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Bruxelles Environnement
BESOINS ET EXIGENCES POUR LE DIMENSIONNEMENT
D’UNE INSTALLATION DE CHAUFFAGE
Jonathan FRONHOFFS
CENERGIE
Formation Bâtiment Durable :
Chauffage et eau chaude sanitaire: conception et régulation
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
dimensionnement d’une installation de chauffage
● 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
● Définition des besoins et des exigences pour le
dimensionnement d’une installation de chauffage
● Les différentes méthodes de dimensionnement
● Le calcul de déperditions (Norme NBN EN 12831)
● Exemple concret
● Importance de la relance
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
Calcul des déperditions (NBN EN 12831)
Introduction
11
Calcul des déperditions (NBN EN 12831)
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
12
Calcul des déperditions (NBN EN 12831)
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
Calcul des déperditions (NBN EN 12831)
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
14
Calcul des déperditions (NBN EN 12831)
b) Identification des espaces dans le bâtiment
► 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
Calcul des déperditions (NBN EN 12831)
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
16
Calcul des déperditions (NBN EN 12831)
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
Calcul des déperditions (NBN EN 12831)
c) Détermination des caractéristiques des parois
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
Calcul des déperditions (NBN EN 12831)
c) Détermination des caractéristiques des parois
pour chaque espace
› Ponts thermiques :
– Catalogues
– Logiciels
Source : Energie+
19
Calcul des déperditions (NBN EN 12831)
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
20
Calcul des déperditions (NBN EN 12831)
d) Calcul des déperditions calorifiques de base par
transmission FT
► Vers l’extérieur
Source : Guide PEB RW
21
Calcul des déperditions (NBN EN 12831)
d) Calcul des déperditions calorifiques de base par
transmission FT
► Vers un EANC
Source : Energie+
22
Calcul des déperditions (NBN EN 12831)
d) Calcul des déperditions calorifiques de base par
transmission FT
► Vers le sol
Source : Energie+
23
Calcul des déperditions (NBN EN 12831)
d) Calcul des déperditions calorifiques de base par
transmission FT
► Vers les espaces adjacents chauffés à une autre T°
› Températures de confort différentes
› Zonage éventuel
24
Calcul des déperditions (NBN EN 12831)
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
25
Calcul des déperditions (NBN EN 12831)
e) Calcul des déperditions calorifiques de base par
ventilation FV
► 2 méthodes pour déterminer ces pertes :
avec ou sans système de ventilation
26
Calcul des déperditions (NBN EN 12831)
e) Calcul des déperditions calorifiques de base par
ventilation FV
► Pertes par infiltration
Source : CSTC
27
Calcul des déperditions (NBN EN 12831)
e) Calcul des déperditions calorifiques de base par
ventilation FV
► Pertes via le système de ventilation
Source : Energie+
28
Calcul des déperditions (NBN EN 12831)
e) Calcul des déperditions calorifiques de base par
ventilation FV
► Pertes par dépression
29
Calcul des déperditions (NBN EN 12831)
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
30
Calcul des déperditions (NBN EN 12831)
f) Calcul des déperditions de base totales
Ftotales = FT + FV
= Pertes par transmission + Pertes par ventilation
31
Calcul des déperditions (NBN EN 12831)
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
32
Calcul des déperditions (NBN EN 12831)
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
Calcul des déperditions (NBN EN 12831)
g) Calcul de la puissance de relance
► 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
Calcul des déperditions (NBN EN 12831)
g) Calcul de la puissance de relance
► 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
Calcul des déperditions (NBN EN 12831)
g) Calcul de la puissance de relance
►
► 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
Calcul des déperditions (NBN EN 12831)
g) Calcul de la puissance de relance
►
► Bâtiments non résidentiels :
37
Calcul des déperditions (NBN EN 12831)
g) Calcul de la puissance de relance
►
► Bâtiments résidentiels :
38
Calcul des déperditions (NBN EN 12831)
g) Calcul de la puissance de relance
►
► A calculer pour chaque pièce
› Pour dimensionner les émetteurs
› Pour dimensionner la production
39
Calcul des déperditions (NBN EN 12831)
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
40
Calcul des déperditions (NBN EN 12831)
h) Calcul de la charge thermique totale
FHL = FT + FV + FRH
= Pertes par transmission + Pertes par ventilation + Relance
41
Calcul des déperditions (NBN EN 12831)
● Détermination du nombre de générateur(s)
► NBN D 30-001
42
Calcul des déperditions (NBN EN 12831)
● 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
● Définition des besoins et des exigences pour le
dimensionnement d’une installation de chauffage
● Les différentes méthodes de dimensionnement
● Le calcul de déperditions (Norme NBN EN 12831)
● Exemple concret
● Importance de la relance
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
b) Identification de l’espace
► Classe étudiée (RDC) :
47
Exemple concret
b) Identification de l’espace
► Classe étudiée (RDC) :
20°C 20°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
d) Calcul des déperditions calorifiques de base par
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
d) Calcul des déperditions calorifiques de base par
transmission FT
► Vers l’extérieur
HT,ie = 15,3 . 0,23 + 16,7 . 1,3 + 6,4 . 0,40 = 28 W/K
1 1
Mur
extérieur Fenêtre Seuil
52
Exemple concret
d) Calcul des déperditions calorifiques de base par
transmission FT
► Vers un EANC
HT,iue = 0
53
Exemple concret
d) Calcul des déperditions calorifiques de base par
transmission FT
► Vers le sol
1,45 1
fg2 = (20 – 10) / (20 + 8) = 0,36
54
Exemple concret
d) Calcul des déperditions calorifiques de base par
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
d) Calcul des déperditions calorifiques de base par
transmission FT
► Vers le sol
Ag = 1.160 m²
P = 173 m
B’ = 13,4
56
Exemple concret
d) Calcul des déperditions calorifiques de base par
transmission FT
► Vers le sol
57
Exemple concret
d) Calcul des déperditions calorifiques de base par
transmission FT
► Vers le sol
Avec U plancher = 0,25 W/m²K
B’ = 13,4
Uequiv,k ≈ 0,14 W/m²K
58
Exemple concret
d) Calcul des déperditions calorifiques de base par
transmission FT
► Vers le sol
1,45 1
HT,ig = 1,45 . 0,36 . (66 . 0,14) . 1 = 5 W/K
59
Exemple concret
d) Calcul des déperditions calorifiques de base par
transmission FT
► Vers les espaces adjacents chauffés à une autre T°
20°C
60
Exemple concret
d) Calcul des déperditions calorifiques de base par
transmission FT
► Vers les espaces adjacents chauffés à une autre T°
61
Exemple concret
d) Calcul des déperditions calorifiques de base par
transmission FT
► Vers les espaces adjacents chauffés à une autre T°
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
d) Calcul des déperditions calorifiques de base par
transmission FT
FT,i = (28 + 0 + 5 + 4,4) . (20 + 8) = 1.047,2 W
63
Exemple concret
e) Calcul des déperditions calorifiques de base par
ventilation FV
V̇i (m³/h) : avec système de ventilation
64
Exemple concret
e) Calcul des déperditions calorifiques de base par
ventilation FV
► Avec système de ventilation
2,5
0,1 1
V̇inf,i = 2 . 57 . 2,5 . 0,1 . 1 = 28,5 m³/h
65
Exemple concret
e) Calcul des déperditions calorifiques de base par
ventilation FV
► Avec système de ventilation
→ Débit déterminé par le concepteur
→ V̇su,i = 572 m³/h
66
Exemple concret
e) Calcul des déperditions calorifiques de base par
ventilation FV
► Avec système de ventilation
→ tient compte du récupérateur de chaleur
→ Système C : fv,i = 1
67
Exemple concret
e) Calcul des déperditions calorifiques de base par
ventilation FV
► Avec système de ventilation
→
→ Seulement si bâtiment en dépression
→ Bâtiment à l’équilibre : V̇mech,inf,i = 0
68
Exemple concret
e) Calcul des déperditions calorifiques de base par
ventilation FV
► Avec système de ventilation
V̇i = 28,5 + 572 . 1 + 0 = 600,5 m³/h
69
Exemple concret
e) Calcul des déperditions calorifiques de base par
ventilation FV
Hv,i = 0,34 . 600,5 = 204,2 W/K
FV,i = 204,2 . (20 + 8) = 5.716,8 W
70
Exemple concret
f) Calcul des déperditions de base totales
Ftotales = FT + FV
Ftotales = 1.047,2 + 5.716,8 = 6.764 W
71
Exemple concret
g) Calcul de la puissance de relance
►
► 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 + 5.716,8 + 990 = 7.754 W
Les émetteurs de chaleur devront être dimensionnés pour
assurer une puissance de 7.754 W
Ce calcul devra être réalisé pour tous les locaux du
bâtiment afin de dimensionner la production de chaud
73
● Définition des besoins et des exigences pour le
dimensionnement d’une installation de chauffage
● Les différentes méthodes de dimensionnement
● Le calcul de déperditions (Norme NBN EN 12831)
● Exemple concret
● Importance de la relance
Plan de l’exposé
74
Importance de la relance
● Exemple étudié
► Puissance de déperditions = 103 W/m²
► Puissance de relance = 25 W/m² ≈ 25 % puissance totale
► Puissance faible en relatif car système de ventilation C et
enveloppe standard
75
Importance de la relance
● Dans certains bâtiments performants
► Fdéperditions < Frelance
► Graphiquement
Source : Energie+
76
Importance de la relance
● 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
Importance de la relance
● 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
Importance de la relance
● Comment éviter la puissance de relance ?
► 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
Importance de la relance
● Comment éviter la puissance de relance ?
► 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
Importance de la relance
● 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 :
82
Références Guide Bâtiment Durable et autres sources :
● Guide Bâtiment Durable: http://www.bruxellesenvironnement.be/guidebatimentdurable
Fiche G_ENE10
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
Jonathan FRONHOFFS
Chef de projet
Coordonnées
: +32 485 702 878
E-mail : [email protected]