New FORMATION BÂTIMENT DURABLE - Bruxelles Environnement · 2017. 9. 22. · 9 Calcul des...

FORMATION

BÂTIMENT DURABLE

Danielle MAKAIRE

Besoins et exigences pour le dimensionnement d’une

installation de chauffage

CHAUFFAGE ET EAU CHAUDE

SANITAIRE : CONCEPTION

AUTOMNE 2017

Sur base de la présentation conçue par CENERGIE

2

Objectifs de la présentation

● Expliquer les facteurs à prendre en compte lors du

dimensionnement d’une installation de chauffage

● Mettre en évidence les points importants de la

conception de l’installation

3

● Définition des besoins et des exigences pour le


● Les différentes méthodes de dimensionnement

● Le calcul de déperditions (Norme NBN EN 12831)

● Exemple concret

● Importance de la relance

Plan de l’exposé

4

Définition des besoins et exigences

● Besoins

► Déterminer la puissance de l’installation

► Déterminer la puissance des émetteurs

► Définir le type de système

› Utilisation finale

› Coût

› Flexibilité

► Définir un principe de régulation

› Utilisateur final

› Inertie

› Relance

› Zonage

5

Définition des besoins et exigences

● Exigences

► PEB travaux

› CEP influencé par le choix du système, régulation, etc.

► PEB chauffage

› Réception PEB

► Ecodesign

› Choix du produit

► Normes à respecter

› Déperditions

› Emetteurs

6





● Exemple concret


Plan de l’exposé

7

Méthodes de dimensionnement

● Bâtiment existant

► Puissance au m² (ou au m³)

Ordres de grandeur :

› Bâtiment existant (avant PEB) = 120 à 180 W/m²

› Bâtiment PEB 2008 = 60 à 80 W/m²

› Bâtiment TBE – PEB 2015 = 20 à 40 W/m²

› Bâtiment Passif = 10 à 30 W/m²

► Définition des heures de fonctionnement (monotone de

chaleur)

► Consommation/Puissance ≈ 1.500 h à plein régime

► Calcul des déperditions de chaleur

► Simulation dynamique (basée sur l’ASHRAE)

8

Méthodes de dimensionnement

● Bâtiment neuf

► Calcul des déperditions de chaleur

› Avant juin 2015 : NBN B 62-003

› Depuis juin 2015 : NBN EN 12831 (2003) + annexe nationale

► Principales modifications

› Calcul plus détaillé des déperditions par transmission à

travers le sol

› Calcul plus détaillé des déperditions par ventilation et la prise

en compte de l'étanchéité à l'air des bâtiments

› Calcul systématique de la surpuissance de relance

► Simulation dynamique (basée sur l’ASHRAE)

9

Calcul des déperditions (NBN EN 12831)

Introduction

Étape Procédure à suivre

a) Détermination des données de base

b) Identification des espaces dans le bâtiment

c) Détermination des caractéristiques des parois pour chaque espace

d) Calcul des déperditions calorifiques de base par transmission FT

e) Calcul des déperditions calorifiques de base par ventilation FV

f) Calcul des déperditions de base totales = FT + FV

g) Calcul de la puissance de relance FRH

h) Calcul de la charge thermique totale nécessaire : FHL = FT + FV + FRH

10


Introduction

11











12


a) Déterminations des données de base

► Température extérieure de base e

► Moyenne annuelle de la température extérieure m,e

Données par l’annexe belge (tableaux)

13











14



► Délimiter le volume protégé (VP) du bâtiment

► Spécifier le statut de chaque espace (chauffé ou non)

dans et hors VP

► Calculer les surfaces et volume de chaque pièce

► Déterminer la température intérieure de base pour chaque

espace

› Données par l’annexe belge (tableau)

Type de pièce ou d’espace int,i [°C]

Chambre 18

Salon, cuisine, bureau, etc. 20

SDB 24

Salle de gym 16

Pièces d’un appartement voisin (même VP) 15

Pièces d’un appartement voisin (autre VP) 10

Pièces hors gel 5

Etc. …

15











16


c) Détermination des caractéristiques des parois

pour chaque espace

► Surface de chaque paroi

► U des parois et ponts thermiques éventuels

► Selon normes européennes EN ISO 6946, 10077-1, 10077-2 et 673

› U paroi opaque = 1/ RT

RT = Rsi + R1 + (R2) + (R...) + (Ra) + Rse

Source : Energie+

17



pour chaque espace

› U fenêtre =

Ug = le coefficient de transmission thermique du vitrage

Ag = l’aire du vitrage

Uf = le coefficient de transmission thermique de l’encadrement

Af = l’aire de l’encadrement

Up = le coefficient de transmission thermique du panneau

Ap = l’aire du panneau

Ur = le coefficient de transmission thermique de la grille de ventilation

Ar = l’aire de la grille de ventilation

ψg = le coefficient de transmission thermique linéique de l'intercalaire autour du vitrage

lg = le périmètre visible du vitrage

ψp = le coefficient de transmission thermique linéique autour du panneau

lp = le périmètre visible du panneau

18



pour chaque espace

› Ponts thermiques :

– Catalogues

– Logiciels

Source : Energie+

19











20


d) Calcul des déperditions calorifiques de base par

transmission FT

► Vers l’extérieur

Source : Guide PEB RW

21



transmission FT

► Vers un EANC

Source : Energie+

22



transmission FT

► Vers le sol

Source : Energie+

23



transmission FT

► Vers les espaces adjacents chauffés à une autre T°

› Températures de confort différentes

› Zonage éventuel

24











25


e) Calcul des déperditions calorifiques de base par

ventilation FV

► 2 méthodes pour déterminer ces pertes :

avec ou sans système de ventilation

26



ventilation FV

► Pertes par infiltration

Source : CSTC

27



ventilation FV

► Pertes via le système de ventilation

Source : Energie+

28



ventilation FV

► Pertes par dépression

29











30


f) Calcul des déperditions de base totales

Ftotales= FT + FV

= Pertes par transmission + Pertes par ventilation

31











32


g) Calcul de la puissance de relance

► Les espaces chauffés de façon intermittente nécessitent

une surpuissance de relance pour atteindre la température

intérieure nominale requise en un temps donné après une

période de ralenti.

► Cette puissance dépend des facteurs suivants :

› le niveau d'isolation du bâtiment

› le débit d’air d'infiltration pendant la réduction ou l'interruption

de chauffage et pendant la période de relance;

› la capacité calorifique (inertie thermique);

› la durée de relance présumée;

› la diminution de température pendant la réduction

(interruption) de chauffage et la durée de relance appliquée;

› les caractéristiques du système de régulation.

33



► Une surpuissance de relance peut ne pas toujours être

nécessaire, par exemple si :

› le système de régulation est capable de supprimer le ralenti

lors des jours les plus froids ;

› les déperditions (pertes par renouvellement d’air) peuvent

être diminuées en période de ralenti.

► La surpuissance de relance doit être convenue avec le

client.

► La surpuissance de relance peut être déterminée de

manière détaillée par des méthodes de calcul dynamique.

Choix du concepteur et du MO !

34



► Sous les conditions suivantes, méthode de calcul

simplifiée possible.

► Pour les bâtiments résidentiels :

› La période de restriction (ralenti de nuit) ne dépasse pas 8h.

› Le bâtiment n’est pas de construction légère (telle que la

construction en structure bois).

► Pour les bâtiments non résidentiels :

› La période de restriction ne dépasse pas 48 h (ralenti de fin

de semaine).

› La période d’occupation pendant les jours ouvrables

dépasse 8 h par jour.

› La température intérieure nominale est comprise entre 20°C

et 22°C.

35



►

► Dépend de l’inertie du bâtiment :

› Forte inertie = planchers et plafonds en béton et murs en

briques ou en béton

› Inertie moyenne = planchers et plafonds en béton, et murs

légers

› Bâtiments de faible inertie = faux plafonds, planchers

surélevés et murs légers

36



►

► Bâtiments non résidentiels :

37



►

► Bâtiments résidentiels :

38



►

► A calculer pour chaque pièce

› Pour dimensionner les émetteurs

› Pour dimensionner la production

39











40


h) Calcul de la charge thermique totale

FHL= FT + FV + FRH

= Pertes par transmission + Pertes par ventilation + Relance

41


● Détermination du nombre de générateur(s)

► NBN D 30-001

42


● Exception à cette méthode

► Cette méthode n’est applicable que pour des locaux dont

la hauteur sous plafond n’excède pas 5 m

► L’annexe B permettent d’adapter cette méthode à des

configurations particulières

43





● Exemple concret


Plan de l’exposé

44

Exemple concret

a) Données de base

► Type de bâtiment :

› Ecole 4 façades, R + 1

› RDC au niveau du sol (pas de cave)

› Toiture plate

› Conforme PEB Flandre 2015

› Nappe phréatique située à plus d’1 m de profondeur

► Situation :

› Zone climatique avec e = - 8°C

› Moyenne annuelle de la température extérieure : m,e = + 10°C

► Chaudière gaz condensation prévue

► Chauffage par radiateurs

► Système de ventilation type C

► Etanchéité visée : n50 = 2,5 h-1

45

Exemple concret

b) Identification de l’espace

► Plan bâtiment étudié (RDC) :

46

Exemple concret


► Classe étudiée (RDC) :

47

Exemple concret


► Classe étudiée (RDC) :

20°C20°C 20°C

-8°C

48

Exemple concret

c) Identification des parois

► Valeurs U :

› Plancher sur sol – U = 0,25 W/m²K

› Mur extérieur – U = 0,23 W/m²K

› Mur intérieur – U = 1,64 W/m²K

› Plancher intermédiaire (flux ascendant) – U = 2,57 W/m²K

› Plancher intermédiaire (flux descendant) – U = 1,89 W/m²K

› Portes intérieures – U = 2,34 W/m²K

› Fenêtres – U = 1,3 W/m²K

► Ponts thermiques :

› Seuil de fenêtre – Ψ = 0,40 W/mK

49

Exemple concret

c) Identification des parois

► Surfaces :

› Plancher sur sol = 66 m²

› Mur extérieur = 32 – 16,7 = 15,3 m²

› Murs intérieurs vers espaces à T° différente = 14 m²

› Portes intérieures = 3,6 m²

› Fenêtres = 16,7 m²

► Ponts thermiques :

› Seuil de fenêtre = 6,4 m

50

Exemple concret


transmission FT

Extérieur

Espaces adjacents

non chauffés

(EANC) Sol

Espaces adjacents

chauffés à une autre T°

T° int

T° ext

VP Hors

VP

51

Exemple concret


transmission FT


HT,ie = 15,3 . 0,23 + 16,7 . 1,3 + 6,4 . 0,40 = 28 W/K

1 1

Mur

extérieurFenêtre Seuil

52

Exemple concret


transmission FT

► Vers un EANC

HT,iue = 0

53

Exemple concret


transmission FT

► Vers le sol

1,45 1

fg2 = (20 – 10) / (20 + 8) = 0,36

54

Exemple concret


transmission FT

► Vers le sol

1,45 1

Uequiv,k donné par la norme

Dépend de B’ = Ag / (0,5 . P)

U plancher = 0,25 < 0,50 W/m²K

B’ pour ensemble du bâtiment OK

55

Exemple concret


transmission FT

► Vers le sol

Ag = 1.160 m²

P = 173 m

B’ = 13,4

56

Exemple concret


transmission FT

► Vers le sol

57

Exemple concret


transmission FT

► Vers le sol

Avec U plancher = 0,25 W/m²K

B’ = 13,4

Uequiv,k ≈ 0,14 W/m²K

58

Exemple concret


transmission FT

► Vers le sol

1,45 1

HT,ig = 1,45 . 0,36 . (66 . 0,14) . 1 = 5 W/K

59

Exemple concret


transmission FT


20°C

60

Exemple concret


transmission FT


61

Exemple concret


transmission FT


fij = (20 – 16) / (20 + 8) = 0,14

HT,ij = (0,14 . 14 . 1,64) + (0,14 . 3,6 . 2,34) = 4,4 W/K

Murs Portes

62

Exemple concret


transmission FT

FT,i = (28 + 0 + 5 + 4,4) . (20 + 8) = 1.047,2 W

63

Exemple concret


ventilation FV

V̇i (m³/h) : avec système de ventilation

64

Exemple concret


ventilation FV

► Avec système de ventilation (Vi = 191,4 m³)

2,5

0,1 1

V̇inf,i = 2 . 191,4 . 2,5 . 0,1 . 1 = 95,7 m³/h

65

Exemple concret


ventilation FV

► Avec système de ventilation

→ Débit déterminé par le concepteur

→ V̇su,i = 572 m³/h

66

Exemple concret


ventilation FV


→ tient compte du récupérateur de chaleur

→ Système C : fv,i = 1

67

Exemple concret


ventilation FV


→

→ Seulement si bâtiment en dépression

→ Bâtiment à l’équilibre : V̇mech,inf,i = 0

68

Exemple concret


ventilation FV


V̇i = 95,7 + 572 . 1 + 0 = 665,7 m³/h

69

Exemple concret


ventilation FV

Hv,i = 0,34 . 665,7 = 226,3 W/K

FV,i = 226,3 . (20 + 8) = 6.338 W

70

Exemple concret

f) Calcul des déperditions de base totales

Ftotales= FT + FV

Ftotales= 1.047,2 + 6.338 = 7.385 W

71

Exemple concret


►

► Bâtiment non résidentiel :

► FRH,i = 66 . 25 = 1.650 W

72

Exemple concret

h) Calcul de la charge thermique totale

FHL= FT + FV + FRH

FHL= 1.047,2 + 6.338 + 1.650 = 9.035 W

Les émetteurs de chaleur devront être dimensionnés pour

assurer une puissance de 9.035 W

Ce calcul devra être réalisé pour tous les locaux du

bâtiment afin de dimensionner la production de chaud

73





● Exemple concret


Plan de l’exposé

74

Importance de la relance

● Exemple étudié

► Puissance de déperditions = 137 W/m²

► Puissance de relance = 25 W/m² ≈ 20 % puissance totale

► Puissance faible en relatif car système de ventilation C et

enveloppe standard

75


● Dans certains bâtiments performants

► Fdéperditions < Frelance

► Graphiquement

Source : Energie+

76


● Améliorer enveloppe, plus d’effet sur puissance ?

► Si !

► En absolu, la puissance de relance diminue :

› Chute de T° moins importante durant l’intermittence

› Même durée de réchauffage

= Puissance moins élevée

Source : Energie+

77


● Comment éviter la puissance de relance ?

► Mise en place d’un optimiseur

› Sur base de la température extérieure

› Sur base de la température extérieure et intérieure

› Autoadaptation

Source : Energie+

78



► Mise en place d’un optimiseur

› Autoadaptation : exemple

– Consigne de base = 20°C à 8h

› Même chose pour le moment de coupure

Jour Consigne

1er jour T°ext + T°int

2e jour Erreur jour précédent + T°

3e jour Erreur jour précédent + T°

4e jour Réglage optimal

79



► Couper le système de ventilation (au minimum)

› Cela permet de minimiser les pertes par ventilation pendant

la période d’inoccupation

› Selon norme NBN EN 15251 :

– Minimum 2 vol/h avant occupation

– 0,1 à 0,2 l/s.m² en continu

› Il est également possible de chauffer sur l’air avec un registre

de recyclage pendant la relance

80


● Ne pas négliger cette puissance:

► Pratique commune dans les bâtiments existants

► Mais à ne pas oublier dans les bâtiments Passifs, TBE,

etc.

81

● http://www.environnement.brussels/thematiques/batiment/la-

peb/les-installations-techniques-chauffage-et-

climatisation/reglementation

► Exigences PEB chauffage

● www.nbn.be

► Normes payantes

● www.energieplus-lesite.be

► Calcul des U

► Informations diverses sur les installation de chauffage

● www.cstc.be

► Abonnement payant ou accès entrepreneur gratuit pour normes

► Guide pratique pour le calcul des déperditions

► Feuille Excel pour le calcul des déperditions (gratuite) :

http://www.cstc.be/index.cfm?dtype=na_energy&doc=EN%2012831_2015%20Excel

%20FR.zip&lang=fr

Outils, sites internet, etc… intéressants :

http://www.environnement.brussels/thematiques/batiment/la-peb/les-installations-techniques-chauffage-et-climatisation/reglementation

http://www.nbn.be/

http://www.energieplus-lesite.be/

http://www.cstc.be/

http://www.cstc.be/index.cfm?dtype=na_energy&doc=EN 12831_2015 Excel FR.zip&lang=fr

82

Références Guide Bâtiment Durable et autres sources :

Guide Bâtiment Durable

www.guidebatimentdurable.brussels

Thème ENERGIE

Dossier I Garantir l'efficience des installations de chauffage

et ECS (distribution et émission)

http://www.guidebatimentdurable.brussels/

http://www.guidebatimentdurable.brussels/fr/garantir-l-efficience-des-installations-de-chauffage-et-ecs-distribution-et-emission.html?IDC=22&IDD=5444

83

Ce qu’il faut retenir de l’exposé

● Un bilan de déperditions est primordial afin de

dimensionner son installation de chauffage, aussi

bien en rénovation qu’en construction neuve

● Réalisé selon la norme NBN EN 12831

● Ne pas négliger la relance

84

Contact

Danielle MAKAIRE

Ingénieur projet

Coordonnées

: +32 4 226 91 60

E-mail : [email protected]

85

Annexes

86



transmission FT

Extérieur

Espaces adjacents

non chauffés

(EANC) Sol

Espaces adjacents

chauffés à une autre T°

T° int

T° ext

VP Hors

VP

87



transmission FT


1 1Fixé par

l’annexe belge

88



transmission FT

► Vers un EANC

89



transmission FT

► Vers le sol

1,45 1 ou 1,15 si la distance entre le

plancher et la nappe éventuelle

est supérieure ou inférieure à 1 m

Uequiv,k donné par la norme

90



transmission FT

► Vers le sol

Uequiv,k dépend de la typologie du plancher :

91



transmission FT

► Vers le sol

Graphiques et tableaux donnés par la norme en fonction

de B’ et Z pour déterminer Uequiv

92



transmission FT

► Vers le sol

Graphiques et tableaux donnés par la norme pour Uequiv

Même chose pour

les murs en contact

avec le sol

93



transmission FT

► Vers le sol

Pour un plancher sur vide sanitaire ou sur un sous-sol

non chauffé : calcul avec formule d’un EANC !

94



transmission FT


› Local dans la même partie de bâtiment (SDB, local de

stockage, etc.)

› Local autre partie du même bâtiment (autre appartement du

même bâtiment)

› Local autre bâtiment

95



transmission FT


96



ventilation FV

2 méthodes pour déterminer Vi (m³/h) :

avec ou sans système de ventilation

97



ventilation FV

► Sans système de ventilation

98



ventilation FV


Ou valeur mesurée réellement !

99



ventilation FV


100



ventilation FV


101



ventilation FV


6

Ou grandeur mesurée

0,1 1

102



ventilation FV


→ Déterminé comme précédemment

103



ventilation FV


→ Débit introduit dans le local, déterminé par le concepteur

104



ventilation FV


→ tient compte du récupérateur de chaleur

éventuel

→

→

→ Si sytsème C : fv,i = 1 !

→ Si local alimenté par air de transfert,

θsu,i = θadj = température la plus basse possible

105



ventilation FV


→

→ Seulement si bâtiment en dépression

→ D’abord pour bâtiment entier

→ Ensuite pour chaque espace :

106



ventilation FV

On peut maintenant calculer les pertes par ventilation

107

Quelques abréviations pour s’y retrouver

108

Quelques abréviations pour s’y retrouver

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