FORMATION BATIMENT DURABLE : PASSIF ET (TRES) BASSE ENERGIE Journée 3.2 Systèmes Notions théoriques Chauffage & ECS

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1 FORMATION BATIMENT DURABLE : PASSIF ET (TRES) BASSE ENERGIE Journée 3.2 Systèmes Notions théoriques Chauffage & ECS Piotr Wierusz-Kowalski PRINTEMPS 2015 p.kowalski@mkengineering.be

2 2 OBJECTIF(S) DE LA PRESENTATION Identifier les besoins de chaleur pour le chauffage et l eau chaude sanitaire Estimer l impact sur les critères de certification (c-à-d l Energie Primaire) du choix du système de production de la chaleur Intégrer les enjeux des systèmes de distribution et d émission de la chaleur Prendre en compte l impact de la consommation d eau chaude sanitaire

3 3 TABLE DES MATIERES INTRODUCTION CHAUFFAGE EAU CHAUDE SANITAIRE (ECS)

4 4 INTRODUCTION OCCURRENCE DES BESOINS Exemple pour le résidentiel (100 m² en passif) : [kwh/mois] Janvier Février Mars Avril Mai Juin Juillet Août Septembre Octobre Novembre Décembre Besoin de chauffage Besoin en ECS N Besoins de chauffage : durant les mois les plus froids uniquement N Besoins en ECS : toute l année!

5 5 INTRODUCTION PUISSANCE RELATIVE Exemple pour le résidentiel (100 m² de surface de référence énergétique en passif) : N Puissance chauffage : Passif : 1 à 3 kw (± 10 à 30 W/m²) TBE : 2 à 4 kw (± 20 à 40 W/m²) PEB : 6 à 8 kw (± 60 à 80 W/m²) Existant : 12 à 18 kw (± 120 à 180 W/m²) N Puissance ECS : Instantané: 24 kw!!! Accumulation : 4 à 24 kw, suivant La taille du ballon de stockage L éventuelle centralisation en logement collectif (effet de foisonnement) Source : Energie +

6 6 INTRODUCTION TEMPÉRATURE DE FONCTIONNEMENT En chauffage : intérêt de travailler en basse température N Favorise le rendement N Fonctionnement avec courbe de chauffe glissante Source : Energie + En ECS : nécessité de travailler en haute température N Température de puisage de l ECS = +/- 45 C N Mais lutte contre la légionellose (voir plus loin) préparation à C et distribution à 60

7 7 INTRODUCTION ENERGIE RELATIVE PEB [kwh/an.m²] Passif [kwh/an.m²] Résidentiel : N Solution PEB : les besoins de chaleurs de chauffage sont prépondérants Source Matrciel N Solution passive : à l inverse, sans mesures spécifiques, se sont les besoins en ECS qui deviennent prépondérants

8 8 INTRODUCTION CONCLUSION Chauffage et ECS dans le TBE et Passif, : 1. Grandes différences du point de vue : occurrence des besoins puissances relatives nécessaires température de fonctionnement 2. Répartition des besoins énergétiques (chauffage et ECS) très différente des conceptions traditionnelles Le choix d un système de production de chaleur doit être analysé en tenant compte de ces spécificités

9 9 INTRODUCTION QUESTIONS / RÉPONSES / DÉBATS?

10 10 TABLE DES MATIERES INTRODUCTION CHAUFFAGE EAU CHAUDE SANITAIRE (ECS)

11 11 CHAUFFAGE INTRODUCTION Des Besoins Nets à l Energie primaire Déperdition Besoins de chaleur Exercice pratique PRODUCTION DISTRIBUTION EMISSION RÉGULATION ENERGIE PRIMAIRE

12 12 CHAUFFAGE INTRODUCTION Besoins nets à l énergie primaire Déperditions par transmission Déperditions par ventilation volontaire Formation Systèmes : Chauffage & ECS = - - = + = - + = + = 3. Déperditions par in/exfiltration 4. Déperditions totales de l enveloppe 5. Apports solaires 6. Apports internes 7. Besoins nets en énergie pour le chauffage 8. Pertes du système 9. Besoins bruts en énergie pour le chauffage 10. Solaire thermique éventuel 11. Pertes de production 12. Consommation finale pour le chauffage 13. Pertes de transformation 14. Consommation d énergie primaire pour le chauffage Source : formation PEB Wallonie Source : Guide PEB RW 3.2

13 13 CHAUFFAGE INTRODUCTION - Déperditions Puissance de chauffe : sur base de calcul de déperditions normalisés : N NBN B & NBN EN Attention PEB : calculs à remettre! N Suivant PHPP? NON! non normalisé, unizone, sans relance, prise en compte des apports externes, etc. valeur indicative Ordre de grandeur : N Bâtiment PEB 2008 : N Bâtiment TBE : N Bâtiment Passif : de 60 à 80 W/m² de 20 à 40 W/m² de 10 à 30 W/m²

14 14 CHAUFFAGE INTRODUCTION Besoins de chaleur Besoins de chaleur : N Calcul suivant PHPP Ordres de grandeurs : N Bâtiment PEB 2008 : ± kwh/an.m² N Bâtiment TBE : max 30 kwh/an.m² N Bâtiment Passif : max 15 kwh/an.m² Source : PMP

15 15 CHAUFFAGE INTRODUCTION Exercice Pratique 169 Exercice commenté : calcul simplifié des déperditions d un local (type chambre) suivant NBN EN Analyse comparative commentée avec résultat PHPP : N Puissances déperditives N Besoins de chaleurs Projet de logements collectifs à Bruxelles logement n 4 N Surface logement : 128 m² N BNEC : 13 kwh/an.m²

16 16 CHAUFFAGE INTRODUCTION Exercice Pratique Calcul des déperditions d un local suivant NBN EN LOCAL PAROIS DÉPERDITIVES LONG LARG S NETTE U fact f k Q t (W) Chambre 1 Fenêtre- passive provisoire Liv (apparts+port) 2,7 0,85 1,00 64 Mur EXT- Mext-01-faç enduit 6,2 0,15 1,00 26 Toit EXT- T-01 (toit princip +7) 10,5 0,053 1,00 16 Plancher c/ PARTIE adjac du même BÂT - PL-02 10,5 0,83 0,30 73 total Qt T int 20 T ext Pulsion air hygiénique Q Puls T int T pul Qv (W) 0,34 x Qp x (T int-t pul) ,2 33 Alim avec air transféré Q Alim T T int T tran Qv (W) 0,34 x Qt x (T int-t pul) Surface nette local = 8,8 m² Hauteur nette local = 2,5 m n 50 = 0,6 Ouvertures exposées= Une ouvert e= 0,01 e= 1,2 Infiltration non contrôlée Volume T int T ext Qv (W) 0,34 x (2 x V x n50 x e x e ) x (T int-t ext) Correction temp du local normale f DT = 1 Facteur de relance f RH = 11 (W/m²) (W) DEPERDITIONS TOTALES = (Qt + Qv) x f DT + A x f RH 35,5 312 N Déperditions : 312 W soit 35,5 W/m² N Puissance totale logement : W DEPERDITIONS TOTALES : 36,26 W/m² 129 m² 4.685

17 17 CHAUFFAGE INTRODUCTION Exercice Pratique Analyse comparative commentée avec résultat PHPP : N Conditions météo : 2 cas de figures à -3 C ou 0 C Conception passive P U I S S A N C E D E C H A U F F A G E Projet: Liv_Logement 04 Type de bâtiment/usage: xxx Localisation: xxx Surface de référence énergétique A RE: 127,8 m² Climat (puissance de chauffage): B - Brussels IWEC Température intérieure: 20 Température de calcul Rayonnement: nord est sud ouest horizontal Conditions météo 1: -3,1 C W/m² Conditions météo 2: 0,0 C W/m² Température du sol pour le calcul 9,6 C Surface Valeur U Facteur Diff. de.temp. 1 Diff. de temp. 2 P T 1 P T 2 Parois du bâtiment Zone de température m² W/(m²K) toujours 1 (sauf "X") K K W W 1. Paroi en contact avec l'air A extérieur 73,2 * 0,153 * 1,00 * 23,1 ou 20,0 = 259 ou Paroi en contact avec le solb * * 1,00 * 10,4 ou 10,4 = ou 3. Toiture/plancher en contact A avec 153,4 l'air * extérieur 0,078 * 1,00 * 23,1 ou 20,0 = 276 ou Dalle sur sol B * * 1,00 * 10,4 ou 10,4 = ou 5. A * * 1,00 * 23,1 ou 20,0 = ou 6. A * * 1,00 * 23,1 ou 20,0 = ou 7. Parois avec "Hall-Escalier"X 19,0 * 0,586 * 0,19 * 23,1 ou 20,0 = 49 ou Fenêtre A 31,4 * 0,816 * 1,00 * 23,1 ou 20,0 = 592 ou Porte extérieure A * * 1,00 * 23,1 ou 20,0 = ou 10. Pont thermique ext. (long./m) A 60,8 * 0,077 * 1,00 * 23,1 ou 20,0 = 109 ou Pont thermique péri. (long./m) P * * 1,00 * 10,4 ou 10,4 = ou 12. Pont thermique sol (long./m) B * * 1,00 * 10,4 ou 10,4 = ou 13. Haus/Wohnungstrennwand I 30,7 * 0,668 * 1,00 * 3,0 ou 3,0 = 61 ou 61 Puissance conductive P T - - Total = 1345 ou 1172

18 Puissance aéraulique P L VL nl nl cair Diff. de temp. 1 Diff. de temp. 2 P L 1 P L 2 18 CHAUFFAGE INTRODUCTION Exercice Pratique Analyse comparative commentée avec résultat PHPP : N Déperdition de ventilation et déperdition totale SRE Hauteur sous plafond Système de ventilation: m² m m³ Volume d'air effectif V L 127,8 * 2,50 = 320 h EWÜ 1 h EWÜ 2 Rendement de l'échangeur (hors géothermie): h WRG 76% Rendement de l'échangeur géothermique 0% Récup. de chaleur échangeur géotherm.: 0% ou 0% n L,Rest (puissance de chauf.) n L,Anlage F WRG F WRG 1/h 1/h 1/h 1/h Renouvellement d'air de référence n L 0, ,354 *(1-0,76 ou 0,76 ) = 0,148 ou 0,148 m³ 1/h 1/h Wh/(m³K) K K W W 319,5 * 0,148 ou 0,148 * 0,33 * 23,1 ou 20,0 = 361 ou 312 P V 1 P V 2 Total puissance de chauffage P V W W P T + P L = 1706 ou 1484

19 19 CHAUFFAGE INTRODUCTION Exercice Pratique Analyse comparative commentée avec résultat PHPP : N Prise en compte des apports internes et externe P T + P L = 1706 ou 1484 Orientation Surface Facteur solaire Facteur de réduction Rayonnement 1 Rayonnement 2 P S 1 P S 2 (valeur g) des surfaces m² (rayonnement perp.) (voir feuille "Fenêtre") W/m² W/m² W W 1. nord 14,9 * 0,6 * 0,5 * 21 ou 5 = 88 ou est 16,5 * 0,6 * 0,5 * 60 ou 5 = 287 ou sud 0,0 * 0,0 * 0,4 * 90 ou 5 = 0 ou 0 4. ouest 0,0 * 0,0 * 0,4 * 40 ou 5 = 0 ou 0 5. horizontal 0,0 * 0,0 * 0,4 * 50 ou 10 = 0 ou 0 Puissance des gains solaires P S Total = 374 ou 45 Puissance spécifique A EB P I 1 P I 2 Puissance des apports internes P I W/m² m² W W 1,6 * 128 = 204 ou 204 P G 1 P G 2 Apports de chaleur P G W W P S + P I = 579 ou 250 P V - P G = 1128 ou 1234 Puissance de chauffage P H = 1234 W

20 20 CHAUFFAGE INTRODUCTION Exercice Pratique Analyse comparative commentée avec résultat PHPP : N Validation de la possibilité de chauffer par la ventilation Puissance de chauffage spécifique à la surface habitable P H / A EB = 9,7 W/m² Saisie de la température maximale d'air neuf 52 C C C Température maximale d'air neuf J zu,max 52 C Température d'air neuf sans post chauffe J zu,min 14,6 15,3 Comparaison: puis. max. de chauf., qui peut être véhiculée par l'air neuf P Zuluft;Max = 1371 W spécifique: 10,7 W/m² Conclusions : N NBN est «normalisé» Configuration défavorable avec facteurs de relance etc. Puissance de chauffage élevée Pas de possibilité de chauffer par la ventilation Possibilité de chauffer via l'air neuf? (oui / non) oui N PHPP : Hypothèse favorables Puissance faible Possibilité de chauffer par la ventilation

21 21 CHAUFFAGE INTRODUCTION Source : Energie +

22 22 CHAUFFAGE INTRODUCTION PRODUCTION Facteur de conversion en énergie primaire Electricité (effet Joule) Chaudières au gaz / mazout Combustion de biomasse Pompe à chaleur Système multi-intégré Cogénération (production combinée de chaleur et d électricité) DISTRIBUTION EMISSION RÉGULATION ENERGIE PRIMAIRE

23 23 CHAUFFAGE PRODUCTION Conversion en énergie primaire Nécessité de placer les différentes sources d'énergie sur le même pied d'égalité N Prise en compte de toutes les transformations nécessaires avant livraison au consommateur final N Valeurs identiques entre PEB et PHPP mais différente en Région Bruxelloise et Région Wallonne Vecteur énergétique (BXL) Fp gr CO 2 /kwh * /kwh Carburants fossiles 1, ,06 Electricité 2, ,17 Elec. via cogen ou PV -2, variable Biomasse 0,32?? 0,05 * Source : Moniteur

24 24 CHAUFFAGE PRODUCTION Electricité (effet Joule) Principe de fonctionnement N «bruler» l électricité dans une résistance pure. N génère une production de chaleur Paramètres énergétiques N Rendement 100 % N MAIS facteur d énergie primaire de 2.5! Spécificités : N Faible coût d investissement N Faible encombrement N Régulation simplifiée Source : MK Engineering Type d équipement : voir chapitre Emission

25 25 CHAUFFAGE PRODUCTION Chaudière au gaz / mazout Principe de fonctionnement N Combustion (gaz / fuel) et échange de chaleur avec un fluide caloporteur (eau) Paramètres énergétiques N Rendement relativement élevé (possibilité de condensation) η de 95% à 103 % Impact sur la consommation finale N Facteur de conversion en énergie primaire favorable (=1) N Réactivité élevée (temps de réponse) N Pertes : Par les fumées Vers l ambiance À l arrêt Au démarrage

26 26 CHAUFFAGE PRODUCTION Chaudière au gaz / mazout Type d équipement: N Atmosphérique / à air pulsé N Haute température / BT / Condensation N Sur socle / murale N Modulante / à étage / tout ou rien N Combustibles : gaz et mazout Suivant disponibilité sur site Si gaz (Bruxelles!) à favoriser Rendement Émission de polluant Spécificité N Coûts d investissement limités et maitrisés N Simplicité technique et connaissance du marché N Faible puissance disponible et modulante Source : Viessmann Source : Bulex

27 27 CHAUFFAGE PRODUCTION Combustion de biomasse Principe de fonctionnement : N Combustion de bûche, plaquette/pellet (résidus de production) Type d équipement N Poêle à bois / à pellet N Chaudière à bois / à pellet Existe à condensation N Feux ouverts et cassettes Paramètres énergétiques N Facteur d énergie primaire favorable de 0,32 Source : Ökofen Spécificités N Cout d investissement élevé N Large gamme de puissance (24 à >> kw) N Maintenance importante (cendrier, etc.) N Espace de stockage nécessaire pour combustible +/- 1,5 m³/an pour 100 m² de surface (ECH & ECS)

28 28 CHAUFFAGE PRODUCTION Pompe à chaleur (PAC) Principe de fonctionnement N Frigo inversé! Type de pompe à chaleur N Air / Air N Air / Eau N Eau / Eau PAC aérothermique PAC géothermique PAC hydrothermique Source : Energie + Echangeur statique Captage horizontal Eau de surface Echangeur dynamique Source : EF4 Captage vertical Eau souterraine

29 29 CHAUFFAGE PRODUCTION Pompe à chaleur Intérêt énergétique N Efficacité énergétique potentiellement élevée Suivant type de source : air / eau / sol (géothermie) N Consommation d électricité (pas d intro gaz etc.) N Éventuellement réversible (en froid pour non résidentiel) N Faible disponibilité de chaleur par grand froid si PAC air et rendement très dégradé! or en passif besoins surtout par grand froid un système complémentaire Spécificités N Toute gamme de puissances disponible N Fonctionnement en basse température! Eau chaude sanitaire!! Type de corps d émission (voir plus loin) N Pour très faible puissance (passif), existe avec revalorisation de l air extrait comme source froide Source : Energie +

30 30 CHAUFFAGE PRODUCTION Multi-intégré Principe de fonctionnement N Équipement unique intégrant : Ventilation double flux à récupération de chaleur Pompe à chaleur intégrée pour chauffage de l air de ventilation Préparateur d eau chaude sanitaire solaire Source GENVEX

31 31 CHAUFFAGE PRODUCTION Multi-intégré Intérêt énergétique N Chauffage par PAC mais COP (rendement) faible car appoint électrique intégré N 1 seul vecteur énergétique (électricité) Spécificités N Système individualisé N Simplification de installations (tout en 1) et gain de place N Simplification de la régulation N Encodage possible dans le PHPP si certifié N Très faible puissance de chauffe N Cout d investissement élevé N Appoint électrique nécessaire N Il existe divers variantes du système «combi» jusqu au système avec micro-chaudière intégrée

32 32 CHAUFFAGE PRODUCTION Cogénération Principe de fonctionnement N Production combinée de chaleur & d électricité. N Moteur à combustion (gaz, mazout, biomasse ) Type «groupe électrogène» Entrainement d un alternateur (électricité) N Récupération de chaleur Source : ICEDD

33 33 CHAUFFAGE PRODUCTION Cogénération Paramètres énergétiques N Rendement global «chaleur & électricité» supérieur. Source : ICEDD N Production de chaleur haute température N Ne peut couvrir 100 % des besoins Nécessite un système complémentaire / d appoint N Facteur en énergie primaire de l électricité produite de -2,5

34 34 CHAUFFAGE PRODUCTION Cogénération Spécificités N Investissement élevé Engineering coûteux N Raccordement électrique et régulation complexe N Nécessite une base de demande énergétique constante D où système de stockage de la chaleur (ballon ECH) N Existe dans une large gamme de puissances Source : ICEDD Tendance : N En développement : micro ou nano-cogen N Moteur stirling Source : WhisperGen Infos complémentaires :

35 35 CHAUFFAGE PRODUCTION Synthèse Vecteur électrique : à limiter en appoint! Gaz : Très bon compromis à BXL. Bois : encombrement / cout / maintenance / EP / émissions PAC :!!! rendements par grand froid si de type tout air Multi intégré : marché peu développé à ce jour Cogénération : pour les grands systèmes et baseload importante Encodage PHPP détaillé à prévoir

36 36 CHAUFFAGE INTRODUCTION PRODUCTION DISTRIBUTION Fluide caloporteur Pertes thermiques Zonage Electricité auxiliaire EMISSION RÉGULATION ENERGIE PRIMAIRE

37 37 CHAUFFAGE DISTRIBUTION Fluide caloporteur Air vs Eau : Capacité de transport de la chaleur N Prise en compte de : La capacité thermique du fluide caloporteur Les consommations énergétiques de distribution (pompe/ventilateur) N Consommation énergétique inférieure pour l eau Exemple: N Chauffage de 100 m² passif (y compris relance et hors apports) +/ W (NBN PHPP) N Ventilation suivant NBN D de 250 m³/h N Capacité de transport de l air si pulsion à 40 C (max) : 250 [m³/h] / 3600 [s/h] x 1,16 [kg/m³] x 1 [kj/kg] x (40-20) [K ] = W N La ventilation n est pas en mesure de compenser 100 % des déperditions (suivant NBN, y compris relance et sans apport) N Une ventilation intermittente n est plus possible. N Pertinence d émetteurs de chaleur complémentaire.

38 38 CHAUFFAGE DISTRIBUTION Pertes thermiques Distribution de la chaleur = pertes en ligne suivant : N Différence de T entre fluide et ambiance N Y compris pour la chaleur par l air! N Épaisseur & performance du calorifuge Rappel = Obligation PEB!!! Ordre de grandeur 1mètre de DN 20 ECH à 50 C dans ambiance de h/an sans isolant = 120 kwh/an = 8,0 m² de passif! 30 mm LR (PEB) = 28 kwh/an = 1,9 m² de passif 60 mm LR = 20 kwh/an = 1,3 m² de passif Source : photos MK Engineering A prendre en compte dans le PHPP! N Les pertes de distribution augmentent la consommation en énergie brute

39 39 CHAUFFAGE DISTRIBUTION Zonage Unizone / multizone? Réglementation PEB : N En résidentiel : 1 unité = 1 zone N En tertiaire : max m² / zone et 1 étage /zone N Chaque zone est indépendante Suivant N Orientation (charges externes) N Affectation & usage (charges internes) N Horaire d occupation N Comptabilité énergétique PHPP = unizone! Or, N en résidentiel : living (21 C), chambre (18 C), sdb (24 C) etc. N en tertiaire : bureaux, circulation, archives, salles de classes, noyau sanitaire, etc.

40 40 CHAUFFAGE DISTRIBUTION Electricité auxiliaire Electricité auxiliaire : N Circulateur (chauffage par eau) N Ventilateur (chauffage par air) circulation du fluide caloporteur Source de consommation : N Pertes de charges (résistance à l avancement) dues aux conduites aux singularités (organes de réglage, de contrôles et accessoires) A prendre en compte dans le PHPP! N Impact sur la consommation en énergie auxiliaire Source : Energie + Source : Grundfoss

41 41 CHAUFFAGE DISTRIBUTION Synthèse Eau : 1 er vecteur de transport de l énergie Air : OK pour vecteur secondaire si appoint complémentaire prévu Calorifuge : 1 MUST! Zonage : à intégrer très en amont Consommation des auxiliaires : paramètres non négligeables

42 42 CHAUFFAGE INTRODUCTION PRODUCTION DISTRIBUTION EMISSION Introduction Radiateurs et convecteurs à ECH Chauffage par le sol Radiateurs électrique (conv. & rad.) Chauffage par l air RÉGULATION ENERGIE PRIMAIRE

43 43 CHAUFFAGE EMISSION Répartition des apports pour combattre les déperditions : Source Matriciel N En Passif et TBE : rôle relatif faible du système de chauffe N Nécessité de réaction rapide aux sollicitations Apports internes Apports externes système à haute réactivité (faible inertie) Source Matriciel

44 44 CHAUFFAGE EMISSION Puissance d émission nécessaire N 10 à 30 W/m² = très faible puissance Implantation N Plus de «parois froide» plus de nécessité absolue de positionner le corps de chauffe «sous la fenêtre» Convection et rayonnement PHPP : pas de prise en compte du système d émission

45 45 CHAUFFAGE EMISSION Radiateurs - convecteurs N Échange thermique par convection et rayonnement par l échange d eau chaude N Régulation aisée (vanne thermostatique) N Réactivité et dynamique thermique (inertie) Source : Radson Chauffage par le sol : N Distribution d un fluide chaud (ou résistance électrique dans le sol) et émission de chaleur principalement par rayonnement. N Possibilité de travailler en très basse température Pompe à chaleur, solaire, chaudière à condensation N Inertie très élevée peu adapté si bâtiment réactif aux apports internes et externes variables N Couts d investissement très élevés N Confort? Fonction du résultat de la régulation

46 46 CHAUFFAGE EMISSION Chauffage électrique : N Batterie électrique N Emetteur radiant N Radiateur N Chauffage sol électrique (santé : champs magnétique ) N À accumulation (très inertiel) à éviter absolument!!! 500 à W 500 à W à W 150 W/m² Source : fabricants divers

47 47 CHAUFFAGE EMISSION Synthèse Recherche de réactivité (faible inertie) Intérêt de la basse température pour augmenter les rendements de production MAIS fait chuter la réactivité Intérêt de systèmes d émissions composés (mixtes) Pas de prise en compte dans le PHPP

48 48 CHAUFFAGE INTRODUCTION PRODUCTION DISTRIBUTION EMISSION RÉGULATION ENERGIE PRIMAIRE

49 49 CHAUFFAGE RÉGULATION Objectif : N Assurer le contrôle du confort N Optimiser les consommations des systèmes Moyens : N Par ajustement de la T ambiante (aux horaires, l occupation, ) N Via ajustement des conditions de fonctionnement des systèmes Techniques : N Grande diversité de techniques, fonction des systèmes (prod., distr., émiss. ) N La créativité et originalité est possible N MAIS attention à l exploitation et la compréhension de l utilisateur final. PHPP : pas de prise en compte du système d émission

50 50 CHAUFFAGE INTRODUCTION PRODUCTION DISTRIBUTION EMISSION RÉGULATION ENERGIE PRIMAIRE

51 51 CHAUFFAGE ÉNERGIE PRIMAIRE Tableau de conversion en énergie primaire : Vecteur énergétique Fp Carburants fossiles 1,00 Electricité 2,50 Comparaison des techniques de production : besoins net : 15 kwh Pertes de distribution du réseau de chauffage : 1,0 kwh Electricité via cogen -2,50 Biomasse 0,32 Système Besoins bruts [kwh] Energie finale [kwh] Coût [ /m²] Energie primaire [kwh p ] Tout électrique 15+ pertes = 15,0 15/100% = 15,0 15 x 0,17 = 2,55 15 x 2,5 = 37,5 Chaudière au gaz 15+ pertes = 16,0 16/95% = 16,8 16,8 x 0,06 = 1,01 16,8 x 1 = 16,8 Pompe à Chaleur 15+ pertes = 16,0 16/2,5 = 6,4 6,4 x 0,17 = 1,09 6,4 x 2,5 = 16,0 Biomasse 15+ pertes = 16,0 16/85% = 18,8 18,8 x 0,05 = 0,94 18,8 x 0.32 = 6,2

52 52 CHAUFFAGE QUESTIONS / RÉPONSES / DÉBATS?

53 53 TABLE DES MATIERES INTRODUCTION CHAUFFAGE EAU CHAUDE SANITAIRE (ECS)

54 54 EAU CHAUDE SANITAIRE (ECS) INTRODUCTION Méthode de dimensionnement Besoins de chaleur Légionellose MINIMISATION DES CONSOMMATIONS DISTRIBUTION PRODUCTION ENERGIE PRIMAIRE

55 55 ECS INTRODUCTION Méthode de dimensionnement Normes : N Pr NBN D calcul en équivalent habitant N Similaire à DIN allemande N Donne accès au dimensionnement sur catalogue des fabricants. Méthodes & outils usuels N Fonction d un usage à l autre! N Si bâtiment existant : procéder à des relevés! N Feuilles de calculs proposées par divers constructeurs N Feuilles de calculs «Energie+ le site» pour évaluation des consommations N Abaques de profils de consommation

56 56 ECS INTRODUCTION Consommation de chaleur Analyse de l origine des consommations en chaleur pour ECS N Consommation en ECS N Pertes de stockage & de distribution N Pertes de production

57 57 ECS INTRODUCTION Légionellose Définition N bactérie Legionella pneumophila naturellement présente dans l eau potable mais en faible concentration Situation de développement N Eau stagnante N Température proche de 37 C Danger et contamination N Contamination par inhalation de gouttelettes d eau infestées N Personnes âgées et sensibles (pulmonaire) Moyens de luttes N Limiter les eaux stagnantes Boucles d ECS (circulation forcée bouclée dans le bâtiment à une température élevée) Bras mort depuis la boucle < 5m ou 3 litres N T de distribution > 60 N Décontamination (thermique, chimique )

58 58 EAU CHAUDE SANITAIRE INTRODUCTION MINIMISATION DES CONSOMMATIONS DISTRIBUTION PRODUCTION ENERGIE PRIMAIRE

59 59 ECS MINIMISATION DES CONSOMMATIONS WAT 02 Minimisation des consommations d ECS! = Minimisation des besoins énergétiques Exemple N 10 bains de 120 litres = 42 kwh = 2,8 m² de passif! N 10 douches de 30 litres = 10,5 kwh = 0,7 m² de passif Moyens : N Comportemental et conscientisation (facturation?) N Conception - exemple : lave main = ECS? N Equipements basse conso : Robinetterie basse consommation, bouton poussoir temporisé, réducteur de pression, etc. PHPP : consommation normalisée 25 litres/(personnes.jour) à 60 C Correspond à 36 L/j.pers

60 60 EAU CHAUDE SANITAIRE INTRODUCTION MINIMISATION DES CONSOMMATIONS DISTRIBUTION PRODUCTION ENERGIE PRIMAIRE

61 61 ECS DISTRIBUTION Conduites & Boucles d ECS Boucle d ECS : N Lutte contre la légionellose (60 C, circulation, ) N Puisage rapide Si grande distance avec la zone de production En cas de centralisation Distribution de la chaleur = pertes thermiques comme pour le chauffage MAIS : N Fonctionnement à plus haute température N Temps de fonctionnement plus élevé (8760 h/an?) Ordre de grandeur 1mètre de DN 20 ECS à 60 C dans ambiance de h/an (en boucle): sans isolant = 370 kwh/an = 24,6 m² de passif! 30 mm LR (PEB) = 87 kwh/an = 5,8 m² passif 60 mm LR = 63 kwh/an = 4,2 m² passif

62 62 EAU CHAUDE SANITAIRE INTRODUCTION MINIMISATION DES CONSOMMATIONS DISTRIBUTION PRODUCTION Mode de préparation Source de chaleur Energie primaire ENERGIE PRIMAIRE

63 63 ECS PRODUCTION Mode de préparation Instantanée N Avantages Faible encombrement Faible charge au sol Absence de pertes de stockage (si échangeur isolé!) Bonne performance hygiénique Faibles coûts d investissement Source : Energie + N Inconvénients Surdimensionnement de la source de chaleur (24 kw/100m² au lieu de 4 kw si taille ballon suffisante) Risque de cycles courts Temps de mise à disposition de la chaleur (régime transitoire de démarrage)

64 64 ECS PRODUCTION Mode de préparation (Semi) Accumulation N Avantages Puissance de chauffe réduite, fonctionnement plus doux Potentiel de valorisation des apports énergétiques non contrôlés (type solaire) Disponibilité immédiate de l ECS Source : Energie + N Inconvénients Risque de légionellose Pertes énergétiques de stockage Coût d investissement plus élevé Encombrement, charge au sol

65 65 ECS PRODUCTION Source de chaleur Lien au système de chauffage N Rappel : besoins de Haute Température (légionellose etc.) N Combiné au système de chauffage : Dépendant du système de production de chaleur Retour haute température >< condensation! Priorité eau chaude sanitaire N Indépendant du système de chauffage : Systèmes spécifiques Préparateur gaz, électricité Instantané, à accumulation Système d appoint : évier de cuisine avec boiler sous évier avantages : longueur des réseaux réduites Temps d attente et consommation réduits Source : Energie + Source : Bulex

66 66 ENE08 ECS PRODUCTION Solaire thermique Principe de fonctionnement N Valorisation des apports solaires pour chauffage d un fluide Types de systèmes N Panneaux plans / capteurs sous vide N Ballon de stockage Source : Energie + Source : Energie + Source : photos MK Engineering

67 Rayonnement solaire, puissance de chaleur production ECS, couverture solaire de la puissance [kwh/(m²mois)] Fraction solaire [-] 67 ECS PRODUCTION Solaire thermique Paramètres énergétiques N Disponibilité hivernale de la chaleur N Rendement décroissant avec la T extérieure Dimensionnement N Etude de faisabilité technico-économique N Taux de couverture solaire = +/- 40% Spécificités N Coût d investissement élevé N Primes Régionales disponibles Couverture solaire mensuelle (chaleur) Total puissance chaleur mensuelle production ECS Rayonnement sur surface de capteur inclinée Couverture solaire mensuelle (%) Janvier Février Mars Avril Mai Juin Juillet Août Septembre Octobre Novembre Décembre 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0

68 68 EAU CHAUDE SANITAIRE INTRODUCTION MINIMISATION DES CONSOMMATIONS DISTRIBUTION PRODUCTION ENERGIE PRIMAIRE

69 69 ECS ENERGIE PRIMAIRE Comparaison des techniques de production : N Appartement 80 m² 2,33 personnes Besoins Nets = 14,9 kwh/an.m² N Cas d une production centralisée Stockage + Distribution = 9,9 kwh/an.m² Système Besoins bruts [kwh] Energie finale [kwh] Coût [ /m²] Energie primaire [kwh p ] Tout électrique 14,9 + 9,9 = 24,8 24,8/100% = 24,8 24,8 x 0,17 = 4,22 24,8 x 2,5 = 62,0 Solaire thermique + Electricité (14,9 + 9,9) x 60% = 14,9 14,9/100% = 14,9 14,9 x 0,17 = 2,53 14,9 x 2,5 = 37,3 Pompe à Chaleur 14,9 + 9,9 = 24,8 24,8/2,0 = 12,4 12,4 x 0,17 = 2,11 12,4 x 2,5 = 31,0 Chaudière au gaz 14,9 + 9,9 = 24,8 24,8/85% = 29,2 29,2 x 0,06 = 1,75 29,2 x 1,0 = 29,2 Solaire thermique + chaudière au gaz (14,9 + 9,9) x 60% = 14,9 14,9/85% = 17,5 17,5 x 0,06 = 1,05 17,5 x 1,0 = 17,5 Biomasse 14,9 + 9,9 = 24,8 24,8/80% = 31,0 31,0 x 0,05 = 1,55 31,0 x 0.32 = 9,9

70 70 CE QU IL FAUT RETENIR DE L EXPOSE Le Chauffage dans le TBE et Passif : 1. Equipements de (très) faibles puissances 2. Minimisation des pertes et consommations auxiliaires 3. La recherche d une haute réactivité des installations 4. Une prise en compte de l énergie primaire Eau Chaude Sanitaire dans le TBE et Passif : 1. Les besoins nets sont normalisés 2. Hygiène et santé : lutte contre la légionellose 3. Distribution de l ECS, impact de: N la boucle de distribution N de l implantation des points de puisage 4. Potentiel en énergie renouvelable élevé il n existe pas de solution toute faite!

71 71 OUTILS ET REFERENCES Outils, sites internet, etc intéressants : N Vademecum PMP N N Divers Normes dont NBN B & NBN EN Références Guide bâtiment durable et autres sources : N Guide bâtiment durable : Fiche : ENE08 ENE10

72 72 CONTACT Piotr Wierusz-Kowalski Ingénieur Gestionnaire de Projets Coordonnées : : 02/ : p.kowalski@mkengineering.be

73 73 ECS QUESTIONS / RÉPONSES / DÉBATS?

74 74 MERCI POUR VOTRE ATTENTION