρ∂θ∂

λ θctp =

→div grad( ) (7.3)

c'est-à-dire : ∂θ∂

θt

a= ∆ (7.4)

dans laquelle a cp= λ ρ/ est la diffusivité

thermique et ∆θ le laplacien2 de la température. Pour un champ de température unidimensionnel, l'équation précédente se réduit à : ∂θ∂

∂ θ∂t

ax

=2

2 (7.5)

Connue sous le nom d'équation de la diffusion ou d'équation de la chaleur, la relation (7.5) est le prototype des équations aux dérivées partielles de type parabolique. Elle est caractéristique des phénomènes irréversibles. Sauf conditions aux limites particulières, cette équation aux dérivées partielles ne peut être résolue analytiquement3. Dans la plupart des cas, il faut faire appel à des techniques numériques complexes dont d'usage ne s'est répandu qu'avec le développement, somme toute récent, de l'informatique. Faute d'ordinateur, comment faisait-on avant? Force était de faire des hypothèses simplificatrices assez radicales comme celle du régime statique qui, comme son nom l'indique, suppose d'une part que les conditions aux limites demeurent constantes et, d'autre part, que le système étudié a atteint son équilibre. Par exemple, supposons que le système physique soit constitué d'une simple paroi plane composée d'un seul matériau homogène et séparant deux ambiances à 2 Rappel : le laplacien est l'opérateur différentiel tel que ∆U U x U y U z= + +∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂2 2 2 2 2 2/ / / en coordonnées cartésiennes. 3 Même lorsqu'on obtient une solution analytique pour un problème aux limites très simple, cette solution s'avère très souvent, délicate à calculer manuellement. Consulter à ce sujet l’ouvrage de H. S. Carslaw et J. C. Jaeger, Conduction of heat in solids, 2e édition, Oxford University Press, 1959.

température différente. En raisonnant en régime statique, les températures des ambiances sont supposées constantes. Dès lors, quelles que soient les conditions initiales, lorsque la paroi sera en équilibre thermique, le premier membre de l'équation (7.5) s'annulera. D’où une relation beaucoup plus simple : dd

2θx 2 0= (7.6)

L'équation aux dérivées partielles se sera transformée en une équation différentielle du second ordre beaucoup plus sympathique4. La solution de cette dernière équation est une droite de pente évidemment constante égale à d dθ / x . En revenant à l'expression de la densité de flux donnée par l'équation (7.1), on aboutit maintenant facilement5 à l'équation fondamentale du transfert thermique à travers une paroi en régime statique :

)(U ei θ−θ=φ (7.7) dans laquelle U est le coefficient de transmission surfacique de la paroi (appelé anciennement « K »). Grâce à ces hypothèses simplificatrices, on peut résoudre facilement l'équation de la chaleur et obtenir une relation (7.7) simplissime. Mais le prix à payer est cependant élevé. Il a fallu en effet abandonner toute la dynamique du phénomène de transfert au moment même où l'hypothèse du régime statique est accepté. Avec cet exemple, une première famille de méthodes simplifiées vient d’être évoquée : celles où, moyennant des simplifications importantes soit des conditions aux limites, soit des modèles représentant les systèmes physiques analysés, on obtient des relations mathématiques simples à manipuler. Il existe une deuxième famille de méthodes : celles qui se fondent sur des fonctions de corrélation. L'idée commune à de nombreux auteurs de méthodes est d'associer la commodité du calcul manuel à la précision de la simulation en remplaçant la simulation proprement dite par une fonction de corrélation. Cette fonction permet d'obtenir les grandeurs recherchées (besoins de chauffage, apports solaires utiles, consommations d'un équipement) à partir de un ou plusieurs

4 Le lecteur reconnaîtra dans cette relation (7.6), l'équation de Laplace monodimensionnelle. 5 Quelques considérations (et simplifications !) complémentaires auront permis de prendre en compte les échanges superficiels convectifs et radiatifs et leur résistance équivalente.

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paramètres calculés manuellement. La fonction de corrélation apparaît comme une fonction de transfert, véritable « boîte noire » de la méthode. Pour obtenir ces fonctions de corrélation, la plupart des auteurs partent de modèles détaillés qui, sur une plage paramétrique bien définie, fournissent de très nombreux résultats élémentaires. Ces derniers constituent une base au sein de laquelle on recherche des corrélations par le biais, le plus souvent, de techniques de régression polynomiale. Si les avantages des méthodes simplifiées fondées sur des fonctions de corrélation apparaissent rapidement : simplicité, rapidité6, leurs limites sont tout aussi évidentes : leur validité (relative) ne tient que dans la mesure où l'utilisateur demeure dans la plage paramétrique qui a servi aux calculs des fonctions de corrélation. Toute extrapolation s'avère, dans ce domaine, particulièrement risquée. On notera également qu'en toute logique, il faut autant de corrélations que de systèmes à analyser. L'autre inconvénient majeur réside dans l'absence d'information sur le comportement dynamique réel des systèmes analysés : c'est l'effet « boîte noire ». Pour leur part, les méthodes détaillées ne renoncent pas à suivre la dynamique des transferts thermiques. En contrepartie de cette exigence, il faut faire appel à des méthodes de résolution reposant sur des techniques numériques assez sophistiquées.

7.2.1.1 - LES METHODES NUMERIQUES

Un exposé, même simplifié, des techniques numériques auxquelles il est possible de faire appel, dépasserait très largement le cadre de ce chapitre. Le lecteur intéressé peut se reporter aux réf. [7.1] et [7.2]. Une classification grossière revient à réunir ces techniques numériques en deux grandes catégories : - méthodes directes : elles reposent sur des modèles représentant le champ de température interne du système simulé ; - méthodes indirectes : le système étudié est caractérisé par une fonction de transfert. Un bon exemple de méthodes directes est la technique des différences finies qui s'appuie sur une discrétisation spatiale et temporelle du système à simuler. Cette double discrétisation permet de transformer l'équation de la chaleur, pour un système physique donné, en un système matriciel de n équations algébriques où n est le nombre de régions du système physique où la température est supposée constante. Côté méthodes indirectes, on pourra ranger la technique des facteurs de réponse fondée sur la

6 De telles méthodes permettent d'adopter des pas de temps très longs, le mois, voire l'année. Les calculs sont donc très réduits.

caractérisation du comportement dynamique d'un système (une paroi, un local) par une fonction de transfert calculée avant le lancement de la simulation proprement dite et constituant, en quelque sorte, la fiche d'identité comportementale du système. Aucune méthode ne cumule tous les avantages (ou tous les inconvénients !). Selon les applications envisagées, on peut faire appel à l'une ou l'autre des méthodes disponibles. 7.2.1.2 - LE PAS DE TEMPS

Un des points communs de ces méthodes détaillées est qu'elles utilisent des pas de temps (δt) relativement courts. Pour rendre compte du comportement dynamique d'un système, il convient en effet de choisir une valeur de δt bien inférieure à la constante de temps caractéristique du phénomène étudié. En général, δt est égal à 1 heure. Dans les applications thermiques pour le bâtiment, ce choix semble pertinent pour l'analyse des transferts thermiques au travers de son enveloppe. En revanche, il semble trop long pour rendre compte correctement des évolutions thermiques « rapides » comme les transferts aérauliques entre locaux, les couplages entre équipements thermiques terminaux et les locaux qu'ils équipent via une régulation. Pour traiter ces phénomènes rapides, le cas échéant, les logiciels détaillés réduisent provisoirement leur pas de temps ou bien font appel à des algorithmes spéciaux censés représenter le comportement « moyen » du système simulé pendant le pas de temps de base. Aucun des progiciels sélectionnés ne possède un pas de temps supérieur à l'heure.

7.2.1.3 - LES DONNEES METEOROLOGIQUES

Pour simuler des systèmes complexes tels qu'un bâtiment, il est nécessaire de disposer d'informations précises sur les principales grandeurs perturbatrices de son comportement, à savoir les paramètres météorologiques. Dans la perspective d'une évaluation des consommations, il est de plus requis que les grandeurs météorologiques disponibles soient, dans la mesure du possible, représentatives du climat « moyen » de la région d'implantation de la construction7. Les logiciels retenus disposent tous de bases de données constituées à partir de fichiers établis par les stations météorologiques. En général, les fichiers originaux sont constitués de données

7 Cette exigence n'est pas triviale. De nombreuses recherches ont été consacrées à ce sujet. Les solutions préconisées : année-type, année fictive constituée de séries mensuelles tirées d'années civiles différentes, ne font pas toujours l'unanimité.

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trihoraires qu'il faut transformer par des techniques d'interpolation pour obtenir des données sur une base horaire. Le dimensionnement préalable des équipements est en général assuré soit sur la base des charges maximales calculées zone par zone, soit à partir de « design days » proposés par l'utilisateur ou le logiciel. 7.2.2. DU POINT DE VUE

DES RÉSULTATS FOURNIS Les logiciels de simulation sélectionnés fournissent des informations sur les consommations énergétiques, mais, pour l'utilisateur de ces méthodes détaillées, il ne s'agit probablement pas de l'essentiel. La capacité de ces méthodes à simuler le comportement dynamique des espaces à construire, constitue, sans aucun doute, leur premier atout. La nécessaire division des espaces à simuler en autant de sous-systèmes que de parois, de volumes ou d'équipements prévus, conduit parfois, à une certaine lourdeur. Mais, du même coup, l'utilisateur dispose d'un véritable « zoom spatial » qui lui permettra d'examiner, s'il le souhaite, le comportement dynamique particulier de tel ou tel composant. Ce zoom spatial se double bien entendu d'un zoom temporel puisque les logiciels considérés offrent, en général, la possibilité de conserver le détail des calculs heure par heure. Pour revenir au calcul des consommations, on notera que les logiciels retenus permettent de « classer » ces consommations en fonction de divers critères comme l'origine de ces consommations, l'heure où elles se produisent, le local concerné. Cette souplesse est utile pour traduire ces consommations énergétiques en coût financier.

7.3. ÉLÉMENTS DE

CONSOMMATION ENERGÉTIQUE PRIS EN COMPTE

7.3.1 – CHAUFFAGE

Le chauffage des locaux est évidemment le poste de consommation auquel on pense immédiatement lorsqu'on établit le bilan d'un immeuble. Pourtant, dans les bâtiments tertiaires contemporains, son

poids relatif dans le bilan énergétique global tend à diminuer régulièrement. L'estimation du poste chauffage ne doit évidemment pas se réduire à l'intégration dans le temps des besoins estimés du bâtiment étudié. Le type d'équipement de chauffage, le mode de régulation, les rendements variables des appareils de production, les pertes diverses des réseaux doivent être intégrés dans un calcul complet des consommations de chauffage.

7.3.2 - CLIMATISATION

L'estimation des consommations liées à l'usage d'un système de climatisation est encore plus difficile que celle relative aux consommations de chauffage dans la mesure où les bilans doivent tenir compte des charges latentes des locaux. De plus, les systèmes de distribution et de production sont en général plus complexes. Il n'est pas rare que l'estimation de certains paramètres intermédiaires de calcul nécessite des itérations à l'intérieur des pas de temps élémentaires lorsqu'un « couplage » est rencontré dans les équations représentant les systèmes physiques simulés. Les logiciels sélectionnés permettent de simuler les systèmes de climatisation les plus fréquemment rencontrés : climatisation tout air, ventilo ou éjecto-convecteurs, boîtes de mélange, systèmes à induction. Certains offrent la possibilité de calculer des procédés peu conventionnels faisant appel à des stockages, à des boucles à température constante par exemple. Les plus complets permettent de simuler des installations de cogénération avec des diesels ou des turbines.

7.3.3 - ÉCLAIRAGE

L'éclairage est un poste de dépense énergétique un peu particulier. L'utilisation d'un appareil d'éclairage entraîne une consommation électrique directe qu'il est en général facile de calculer. Il suffit de faire le produit de la consommation nominale de l'appareil par le temps de fonctionnement. Mais cette énergie électrique consommée n'est pas sans conséquence sur d'autres postes énergétiques : le chauffage et la climatisation. En effet, elle constitue une charge interne qui tend à diminuer les besoins de chauffage en hiver mais à augmenter ceux de climatisation en été. La prise en compte de ces effets secondaires n'est pas aussi simple qu'on pourrait le croire. Le type des luminaires, le mode de chauffage et/ou de climatisation, le type de régulation vont très sensiblement jouer sur les charges réelles supportées par les installations et donc sur les consommations finales. Les logiciels retenus tiennent compte plus ou moins précisément de tous ces paramètres dans leurs calculs.

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7.3.4. AUTRES POSTES DE CONSOMMATION

Dans un bâtiment réel, il existe bien d'autres postes de dépenses énergétiques que ceux déjà cités. Eux aussi interfèrent les uns avec les autres selon des modes de couplage parfois assez complexes, comme par exemple les auxiliaires de réseaux (pompes, ventilateurs, registres), la bureautique, les équipements de transport (escalators, ascenseurs et monte-charge), les divers appareils électriques et électromécaniques, les équipements de cuisine. Un bon logiciel doit pouvoir les intégrer dans les bilans en tenant compte de leur puissance nominale, de leur temps de fonctionnement, de leur emplacement, de la nature des charges qu'ils créent (charge convective, radiative, latente).

7.4. PRÉCISION DES CALCULS Les méthodes de simulation refusent certaines simplifications, mais elles ne peuvent pas les refuser toutes. Se posent dès lors la question de la précision de ces méthodes. C'est un sujet particulièrement ardu tant les sources internes d'erreurs sont potentiellement nombreuses8. Très heureusement, elles ne vont pas toutes dans le même sens ! La validation des méthodes de simulation est une préoccupation majeure des créateurs de logiciels. Cette validation est le plus souvent réalisée selon deux processus complémentaires. Le premier consiste à comparer les méthodes entre elles. De ces confrontations qui demandent un important travail d'analyse aux équipes de développement, on tire de précieux renseignements. La seconde démarche, tout aussi coûteuse en temps, consiste à comparer les résultats de simulation à des mesures réalisées sur des bâtiments existants. Les fiches indiquent les travaux de validation dont ont bénéficié les logiciels présentés.

7.5. LEXIQUE Ce lexique offre un choix restreint de termes définis le plus simplement possible. Les termes en

8 En toute logique, il faut tenir compte en outre, des imprécisions sur les données utilisées elles-mêmes et des erreurs d'interprétation des utilisateurs des méthodes.

italiques utilisés dans les définitions correspondent à des entrées du lexique. CONDITIONS AUX LIMITES. Elles définissent les « excitations » supportées par un système à ses frontières physiques. En général, ces conditions sont des températures ou des flux. Elles peuvent être constantes ou variables. Ce sont elles qui déterminent le régime auquel est soumis le système. DYNAMIQUE. Relatif aux états évolutifs dans le temps. S'oppose à statique quand il qualifie un régime. Dans la famille des régimes dynamiques, on distingue les régimes transitoires, périodiques et variés. EXTENSIVE. Se dit d'une grandeur dépendant de la dimension d'un système ou d'un composant d'un système. La masse, le volume, l'énergie interne, l'entropie sont des grandeurs extensives. S'oppose à intensive. INSTATIONNAIRE. Voir stationnaire. INTENSIVE. Se dit d'une grandeur ne dépendant pas de la dimension d'un système ou d'un composant d'un système. La température, la pression, la vitesse sont des grandeurs intensives. S'oppose à extensive. LOGICIEL. Programme ou ensemble de programmes destinés à effectuer une tâche bien définie grâce à un ordinateur. On distingue grossièrement deux catégories de logiciels : les logiciels standard (ou progiciels) conçus pour répondre, sans modification, aux besoins d'un grand nombre d'utilisateurs, et les logiciels spécifiques écrits pour un seul utilisateur. MODELE. Représentation mathématique d'un système physique en vue de son analyse par simulation. Le modèle sera dit statique si les conditions aux limites influant sur le système sont supposées constantes dans le temps. Dans le cas contraire, le modèle est qualifié de dynamique. PERIODIQUE. Se dit d'un régime dynamique où les conditions aux limites imposées au système sont de nature cyclique (évolutions sinusoïdale d'une température, par exemple). PERMANENT. Se dit d'un régime où les conditions aux limites imposées à un système demeurent constantes. Dans ce sens, synonyme de statique. S'oppose à dynamique. PROGICIEL. Voir logiciel. REGIME. Ensemble des conditions physiques imposées aux limites d'un système. Si les conditions sont maintenues à des valeurs constantes, ont dit que le système est soumis à un

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régime permanent ou encore statique9. Dans le cas contraire, le régime est dit dynamique. SIMULATION. Technique permettant d'étudier le comportement d'un système physique plus ou moins complexe. Le système physique étudié doit être décrit par un modèle approprié. STATIONNAIRE. Se dit d'un système dont les propriétés géométriques (le volume par exemple) ou thermophysiques (la conductivité essen-tiellement) de ses composants ne varient pas dans le temps. S'oppose à instationnaire. STATIQUE. Relatif aux états d'équilibre. S'oppose à dynamique. SYSTEME. Ensemble plus ou moins complexe d'éléments matériels dont on veut analyser le comportement collectif. Un système se définit par son ou ses composants connus eux-mêmes par des grandeurs intensives et extensives. Un système est en général représenté par un modèle s'attachant à décrire les relations physiques entre les composants et dans les composants, ainsi que par des conditions aux limites (températures et/ou flux) dépendant des échanges réels ou supposés du système avec son environnement. TRANSITOIRE. Se dit d'un régime où le système physique tend vers un état d'équilibre après avoir connu une modification de ses conditions aux limites, celles-ci devenant constantes. VARIE. Se dit d'un régime où le système physique supporte des conditions aux limites variables. Si les variations des conditions aux limites sont cycliques, on parlera de régime périodique.

9 Certains auteurs parlent de « régime stationnaire ». Cette appellation risque d'être confondue avec l'expression « système stationnaire ». Un système stationnaire peut ne pas être en équilibre.

148

7.6 - FICHES DE PROGICIELS

Systèmes

DOE-2

TAS

TRNSYS

PAPTER

Systèmes décentralisés

Chauffage électrique direct

X

X

X

X

Aérothermes X X X Climatiseurs individuels X X X Rooftops monozones X X X

Systèmes centralisés à air

Rooftops multizones

X

X

X

Systèmes à débit constant X X X X Système à débit variable X X X Système à induction d’air X X

Systèmes centralisés à eau

Ventilo-convecteurs 2, 3 ou 4 tubes

X

X

X (2 tubes 2

fils) Systèmes à panneaux radiants X X X Pompes à chaleur sur boucle d’eau X Equipement de production

Chaudière

X

X

X

Groupe de production de froid X X X X Tour de refroidissement X X Stockage « chaud » X X Stockage « froid » X Electro-générateur diesel ou gaz X Turbine X Capteur solaire X

Tableau 7.1 - Systèmes pris en compte par les progiciels de simulation dynamique retenus

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FICHE DE PRESENTATION DES PROGICIELS DE SIMULATION PERMETTANT LE CALCUL PRÉVISIONNEL

DES CONSOMMATIONS D’ENERGIE

IDENTIFICATION

1. NOM DU PROGICIEL

MICRO-DOE2

2. AUTEUR PRINCIPAL Laurence Berkeley Laboratory, University of California

3. DISTRIBUTEUR PRINCIPAL ACROSOFT INTERNATIONAL

Adresse 9745 East Hampden avenue DENVERS – COLORADO – CO80231 USA Téléphone 00 (1) 303 3689225 Télécopie 4. DATES ET VERSIONS Date de la première version ……………………………………………………….. ? Date de la dernière version ……………………………………………………….. 1995 Numéro de la version actuellement disponible ………………………….. 2.1C (PC), 2.1E, 2.1F, 2.2 5. CONFIGURATION NECESSAIRE A UNE UTILISATION OPTIMUM Type d’ordinateur X X PC MAC Station Mainframe

Remarques concernant la configuration La version PC WIN/DOE est conforme à la version originale mise au point sur « mainframe », puis sur station de travail.

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REMARQUES CONCERNANT LA CONFIGURATION Description méthodologique relative aux bilans thermiques

1. REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES DES METHODES

Très nombreuses références dans la presse scientifique et technique américaine. Deux thèses soutenues en France validant certains algorithmes de DOE-2.

2. METHODES UTILISEES

- Transfert dans les parois : méthodes des facteurs de réponses. - Bilan des zones : méthodes des facteurs de pondération. - Simulation des équipements : bilan énergétique détaillé ou polynôme de régression pour les performances connues expérimentalement (moteurs, compresseurs, turbines…).

3. DOMAINE DE VALIDITE (à dire d’auteur)

Tout type de bâtiment (à l’exclusion des constructions totalement enterrées). 4. VALIDATION DES METHODES (références des travaux de validation) (comparaisons de logiciels et les validations sur bâtiment instrumenté)

DOE-2 a été l’objet d’une validation « planifiée » dès sa création (cf. Diamond S.C. & al., DOE-1 verification plan, Report LBL-12300, Los Alamos National laboratory, 1978). Régulièrement, des études complémentaires sont entreprises. Voir également les thèses de A. Rego Texeira, Paris 7, 1987 et P. Diaz Pedregal, Paris 7, 1992.

151

INFORMATIONS COMMERCIALES

1. DISTRIBUTEURS

Gabel Dodd / Energy Soft, LLC 100 Galli Drive, Suite # 1 Novato, CA 94949 Telephone : 00 (1) 415.883-5900 – Fax : idem – 5970 (Contat : Jennie Lathum)

2. COÛTS (en francs hors taxes) auprès du distributeur principal : environ 4 900 F HT

Mise à disposition du progiciel (incluant le manuel utilisateur) (725 $ en version PC)

4 900 F HT ∼

Documentation complémentaire (le cas échéant) …………………

Cadre juridique de cette mise à disposition : Conditions proposées pour l’acquisition de plusieurs exemplaires : Sans objet Conditions proposées pour un usage exclusivement pédagogique : Sans objet

Une formation assurée par le distributeur est-elle nécessaire ? (oui/non) non

. si oui : indiquer la durée minimale et le coût / coût / Existe-t-il un support technique organisé ? (oui/non) non / Coût et périodicité de la maintenance /

NOTES

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FICHE DE PRESENTATION DES PROGICIELS DE SIMULATION PERMETTANT LE CALCUL PRÉVISIONNEL

DES CONSOMMATIONS D’ENERGIE

IDENTIFICATION

1. NOM DU PROGICIEL

TAS (Thermal Analysis Software)

2. AUTEUR PRINCIPAL EDSL (Environmental Design Solutions Ltd – United Kongdom

3. DISTRIBUTEUR PRINCIPAL OASIIS

Adresse 672, avenue Fleuride 13400 AUBAGNE

Téléphone 04 42 18 61 86 Télécopie 4. DATES ET VERSIONS Date de la première version ……………………………………………………….. 1985 Date de la dernière version ……………………………………………………….. 2000 Numéro de la version actuellement disponible ………………………………….. 8.12 5. CONFIGURATION NECESSAIRE A UNE UTILISATION OPTIMUM Type d’ordinateur X X PC MAC Station Mainframe

Remarques concernant la configuration • Station de travail sous Domain/OS : HP 9000, séries 400 ou Apollo. Ram : 8 à 16 Mo, disque de 400 Mo, table à digitaliser.A0, lecteur de cartouches 60 Mo, écran couleur 19 pouces ; espace disque occupé : 30 Mo. • Pentium ≥ 200 MHz conseillé. Ram ≥ 32 Mo. Carte graphique 256 couleurs, écran 1150x864 ; lecteur CD Rom; espace occupé par le logiciel : 300 à 400 Mo, espace disque occupé 1 Go. Pour Windows NT uniquement.

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REMARQUES CONCERNANT LA CONFIGURATION Description méthodologique relative aux bilans thermiques

1. REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES DES METHODES

PhD Thesis, M. Gough, University of Cambridge, Modelling Heat Flow in Buildings, 1982. 2. METHODES UTILISEES

Transfert dans les parois : méthodes des facteurs de réponses (coordonnées normales : M. Gough). Bilan des zones : méthode matricielle. Simulation des systèmes : chaque composant est décrit par un ensemble de relations entre les variables caractéristiques du système simulé (débits, températures, humidités, etc.). Le système de conditionnement d’air est donc représenté, après association des composants, par un ensemble d’équations dont la résolution et la convergence sont assurées par des techniques de calculs itératifs.

3. DOMAINE DE VALIDITE (à dire d’auteur)

Tout type de bâtiment (60 zones maximum). La bibliothèque de composants permet de modéliser tout type de système de conditionnement d’air.

4. VALIDATION DES METHODES (références des travaux de validation) (comparaisons de logiciels et les validations sur bâtiment instrumenté)

A blind validation trial of the model TAS, EMC, Chris Martin, Fev. 1991 (cette validation a été réalisée par comparaison entre les mesures réalisées sur cellules et les prévisions de TAS).

154

INFORMATIONS COMMERCIALES

1. DISTRIBUTEURS

Cf. 1ère page. 2. COÛTS (en francs hors taxes) auprès du distributeur principal

Mise à disposition du progiciel (incluant le manuel utilisateur) (1) Besoin chauffage et climatisation (2) Systèmes de conditionnement d’air (3) TAS lights + TAS system + TAS ambiens

TAS light 1 : 38 kF HT TAS system 2 : 27 kF HT TAS complet 3 :88 kF HT

Documentation complémentaire (le cas échéant) …………………

incluse

Cadre juridique de cette mise à disposition : Cession monoposte à durée illimitée assortie d’une maintenance obligatoire (hot line et mises à jour) Conditions proposées pour l’acquisition de plusieurs exemplaires : Conditions proposées pour un usage exclusivement pédagogique : jusqu’à 50 % de remise

Une formation assurée par le distributeur est-elle nécessaire ? (oui/non) oui

. si oui : indiquer la durée minimale et le coût 5 jours coût Existe-t-il un support technique organisé ? (oui/non) oui Coût et périodicité de la maintenance /

NOTES

Site disponible pour renseignements techniques et commerciaux sur le logiciel : http://www.ies.fr/OASIIS. Hot line : mail : oasis@ies.fr.

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FICHE DE PRESENTATION DES PROGICIELS DE SIMULATION

PERMETTANT LE CALCUL PRÉVISIONNEL DES CONSOMMATIONS D’ENERGIE

IDENTIFICATION 1. NOM DU PROGICIEL

TRNSYS

2. AUTEUR PRINCIPAL Solar Energy laboratory, University of Wisconsin (MM. Duffie,

Beckmann, Klein et Mitchell)

3. DISTRIBUTEUR PRINCIPAL TRNSYS Coordinator, Solar Energy laboratory

Adresse 1303 Engineering Research building, University of Wisconsin 1500 Johnson Drive – MADISON, WI 53706, USA

Téléphone (1)608 263 1589 ou 1586 Télécopie 4. DATES ET VERSIONS Date de la première version ……………………………………………………….. 1975 Date de la dernière version ……………………………………………………….. 2000 Numéro de la version actuellement disponible ………………………………….. 15 5. CONFIGURATION NECESSAIRE A UNE UTILISATION OPTIMUM Type d’ordinateur X X X PC MAC Station Mainframe Remarques concernant la configuration

Version PC pour TRNSYS-IIsiBAT : Pentium 90 MHz minimum. Ram > 16 Mo, espace disque dur : 32 Mo, écran 1024x768, CD-Rom ≥ 4x, Windows 95 ou supérieure.

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REMARQUES CONCERNANT LA CONFIGURATION Description méthodologique relative aux bilans thermiques

1. REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES DES METHODES

Très nombreuses : pour chaque module ou « type », les références des méthodes utilisées sont précisées dans la documentation fournie avec le logiciel.

2. METHODES UTILISEES

Transfert dans les parois : méthodes des facteurs de réponses (« type » : 56). Bilan des zones : méthode matricielle. Simulation des systèmes : chaque composant est décrit par un ensemble de relations entre les variables du système. Ces relations sont regroupées en un module ou « type » comportant des entrées, des sorties et des paramètres. Un système est construit par l’assemblage de « types ». La résolution et la convergence des équations différentielles sont assurées par la méthode à pas constant d’Euler modifiée par prédicteur-correcteur.

3. DOMAINE DE VALIDITE (à dire d’auteur)

Tout type de bâtiment (25 zones maximum). La bibliothèque de composants fournit des modèles de capteur solaire, de stockages de chaleur, de régulateurs, de batterie froide, de pompe à chaleur, de tour de refroidissement, d’échangeurs, etc.

4. VALIDATION DES METHODES (références des travaux de validation) (comparaisons de logiciels et les validations sur bâtiment instrumenté)

Pas d’information disponible.

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INFORMATIONS COMMERCIALES

1. DISTRIBUTEURS

TRNSYS – IISiBat CSTB Sophia-Antipolis – division EVL Route des Lucioles – BP 209 06904 SOPHIA-ANTIPOLIS Téléphone : 04 93 95 67 00 – Fax : 04 93 95 67 33 e.mail : iisibat@cstb.fr – site internet : http://evl.cstb.fr

2. COÛTS (hors taxes) auprès du distributeur principal

Mise à disposition du progiciel (incluant le manuel utilisateur) Version TRNSYS-IISiBat (CSTB) : 20 006,69 F HT (éducation : 9 970,55 F HT) (tarif 1999)

800 $

Documentation complémentaire (le cas échéant) …………………

Cadre juridique de cette mise à disposition : Cession monoposte à durée illimitée. Conditions proposées pour l’acquisition de plusieurs exemplaires : Sans objet. Conditions proposées pour un usage exclusivement pédagogique : Sans objet. Une formation assurée par le distributeur est-elle nécessaire ? (oui/non) non . si oui : indiquer la durée minimale et le coût coût Existe-t-il un support technique organisé ? (oui/non) non Coût et périodicité de la maintenance Mises à jour régulières. Ex. coût

vers. 12.2 vers vers. 13.1 : 350 $ TRNSYS-IIsiBat : 3 935,74 F HT (tarif 1999)

NOTES

• Le laboratoire de thermodynamique de l’Université de Liège représente en Europe l’Université du Wisconsin (pour la version TRNSYS seule) Adresse : 21, rue Ernest-Solvay, bât. C3 – LIEGE – B-4000 Belgique Tél. 00 (32) 41 56 48 01 – fax 00 (32) 41 52 5439

158

FICHE DE PRESENTION DES PROGICIELS DE SIMULATION PERMETTANT LE CALCUL PRÉVISIONNEL

DES CONSOMMATIONS D’ENERGIE

IDENTIFICATION

1. NOM DU PROGICIEL

PAPTER

2. AUTEUR PRINCIPAL DER – EDF – Centre des Renardières à MORET-SUR-LOING

3. DISTRIBUTEUR PRINCIPAL SITEK

Adresse Parc Club Université – 4, rue Jacques-Monod 91893 ORSAY CEDEX

Téléphone 01 69 85 52 10 Télécopie 01 69 85 34 74 4. DATES ET VERSIONS Date de la première version ……………………………………………………….. 1999 Date de la dernière version ……………………………………………………….. 1999 Numéro de la version actuellement disponible ………………………………….. vers. 1.1 5. CONFIGURATION NECESSAIRE A UNE UTILISATION OPTIMUM Type d’ordinateur X X X PC MAC Station Mainframe CD-Rom Remarques concernant la configuration

Windows 95, 98 ou NT – pentium 100 mini – espace disque : 60 Mo mini ; Ram : 32 Mo conseillé. Carte graphique, 65536 couleurs, 800x60 pixels, petites polices. Voir CD-Rom PAPTER, fichier « lisez-moi ».

159

REMARQUES CONCERNANT LA CONFIGURATION Description méthodologique relative aux bilans thermiques

1. REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES DES METHODES

B.C. MOORE, « component analysis in linear system : controllability, observability and model reduction », IEE transaction Automatic control AC-26, 1981.

2. METHODES UTILISEES Version 1.1 : modèle analogique du 2ème ordre

Version 2 (disponible fin 2000) : modèle d’enveloppe aux différences finies (environ 50 nœuds/zone), puis réduction de charge zone à un modèle d’ordre 2 selon la méthode de MOORE.

3. DOMAINE DE VALIDITE (à dire d’auteur)

Tout bâtiment ne nécessitant pas une approche aéraulique (exemple : attrium) avec au plus 5 zones. Des développements sont en cours pour atteindre et dépasser 10 zones.

4. VALIDATION DES METHODES (références des travaux de validation) (comparaisons de logiciels et les validations sur bâtiment instrumenté)

• comparaison inter-logiciels : - validation CLIM2000/PAPTER/CA-SIS par la modélisation du bâti (C. DALIBART, note EDF HE 14/00/001, mars 2000) • comparaison avec cellule expérimentale : - F. DEQUE, « Réduction d’un système linéaire par la méthode de MOORE, application à la thermique du bâtiment », Revue générale de Thermique, vol. 36, mars 1997. - S. DAUTIN, « Comparison of model reduction methods in building’s thermics – application to an experimental building », CLIMA 2000, 1997. • bâtiment en exploitation : - M. GENTON, « Etude thermique d’un hôtel P’TIT DEJ », à paraître.

160

INFORMATIONS COMMERCIALES 1. DISTRIBUTEURS

Cf. 1ère page. 2. COÛTS (en francs hors taxes) auprès du distributeur principal

Mise à disposition du progiciel (incluant le manuel utilisateur)

1 500 F HT

Documentation complémentaire (le cas échéant) …………………

intégré

Cadre juridique de cette mise à disposition : Licence définitive à l’achat / logiciel monoposte. Conditions proposées pour l’acquisition de plusieurs exemplaires : Aucune condition spéciale. Conditions proposées pour un usage exclusivement pédagogique : Aucune condition spéciale.

Une formation assurée par le distributeur est-elle nécessaire ? (oui/non) oui . si oui : indiquer la durée minimale et le coût 1 jour coût 1 000 F HT Existe-t-il un support technique organisé ? (oui/non) oui intégré à la

licence Coût et périodicité de la maintenance Hot line, premier niveau ; hot line : deuxième niveau.

NOTES

161

BIBLIOGRAPHIE [1] [1.1] Guide sectoriel. AICVF-ADEME, « Bâtiments à hautes performances énergétiques – Hôtels–Restaurants »,

Pyc Édition, 1992 [1.2] Guide sectoriel. AICVF-ADEME, « Bâtiments à hautes performances énergétiques – Bureaux », Pyc Édition,

1993 [1.3] Guide sectoriel. AICVF-ADEME, « Bâtiments à hautes performances énergétiques – Enseignement », Pyc

Édition, 1993 [1.4] Guide sectoriel. AICVF-ADEME, « Bâtiments à hautes performances énergétiques – Santé », Pyc Édition,

1993 [1.5] Guide sectoriel. AICVF-ADEME, « Bâtiments à hautes performances énergétiques – Sports », Ademe-

Éditions, 1995 [1.6] Guide sectoriel. AICVF-ADEME, « Bâtiments à hautes performances énergétiques – Agriculture », Ademe-

Editions, 1996 [1.7] Guide sectoriel. AICVF-ADEME, « Bâtiments à hautes performances énergétiques – Industrie », Ademe-

Editions, 1997 [1.8] Guide sectoriel. AICVF-ADEME, « Bâtiments à hautes performances énergétiques – Commerce », Ademe-

Editions, 1998 ——————————————————————————————————————————— [2] [2.1] EDF, « Bien connaître le tarif jaune ; le tarif vert A5 ; les tarifs verts A8 et B », fascicules EDF, EDF-GDF

Services, service clientèle, édition 1997 [2.2] G.FORSTER et C.FAUCONNIER, « La tarification de l'électricité en France », Service Marketing Stratégique,

EDF, octobre 1991 [2.3] AFE, « Recommandations relatives à l'éclairage des locaux scolaires », éditions Lux, mars 1987 [2.4] AFE, « Recommandations relatives à l'éclairage des hôpitaux », éditions Lux, septembre 1981 [2.5] AFE, « Éclairage et travail sur écrans de visualisation », éditions Lux, février 1986 [2.6] AFE, « Recommandations relatives à l'éclairage intérieur des lieux de travail », éditions Lux, octobre 1993 [2.7] AFE, « Éclairer pour mieux vendre », éditions Lux, novembre 1992 [2.8] EDF, « L'éclairage des salles de classe – Conseils techniques », EDF-GDF Services / EDF-DDSC / EDF-

DER, juillet 1995 [2.9] EDF, « L'éclairage dans les bureaux – Exemples de descriptif », EDF-GDF Services / EDF-DER, novembre

1994 [2.10] EDF, « L'éclairage intérieur des locaux tertiaires : mairie-école », EDF-GDF Services / EDF-DER, août 1996 [2.11] A. RABL, « Technologies d'éclairage : luminaires performants », Revue de l'énergie n° 424, octobre 1990 [2.12] M. FONTOYNONT, F. R.OLIVIER et P. JUNQUET, « Enquête sur les installations d'éclairage électrique dans

les immeubles de bureaux », Rapport AFME, contrat 4-140-1560, 1984

162

[2.13] J.C. VISIER, « Méthode Th-C Éclairage – Analyse des méthodes existantes », rapport n° 1 d'étude CSTB pour l'ADEME, novembre 1998

[2.14] LAWRENCE BERKELEY LABORATORY, « Energy and Environment Division : Annual Report », Energy

Efficient Buildings Program, Report LBL-26585, 1988 [2.15] R. JOHNSON, R. SULLIVAN, S. SELKOWITZ, S.NOZAKI, D.ARASTEH, C.CONNER, « Glazing energy

performance and design optimization with daylighting », Energy and Buildings, n° 6, 1984 [2.16] D. ARASTEH, R. JOHNSON, S. SELKOWITZ, D. CONNEL, « Cooling energy and cost savings with

daylighting in a hot and humid climate », Sunworld, vol.10, n° 4, 1986 ——————————————————————————————————————————— [3] [3.1] EDF, « Le tertiaire français », EDF/DDSC, juin 1995 [3.2] CEREN, « Consommations d'énergie du secteur tertiaire en 1989 », Rapport TER/HD/91.30, AFME, 1991 [3.3] AICVF, collection des guides sectoriels (voir réf. [1.1] à [1.8]) [3.4] J.L. TISSIER, « Énergie électrique et gestion d'un parc immobilier », Journée d'étude - Le coût énergétique de

l'intelligence des bâtiments, Université de Bordeaux I, juin 1989 [3.5] AFME/AICVF, « Les matins du tertiaire », CeGIBAT, juin 1991 [3.6] INESTENE, « Réduction des émissions de CO2. Politiques et mesures pour la France, 1997-2005 », WWF-

France, 1997 [3.7] EDF, « Bien connaître le tarif jaune ; le tarif vert A5 ; les tarifs verts A8 et B », fascicules EDF, EDF-GDF

Services, service clientèle, édition 1997 [3.8] CEN TC 156/WG7, « International load – Heat production indoors – Office buildings », Draf document, janvier

1996 [3.9] J.R. MILLET et al., « Définition d'une méthode réglementaire pour le calcul des besoins d'énergie des

bâtiments climatisés », rapport CSTB (ENEA/CVA-98-149R), octobre 1998 [3.10] L.K. NORFORD, A. RABL, J.P. HARRIS, et J. ROTURIER, « Electronic Office Equipment : The impact of

Market Trends an Technology on End Use Demand », Electricity : Efficient End Use and New Generation Technologies, and Their Planning Implications, Lund University Press, 1989

[3.11] J. ROTURIER, A. ELKARI, J.P. HARRIS, P. DIAZ PEDREGAL, et J.L. TISSIER, « La bureautique : une cible

pour l'utilisation rationnelle de l'électricité », Séminaire MUSE HT 90 : Maîtrise des Usages Spécifiques de l'Électricité dans l'Habitat et le Tertiaire, AFME, Sophia Antipolis, 12-13 juin 1990.

[3.12] CEREN, « La bureautique en 1994 dans les établissements de bureaux », CEREN, mars 1996 [3.13] A. PEREZ, « Maîtrise de la demande d'électricité dans les bureaux de la région Île de France », rapport de

thèse professionnelle – Institut Supérieur d'Ingénierie et de Gestion de l'Environnement, ARENE Ile-de-France, septembre 1997

[3.14] « Energy-Efficient Office Technologies : the 1 Watt/1 Volt – Ampere Challenge », rapport final du groupe de

travail MACEBUR DG XVII, avril 1998 [3.15] T. GUERET et V. GAULTIER, « Opération ECO-WATTS Grenelle – Campagne d'économies d'électricité et

suivi des consommations au sein du Secrétariat d'État à l'Industrie », rapport final, juillet 1998 [3.16] P. MICHEL, « Les ascenseurs », Bulletin de l'Habitat et du Tertiaire, n 20, AFME, août 1991 [3.17] EDF, « Exemples de puissances et de consommations d'hôtels », Fiches « Les bons usages de l'électricité »,

fiche n° 13.1, juin 1990 [3.18] E. WENNER, « Ratios de consommations d'énergie dans les hôpitaux », Les Applications de l'Électricité dans

le Résidentiel et le Tertiaire, n° 4, 4ème trimestre 1985

163

[3.19] ARENE-PACA, « Maîtrise de la demande d'énergie dans les R.P.A. : les autres usages », fiche technique

n° 27, 15 avril 1998 [3.20] J.M. DESSAGNE et D. MARIN, « Répartition par usages des consommations d'énergie dans cinq bâtiments

de bureaux climatisés », CSTB rapport GEC 89-4624, mai 1989 [3.21] P. MICHEL et G. GUARRACINO, « Consommations des ascenseurs ; Evaluation macroscopique ;

Modélisation microscopique », rapport ENTPE pour l'ADEME, mars 1994 [3.22] « Optimisation de l'usage de l'énergie en restauration hauts foyers : une source ce profit », compte rendu du

colloque Batimat Equip'hôtel, 24 octobre 1991 [3.23] E. WENNER et J.R. OUDINOT, « Cuisines collectives à l'électricité en liaison chaude et froide », Les

Applications Électriques dans le Résidentiel et le Tertiaire, n° 6, 2ème trimestre 1986 [3.24] ARENE-PACA, « Maîtrise de la demande d'énergie dans les R.P.A. : les buanderies », fiche technique n° 23,

15 février 1998 ——————————————————————————————————————————— [4] [4.1] Guide AICVF n° 3, « L'eau chaude sanitaire dans les bâtiments résidentiels et tertiaires », Pyc Édition, 1991 [4.2] S. POUGET et M. SOUYRI, « Les besoins en ECS dans l'hôtellerie », Revue Qualita n° 4, 4ème trimestre 1985 [4.3] « Production d'ECS par l'électricité »", Cegibat-Relations n° 136, avril 1986 [4.4] « L'ECS au gaz naturel en hôtellerie », document EDF-GDF Services [4.5] Guide sectoriel. AICVF-ADEME, « Bâtiments à hautes performances énergétiques – Hôtels–Restaurants »,

Pyc Édition, 1992 [4.6] EDF, « L'eau chaude sanitaire – Des outils à votre disposition », Revue Qualita, numéro spécial, 1996 [4.7] « Guide pratique des bons usages de l'électricité dans l'hôtellerie et la restauration », fiche n° 6.3, EDF-GDF

Services, SCE Division Tertiaire, septembre 1991 [4.8] J.F. DOUCET, « ECS : améliorer la qualité des installations centralisées électriques », Revue Qualita, n° 52,

1998 [4.9] « L'ECS au gaz naturel : le bon choix », document GDF [4.10] E. WENNER et C. RUBY, « L'hôtel 1 ou 2* tout électrique géré par les chaînes intégrées », Revue Qualita,

n° 17, mars 1989 [4.11] « Guide pratique des bons usages de l'électricité dans l'hôtellerie et la restauration », fiche n° 9, EDF-GDF

Services, SCE Division Tertiaire, septembre 1991 [4.12] « L'eau chaude électrique, Résidentiel et Tertiaire ; Annexe : Détermination des besoins d'ECS », EDF, mars

1987 [4.13] BARRIAC et S. SESTER, « L'analyse des apports gratuits par les occupants », Promoclim E, Tome 16,

décembre 1985 [4.14] « Bâtiments hospitaliers »", numéro spécial, Promoclim E n° 4, juillet-août 1987 [4.15] E. WENNER, « Ratios de consommations d'énergie dans les hôpitaux », Revue Qualita n° 4, 4ème trimestre

1985 [4.16] « L'énergie en blanchisserie », Document AFME/CTTN, septembre 1991 [4.17] « L'électricité en blanchisserie », Document technique EDF-GDF Services, 1991 [4.18] « Le traitement du linge hospitalier et le gaz naturel », Document GDF, avril 1992

164

[4.19] « Cahier des Recommandations Techniques du Ministère de l'Éducation Nationale », annexe 5, mars 1990 [4.20] R. DELEBECQUE et C. ROUX, « Le formulaire des installations sanitaires-eau chaude », tome 2, Éditions

Delagrave, 1977 [4.21] H. BERTHET, « Technique gaz et tertiaire », Document GDF, 1977 [4.22] R. BOUIGE, « Distribution d'ECS. Calcul des installations », cours de l'IFE [4.23] AFME, « Guide de diagnostic thermique », Éditions Eyrolles, 1986 [4.24] RECKNAGEL, SPRENGEL, HÖNMANN, SCHRAMEK, traduction et adaptation par J.L.CAUCHEPIN, « Le

Recknagel : Manuel pratique du génie climatique », tome 2, Pyc Édition, 1996 [4.25] Guide sectoriel. AICVF-ADEME, « Bâtiments à hautes performances énergétiques – Sports », Ademe-

Éditions, 1995 [4.26] A. GIRAUD et G. DUBREUIL, « Evaluation des besoins en eau individuels et collectifs », Revue Chaud-Froid-

Plomberie n° 561, septembre 1994 [4.27] J.F. DOUCET, « ratios à 60°C observés en expertises de 1997 à 1999 », Document EDF fourni pour l'AICVF,

mai 1999 [4.28] « Guide de choix de l'ECS par l'électricité dans les secteurs résidentiel et tertiaire », Revue Qualita, n° 7, 3ème

trimestre 1986 [4.29] « L'eau chaude sanitaire et la condensation », Document GDF, février 1990 [4.30] « La condensation dans le tertiaire », Document GDF, février 1990 [4.31] Guide sectoriel. AICVF-ADEME, « Bâtiments à hautes performances énergétiques – Bureaux », Pyc Édition,

1993 [4.32] Guide sectoriel. AICVF-ADEME, « Bâtiments à hautes performances énergétiques – Santé », Pyc Édition,

1993 [4.33] Guide sectoriel. AICVF-ADEME, « Bâtiments à hautes performances énergétiques – Enseignement », Pyc

Édition, 1993 [4.34] « Règles Th-C : règles de calcul du coefficient de performance thermique globale des logements », Cahier

n° 2676, livraison 342, CSTB, septembre 1993 [4.35] « Le rendement d'exploitation », Document GDF, février 1990 [4.36] « Le rendement de combustion moyen annuel », Document GDF, février 1990 [4.37] Guide pratique AICVF, « L'eau chaude sanitaire solaire », Pyc Édition, 1985 [4.38] A. GIRAUD, G. DUBREUIL, « Comment choisir un préparateur d'eau chaude sanitaire ? », Revue Chaud-

Froid-Plomberie, n° 563, novembre 1994 [4.39] A. GIRAUD, « Du bon usage des cordons chauffants », Revue Chaud-Froid-Plomberie, n° 570, juin 1995 [4.40] Règles Th-B, « règles de calcul du coefficient de besoins de chauffage des logements », cahier CSTB

n° 2258, juillet-août 1988 [4.41] L. BERTOLO, D. DELAUNAY, J.P. DORMEAU, S. NIBEL, J. ZIRNGIBL, « Contribution des dépenses

énergétiques des logements », cahier CSTB, n° 2884, mai 1996 [4.42] L. CHEMERY, P. DUCHENE-MARULLAZ, « Atlas climatique de la construction », Éditions Eyrolles, février

1987

165

——————————————————————————————————————————— [5] [5.1] « D.T.U. Règles Th-K », Cahier n° 2946, livraison 378, CSTB, février 1997 [5.2] « D.T.U. Règles Th-G », Cahier n° 2486, livraison 318, CSTB, avril 1991 [5.3] Règles Th-B, « règles de calcul du coefficient de besoins de chauffage des logements », cahier CSTB

n° 2258, juillet-août 1988 [5.4] « Règles Th-C : règles de calcul du coefficient de performance thermique globale des logements », Cahier

n° 2676, livraison 342, CSTB, septembre 1993 [5.5] TRIBU, « Mise au point d'une méthode simplifiée de calcul des consommations de chauffage des bâtiments

non résidentiels », étude pour l'ADEME, mars 2000 [5.6] J.C. VISIER, R. LAHRECH, P. CORRALES, « Simplification et harmonisation des règlements pour les

économies d'énergie dans les bâtiments », rapport CSTB n° ENEA/AGE-97-137R, décembre 1997 [5.7] « Degrés-jours unifiés de référence (1951-1980) », Promoclim E, tome 17, n° 1, février 1986 [5.8] CoSTIC, « Degrés-jours unifiés moyens de 1969 à 1986 », Geclim 41.018, janvier-février 1987 [5.9] R. CADIERGUES, G. OLIVE, « Projet de normalisation d'une formule de calcul des degrés-jours », Promoclim

E, tome 10, n° 1, février 1979 [5.10] CoSTIC, « Meteoclim et degrés-jours », Réf. clim 411, septembre 1996 [5.11] METEO FRANCE, « Normales climatiques – Période 1961-1990 », tome 1, stations de métropole, METEO

FRANCE, 1996 [5.12] P. CLAUX, R. GILLES, A. PESSO, M. RAOUST, « Atlas Solaire Français », Pyc Édition, 1982 [5.13] AFME/CoSTIC, « Guide de diagnostic thermique », Éditions Eyrolles, 1986 [5.14] J.C. VISIER et C. BICARD, « Pratique de l'intermittence du chauffage des locaux à occupation discontinue »,

Cahier n° 2279, livraison 293, CSTB, octobre 1988 [5.15] N.V. BAKER, K. STEEMERS, « LT Method 2.0 : an energy design tool for non-domestic buildings »,

Cambridge Architectual Research, 1994 [5.16] R. CADIERGUES, « Les calculs de besoins de chauffage et leur aspect statistique », Promoclim. n° 2,

mars/avril 1989 [5.17] ADEME-CoSTIC, « Guide d’audit énergétique », 1999, à paraître [5.18] J.C. VISIER, C. FRANCOIS, R. LAHRECH, V. PAILLASSA, « Méthode de calcul de l’influence de

l’intermittence du chauffage dans les bâtiments tertiaires », Rapport du CSTB GEC/DGE, n° 92.48R, juillet 1992

[5.19] AICVF, « Éléments de calcul prévisionnel des consommations d’énergie. Bâtiments neufs non résidentiels »,

édition de travail, pré-guide n° 6, novembre 1992 [5.20] CEN, « Performance thermique des bâtiments. Calcul des besoins d’énergie pour le chauffage (ISO/DIS

13790 : 1999) », projet PrEN ISO 13790, CEN, mai 1999 [5.21] J.C. VISIER, J. ZIRNGIBL, J.R. MILLET, J. RIBERON, C. FRANCOIS, « Règles Th-C pour les bâtiments non

climatisés », projet de méthode réglementaire, version 2.1, CSTB, février 2000 [5.22] J.A. BOUCHET, « L’inertie thermique. Projet de règles ‘’Th-I’’ » , version 1.4, METL/DGUHC, janvier 2000 [5.23] AICVF, « Chauffage. Calculs des déperditions et charges thermiques d’hiver », Guide thématique AICVF

n° 1, Pyc Édition, 1989 [5.24] « Recueil des propositions et documents remis pour la nouvelle réglementation thermique », Filière Vecteur

Eau Confort, janvier 2000

166

[5.25] Catalogues EUROVENT, « Ventilo-Convecteurs – Groupes de production d’eau glacée / Climatiseurs 12-

100 kW », Annuaire des produits certifiés 1/02/1999-31/01/2000 [5.26] EDF, « La Structure des tarifs de l’électricité », Brochure EDF, service de la tarification, juillet 1995. [5.27] EDF, « Structures et prix de l’électricité – Tarif vert », Brochure EDF-Industrie, division Tarifs-Prix-Contrats,

avril 1997 [5.28] TRIBU, « Etude de finalisation de la méthode CPC », commande n° 960517 GD/EDF-Direction du

Développement, rapport final, février 1997. ——————————————————————————————————————————— [6] [6.1] D.E.KNEBEL, « Simplified Energy analysis using the modified Bin method, ASHRAE 1983, GA 30329 [6.2] A.C.H. VAN PAASSEN, « Design of HVAC systems with a computerized psychrometric chart », Symposium

System simulation in buildings, Liège, 1986 [6.3] BINE, « Testreferentzjahre. Meteorologische grundlagen für technishe simulation von Heitz » [6.4] B. BOURGES, « Calcul des degrés jours mensuels à température de base variable », revue Chauffage

ventilation conditionnement, n° 5, mai 1987 [6.5] EDF, « Degrés jours à base de température quelconque », EDF, Direction de la distribution, 1974 [6.6] Données météorologiques pour la France 1958-1987 [6.7] G HELCKE, « Population weighted degree days », rapport du JRC Ispra [6.8] Energy management applications, ASHRAE Handbook Applications 1991, Atlanta, GA 30329 [6.9] « Test Reference Years TRY Weather Data Sets for Computer Simulation of Solar Energy Systems and

Energy Consumption in Buildings », CCE, DG XII. EUR 9765 EDF, 1985 [6.10] L. BOURDEAU, A. LEBRU, « Conventions unifiées du coefficient B », CSTB, mai 1984 [6.11] CSTB, « Exemples de solutions. Bâtiments d’habitation – Confort d’été », mai 1980 [6.12] Météorologie nationale. Météo France. Service national d’exploitation de la météorologie, 42, avenue G.-

Coriolis, 31057 Toulouse Cedex [6.13] J.L. PLAZY, La Banque de données « Températures – Rayonnement » de Météo France., Chauffage

Ventilation Conditionnement, n° 12, décembre 1994 [6.14] H. LUND, « Short Reference Years (SRY) and Test Reference Years (TRY) for E.E.C. countries », Thermal

insulation laboratory, TU Denmark.Contract ESF - 011 – DK, Report EUR 9402, 1983 [6.15] Design Reference years.Rapport AIE Task 9 [6.16] J.R. MILLET, « L’homme et ses problèmes d’environnement thermique », Journée SFT, 12 mai 1993 [6.17] A.P. GAGGE, A.P. FOBELETS, L.G. BERGLUND, « A standard predictive index of human response to the

thermal environment », ASHRAE Trans, vol. 92 - 2B, p. 709, 1992 [6.18] P.O FANGER, « Thermal Comfort », Mc Graw-Hill [6.19] AFE, « Recommandations relatives à l’éclairage intérieur des lieux de travail », éditions Lux, 1993 [6.20] C.K. WILKINS, R. KOSONEN, T. LAINE, « An analysis of office equipment load factors », ASHRAE Journal,

septembre 1991 [6.21] C.K. Wilkins, N. McGaffin, « Measuring computer equipment loads in office buildings », ASHRAE Journal,

août 1994

167

[6.22] « Energy efficient office technologies in Europe », groupe de travail OT 3E. DG XVII [6.23] « La bureautique en 1994 dans les établissements de bureaux », rapport CEREN pour L’ADEME, 1996 [6.24] « Spécial Stockage », revue CVC, n° 12, 1995 [6.25] G. VRINAT, « Production du froid - Technologie des machines industrielles », Techniques de l'ingénieur, B 2

365 a, 1991 [6.26] C. BRANESCU, « Comparaison des modèles de compresseurs frigorifiques en vue du calcul des

consommations des installations de climatisation », DEA EMP, 1996 [6.27] J.J. ALLEN, J.F. HAMILTON, « Steady state reciprocating water chiller models », ASHRAE Trans vol. 89,

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