Plancher chauffant basse température. Rapport d étude final

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1 Plancher chauffant basse température Rapport d étude final

2 DÉPARTEMENT ÉNERGIE SANTÉ ENVIRONNEMENT Division Energie Pôle Performance Energétique des bâtiments Plancher chauffant basse température Rapport d étude final Laurent Reynier La reproduction de ce rapport n'est autorisée que sous sa forme intégrale, sauf clauses spécifiques explicitées dans la convention liant le CSTB et le donneur d'ordre. Toute reproduction, même partielle, devra mentionner le CSTB et le ou les auteurs. Il comporte 29 pages LR / CJ Client : COCHEBAT Responsable : M. Eric Chatelain SEPTEMBRE 2008 ESE/DE/PEB R DIFFUSION CONFIDENTIELLE

3 2/29 SOMMAIRE 1. OBJET DE L ETUDE PHASE 1 : ETUDE PRELIMINAIRE Impact de la valeur de Ubat Hypothèses prises pour les calculs Résultats des simulations pour la maison a 1 niveau de 70 m² Résultats des simulations pour d autres types de maisons Maison à 1 niveau de 120 m² Maison R+1 de 100 m² avec plancher haut plafonné Maison R+1 avec garage intégré de 110 m² avec plancher haut en sous-rampant partiel Conclusions Impact de la variation spatio-temporelle Hypothèses prises pour les calculs Résultats des simulations Impact du reseau de distribution Impact des puissances de circulateurs Conclusions de la phase PHASE 2 : ETUDE DE SENSIBILITE SUR LE PANEL DE MAISONS INDIVIDUELLES Hypothèses utilisées pour les calculs Presentation du panel de maisons individuelles Modèles architecturaux Sous-modèles liés au lieu de construction Variation des caractéristiques dimensionnelles Nomenclature du panel Présentation de la base de données de résultats Récapitulatif des valeurs calculées Exemple de l influence des différents paramètres Impact sur la part «Chauffage» prise seule Evolution de Cep en fonction de la résistance du plancher CONCLUSIONS DE L ETUDE... 29

4 3/29 1. OBJET DE L ETUDE Il s agit de la réalisation d une étude thermique de sensibilité relative au plancher chauffant basse température afin de disposer d une base d éléments permettant d explorer les pistes d améliorations possibles de ce système. L étude de sensibilité utilisera la méthode de calcul Th-CE 2005 de la RT2005, elle sera effectuée sur un panel de maisons individuelles représentatives. Elle se fera sur les 3 zones climatiques définies dans la RT2005. Les paramètres pour l étude de sensibilité sont : les pertes au dos des émetteurs (%), la variation spatio-temporelle des émetteurs [vs ; vt]. L étude de sensibilité portera sur chacun des paramètres et sur une combinatoire des deux paramètres et se déroulera en deux phases en ayant fixé le système de distribution PCBT au préalable. Les valeurs à considérer pour chacun des paramètres sont fournies par COCHEBAT. Les valeurs caractéristiques prises en compte dans le cadre de cette étude ont pour objectif dans le respect des exigences réglementaires et des exigences sur les planchers chauffant basse température, d étudier l impact sur la consommation conventionnelle d énergie d un panel de maisons. Ces valeurs ne peuvent en aucun cas être présentées comme une étude des caractéristiques spécifiques des planchers chauffant basse température. 2. PHASE 1 : ETUDE PRELIMINAIRE Dans cette phase, il s agit d évaluer l impact dissocié des paramètres par rapport à l impact sur le Ubat de la présence d un PCBT à travers la valeur de U du plancher chauffant. Pour cela, deux approches seront mises en œuvre afin d en conclure des lois de corrections si nécessaire sur l approche découplée. a. Approche découplée U plancher est fixé, Variation de la perte au dos de l émetteur. b. Approche couplée A partir de Ri, U e et U 0, on détermine le Ubat et la perte au dos de l émetteur. Vérification de l impact du réseau de distribution avec l approche découplée. a. Réseau de distribution de référence b. Réseau de distribution configuré pour le PCBT (puissance des auxiliaires en fonction des surfaces de maisons sont à fournir par COCHEBAT) A l issue de cette phase, on retiendra une des deux approches a ou b, un des réseaux de distribution a ou b selon le type de variation du Cep et des lois de corrections possibles si nécessaire, pour la phase 2.

5 4/ IMPACT DE LA VALEUR DE UBAT Dans cette partie, l objectif est de déterminer l impact, sur la valeur de Cep, de l approximation réalisée sur la valeur de Ubat dans l approche découplée par rapport à l approche couplée. Dans le premier cas, Ubat est fixe, seul Xb varie. Dans le deuxième cas, Ubat et Xb sont liés HYPOTHESES PRISES POUR LES CALCULS On va, dans un premier temps, déterminer les valeurs de Ri et Re nous permettant de déterminer le U du plancher. Les valeurs de U fixées nous permettront de déterminer Ubat puis de faire varier Xb. Conventions posées : Les différentes couches prises en compte dans le plancher chauffant sont les suivantes : couche «revêtement de sol», couche «chape d enrobage», couche isolante, dalle du plancher porteur. Le tableau ci-dessous regroupe les valeurs de résistance en utilisées pour le calcul : Valeur minimale Valeur maximale Commentaires sol Chape d enrobage 0.03 Dalle du plancher porteur 0.1 La valeur maximale est fixée par le DTU 6514 On se base ici sur les valeurs fournies par COCHEBAT 5.8cm d épaisseur pour un lambda de 1.65 On se base ici sur une dalle de béton de 20 cm d épaisseur. On va maintenant déterminer la valeur de la résistance de la couche isolante nécessaire pour respecter les caractéristiques thermiques minimales de la réglementation thermique On va considérer trois types de planchers bas pour les calculs : sur vide sanitaire (VS), sur sous-sol non chauffé (SS), sur terre-plein (TP). On considère pour ces calculs des valeurs de Rsi et Rse (résistances superficielles) égales à 0.1 des deux côtés du plancher dans le cas des planchers sur Vide Sanitaire et Sous-Sol. En effet, la valeur de Rsi en flux ascendant s applique pour les planchers dotés d un système de chauffage intégré (Règles Th-Bât - Th U - fascicule 4/5 parois opaques). Et cette valeur s applique des deux côtés si la paroi donne sur un local non chauffé ou un vide sanitaire. Dans le cas du plancher sur terre-plein on utilise une valeur de Rse de Plancher sur vide sanitaire (VS) Plancher sur sous-sol non chauffé (SS) Plancher sur terre-plein (TP) Coefficient Up maximal (RT 2005) Résistance minimale de la couche isolante sol R=0.03 sol R= N.B. : On néglige ici la résistance de la chape d enrobage.

6 5/29 Détermination de Ue et Xb : On va maintenant déterminer les valeurs de Ue associées aux hypothèses ci-dessus pour les différents planchers de la maison type 1N d une surface habitable de 70 m². Description de la maison : Surface habitable 70 m² Surface du plancher chauffant : 70 m² Périmètre : 34 m (7*10 m) Nature du sol : inconnue Epaisseur totale du mur : 0.35 m Résistance thermique totale du plancher : terre-plein à isolation continue : R = 1.83 ou 1.95 selon la résistance thermique du revêtement de sol, vide sanitaire ou sous-sol non chauffé : R = 2.30 ou 2.42 (on prend une résistance minimale de la couche isolante de 2.17 pour les deux types de revêtement de sol). On obtient les valeurs de Ue et Xb associées ci-dessous : Type de plancher sol R=0.03 Valeur de Ue sol R=0.15 sol R=0.03 Valeur de Xb sol R=0.15 Terre-Plein % 4.5 % SS ou VS % 5.2 % Méthode de calcul de Xb : Le calcul de Xb ci-dessus est réalisé à partir des formules de calcul de la RT 2005 (chapitre 12.5 méthode Th-CE). Les formules sont rappelées ci-dessous : Paroi en contact avec le sol ou un vide sanitaire ou un local non chauffé en sous-sol : 100 * Ri Xb = 1 Ri Ue Paroi donnant sur l extérieur ou un local non chauffé : Xb = 100* Ri 1 Ri b * U 0 Avec : Ri : résistance thermique de la paroi extérieure entre le plan chauffant et l intérieur (), Ue : coefficient de transmission surfacique équivalent (règles Th-Bât), U 0 : coefficient de transmission thermique de la paroi (W/m².K), b : permet de tenir compte du fait que la paroi donne sur un local non chauffé (règles Th-Bât). Choix des paramètres de simulation pour l approche découplée : Pour les simulations de l approche découplée, on retiendra les valeurs de Ue pour une résistance de revêtement de sol de 0.15.

7 6/ RESULTATS DES SIMULATIONS POUR LA MAISON A 1 NIVEAU DE 70 M² Pour l étude préliminaire, nous allons réaliser les simulations de l approche découplée et de l approche couplée sur les cas suivants de maisons individuelles : 1N 70 PL SS 13 1N 70 PL VS 13 1N 70 PL TP 13 Dans tous les cas la variation spatio-temporelle sera constante et prise égale à [0 ; 0]. On se place ici dans le cadre d une régulation parfaite afin d annuler son effet sur les résultats. La configuration de base est définie ainsi : Les MI sont configurées à la référence pour la partie enveloppe Système d émission et de régulation : plancher chauffant basse température parfait Paramètre pertes au dos : cf. valeurs de base du tableau 1 pour pertes au dos des émetteurs, [x%] = [0] Variation spatio temporelle : cf. valeurs de base du tableau 2 pour la variation spatio temporelle, [vs ; vt] = [0 ; 0] Système de distribution de base : système de référence Système de production : système de référence (combustible liquide ou gazeux) = générateur gaz de référence basse température. On va déterminer, dans chaque cas, la valeur de Cep du cas étudié. Résultats de l approche découplée : Valeur de Ue Valeur de Ubat Valeur de Xb Valeur de Cep 1N 70 PL VS % % % N 70 PL SS % % % N 70 PL TP % % % Résultats de l approche couplée : Valeur de Ue Valeur de Ubat Valeur de Xb Valeur de Cep 1N 70 PL VS % N 70 PL VS % N 70 PL SS % N 70 PL SS % N 70 PL TP % N 70 PL TP % Analyse des résultats : On va ici essayer de mesurer l approximation réalisée sur la détermination de Cep par l approche découplée par rapport à l approche couplée. Dans l approche découplée, Ubat est figé et on fait varier Xb sans que Ubat varie, ce qui n est pas le cas dans la réalité, puisque Ue, Ubat et Xb sont liés. Dans l approche couplée, on respecte cette liaison. Ainsi, pour un type de plancher donné et une valeur de Xb, doit correspondre une seule valeur de Ubat.

8 7/29 Par exemple, en plancher sur vide sanitaire, on a un Ue de 0.33, un Ubat de pour un Xb de 5.2% dans l approche couplée. Dans l approche découplée, pour des mêmes valeurs de Ue et de Ubat on a des valeurs de Xb variant de 0 à 6%. On représente ci-dessous les évolutions des valeurs de Cep en fonction de Xb. Les points de l approche découplée sont reliés par une courbe de tendance qui permet d établir une fonction de variation de Cep en fonction de Xb. On représente également les couples de valeur (Cep, Xb) de l approche couplée. Valeur du Cep de la maison (kwhep/m²shon.an) Evolution de Cep en fonction des pertes au dos des émetteurs - Comparaison approche couplée / découplée Approche découplée - VS y = 71x Approche découplée - SS Approche découplée - TP Approche couplée - Ri=0.03 y = x Approche couplée - Ri=0.15 y = x % 1% 2% 3% 4% 5% 6% 7% Pertes au dos des émetteurs (%) On s aperçoit que les points de l approche couplée, pour une valeur de Xb voisine de 1%, ne respectent pas la courbe de tendance. On va déterminer l écart entre la courbe de tendance et la valeur réelle. Cep prévisible avec l approche découplée pour Xb voisin de 1% Cep obtenu avec l approche couplée pour Xb voisin 1% Ecart Plc sur VS % Plc sur SS % Plc sur TP % N.B. : Cep en kwhep/m² SHON.an. Les écarts sont faibles et inférieurs à 1% pour les différents cas testés.

9 8/ RESULTATS DES SIMULATIONS POUR D AUTRES TYPES DE MAISONS On va présenter dans cette partie les résultats pour trois autres maisons du panel de maisons individuelle : La maison à 1 niveau de 120 m², La maison R+1 de 100 m² avec plancher haut plafonné, La maison R+1 avec garage intégré de 110 m² avec plancher haut en sous-rampant partiel. La méthodologie utilisée est la même que celle précisée ci-dessus pour la maison à 1 niveau de 70 m². Nous n allons pas repréciser l ensemble des hypothèses mais simplement les éléments qui diffèrent par rapport à ce premier cas Maison à 1 niveau de 120 m² On obtient les valeurs de Ue et Xb associées ci-dessous : Valeur de Ue Valeur de Xb Type de plancher sol R=0.03 sol R=0.15 sol R=0.03 sol R=0.15 Terre-Plein % 4.4 % SS ou VS % 4.87 % Résultats de l approche découplée : Valeur de Ue Valeur de Ubat Valeur de Xb Valeur de Cep 1N 120 PL VS % % % N 120 PL SS % % % N 120 PL TP % % % Résultats de l approche couplée : Valeur de Ue Valeur de Ubat Valeur de Xb Valeur de Cep 1N 120 PL VS % N 120 PL VS % N 120 PL SS % N 120 PL SS % N 120 PL TP % N 120 PL TP %

10 9/29 Graphique de représentation des résultats : Valeur du Cep de la maison (kwhep/m²shon.an) Evolution de Cep en fonction des pertes au dos des émetteurs - Comparaison approche couplée / découplée Approche découplée - VS Approche découplée - SS y = 57.7x Approche découplée - TP Approche couplée - Ri=0.03 Approche couplée - Ri=0.15 y = x y = x % 1% 2% 3% 4% 5% 6% Pertes au dos des émetteurs (%) Calculs des écarts entre les deux méthodes : Cep prévisible avec l approche découplée pour Xb voisin de 1% Cep obtenu avec l approche couplée pour Xb voisin 1% Ecart Plc sur VS % Plc sur SS % Plc sur TP % N.B. : Cep en kwhep/m² SHON.an. Les écarts obtenus ici entre les valeurs de Cep sont légèrement supérieurs à ceux obtenus sur la maison de 70 m² mais restent inférieurs à 1%.

11 10/ Maison R+1 de 100 m² avec plancher haut plafonné On obtient les valeurs de Ue et Xb associées ci-dessous : Valeur de Ue Valeur de Xb Type de plancher sol R=0.03 sol R=0.15 sol R=0.03 sol R=0.15 Terre-Plein % 4.9 % SS ou VS % 5.6 % Résultats de l approche découplée : Valeur de Ue Valeur de Ubat Valeur de Xb Valeur de Cep R PL VS % % % R PL SS % % % R PL TP % % % Résultats de l approche couplée : Pour le plancher de l étage, les pertes aux dos sont récupérées dans la pièce du dessous et peuvent donc être considérées comme nulles. La valeur de Xb mentionnée dans le tableau ci-dessous tient compte de ce point. Valeur de Ue Valeur de Ubat Valeur de Xb moyen Valeur de Cep 1N 120 PL VS % N 120 PL VS % N 120 PL SS % N 120 PL SS % N 120 PL TP % N 120 PL TP %

12 11/29 Graphique de représentation des résultats : 138 Evolution de Cep en fonction des pertes au dos des émetteurs - Comparaison approche couplée / découplée Approche découplée - VS Approche découplée - SS y = 61x Approche découplée - TP Valeur du Cep de la maison (kwhep/m²shon.an) Approche couplée - Ri=0.03 Approche couplée - Ri=0.15 y = 59.9x y = x % 1.0% 2.0% 3.0% 4.0% 5.0% 6.0% Pertes au dos des émetteurs (%) Calculs des écarts entre les deux méthodes : Cep prévisible avec l approche découplée pour Xb voisin de 0.5% Cep obtenu avec l approche couplée pour Xb voisin de 0.5% Ecart Plc sur VS % Plc sur SS % Plc sur TP % N.B. : Cep en kwhep/m² SHON.an. Les écarts obtenus sur la maison R+1 sont inférieurs à ceux obtenus sur les maisons à 1 niveau. Ceci s explique par le fait que la part des déperditions liée au plancher bas est inférieure dans ce cas à la part de ces mêmes déperditions dans le cas des maisons à 1 niveau.

13 12/ Maison R+1 avec garage intégré de 110 m² avec plancher haut en sousrampant partiel Dans ce cas, on a un plancher donnant sur un local non chauffé. On utilise pour le calcul du Ubat la valeur de Up du plancher et non pas Ue. De même, le calcul des pertes au dos des émetteurs se fait en utilisant cette valeur de Up. La valeur de Up est prise égale à la valeur établie dans les caractéristiques minimales pour les planchers bas donnant sur un vide sanitaire ou un volume non chauffé. On obtient les valeurs de Ue et Xb associées ci-dessous : Valeur de Ue ou de Up Valeur de Xb Type de plancher sol R=0.03 sol R=0.15 sol R=0.03 sol R=0.15 Terre-Plein (Ue) % 4.7 % SS ou VS (Ue) % 5.4 % Planche sur Garage Intégré (Up) % 6.4 % Résultats de l approche découplée : Valeur de Ue Valeur de Ubat Valeur de Xb Valeur de Cep R+1 GI 110 SRP VS % % % R+1 GI 110 SRP SS % % % R+1 GI 110 SRP TP % % % Résultats de l approche couplée : La valeur des pertes aux dos des émetteurs est ici déterminée en tenant compte du fait qu une partie du plancher chauffant ne donne pas sur l extérieur, en l occurrence le plancher de l étage. Valeur de Ue Valeur de Ubat Valeur de Xb Valeur de Cep R+1 GI 110 SRP VS % R+1 GI 110 SRP VS % R+1 GI 110 SRP SS % R+1 GI 110 SRP SS % R+1 GI 110 SRP TP % R+1 GI 110 SRP TP %

14 13/29 Graphique de représentation des résultats : Cep (kwhep/m²) Approche découplée - VS Approche découplée - SS Approche découplée - TP Approche couplée - Ri=0.03 Approche couplée - Ri=0.15 y = x y = x y = 60.35x Xb (%) 0.0% 1.0% 2.0% 3.0% 4.0% 5.0% 6.0% Calculs des écarts entre les deux méthodes : Cep prévisible avec l approche découplée pour Xb voisin de 0.5% Cep obtenu avec l approche couplée pour Xb voisin de 0.5% Ecart Plc sur VS % Plc sur SS % Plc sur TP % N.B. : Cep en kwhep/m² SHON.an Conclusions Pour les différents types de maisons issues du panel testées, les écarts obtenus sur le Cep sont inférieurs à 1% entre l approche découplée et l approche couplée. L impact sur le Ubat de la présence d un plancher chauffant peut donc être modélisé par l approche découplée. C est cette méthode que nous utiliserons dans la suite de l étude pour réaliser les tests de sensibilité.

15 14/ IMPACT DE LA VARIATION SPATIO-TEMPORELLE Dans cette partie, on va réaliser des simulations avec des valeurs extrêmes de variation spatio-temporelle afin de déterminer l impact de ce paramètre sur le calcul de Cep HYPOTHESES PRISES POUR LES CALCULS On va réutiliser les simulations réalisées au paragraphe 2.1 en faisant évoluer la variation spatio-temporelle qui va alors prendre les valeurs suivantes : Valeur de base Valeur 1 Valeur 2 Variation spatiale et temporelle [vs ; vt] [0 ; 0] [0 ; 1.5] [0 ; 2] La variation spatiale (vs) est prise égale à 0 conformément à la valeur fournie par la méthode Th-CE (paragraphe ) pour les planchers chauffants et dans des locaux de hauteur sous plafond inférieur à 4m. Pour la variation temporelle, on considère le cas d un émetteur parfait (vt = 0), d un émetteur ne permettant pas un arrêt total de l émission (vt = 2) et un cas intermédiaire d exploration (vt = 1.5) RESULTATS DES SIMULATIONS On trouvera dans le tableau ci-dessous les résultats des calculs ainsi que les valeurs des différents paramètres : Valeur de Ubat Valeur de Xb Valeur de [vs ;vt] Valeur de Cep Ecart 1N 70 PL VS % [0 ;0] % [0 ;1.5] % % [0 ;2] % 1N 70 PL SS % [0 ;0] % [0 ;1.5] % % [0 ;2] % 1N 70 PL TP % [0 ;0] % [0 ;1.5] % % [0 ;2] % La valeur de Cep évolue fortement avec l évolution de la variation spatio-temporelle. Les écarts peuvent atteindre 16% entre un couple de valeurs nul [0 ;0] et un couple de valeurs important [0 ;2]. Cette évolution est linéaire en fonction de l évolution de la variation temporelle. Dans le cadre de la deuxième phase, cette linéarité permettra une détermination anticipée des résultats pour des régulations permettant une amélioration de la variation temporelle. Ces écarts sont nettement supérieurs à ceux observés au paragraphe précédent lors de la comparaison approche découplée approche couplée.

16 15/ IMPACT DU RESEAU DE DISTRIBUTION On va présenter, sous forme d un tableau comparatif, les différents éléments constitutifs du réseau de distribution du réseau de référence d une part et du réseau de distribution du plancher chauffant basse température tel que nous l avons modélisé d autre part. Emission et régulation Réseau de référence Radiateur à eau Réseau du plancher basse température parfait Plancher chauffant basse température Classe de variation spatiale Classe B 0.2 K 0 K Précision de la régulation 1.2 K 0 K Pertes au dos des émetteurs 0% 0% Système de production Générateur gaz de référence basse température Générateur gaz de référence basse température Système de distribution Type de réseau Bitube Bitube Classe de l isolant en volume chauffé Classe de l isolant hors volume chauffé Sous fourreau Sous fourreau Classe 2 Classe 2 Température de distribution Moyenne Basse Puissance du circulateur Calcul automatique Calcul automatique La puissance des circulateurs est ici calculée par défaut à l aide de la méthode Th-CE. Cochebat fournira, pour la suite de l étude, des valeurs de puissance de circulateurs pour les différentes surfaces de maison envisagées. Une étude d impact des puissances de circulateurs sera menée à l aide de ces valeurs. Compte tenu des éléments du tableau ci-dessus, on constate que les caractéristiques du réseau de distribution modélisé sont donc au moins équivalentes à celles du réseau de référence IMPACT DES PUISSANCES DE CIRCULATEURS Nous allons étudier ici l impact de la puissance des circulateurs sur la valeur du Cep. Pour ce faire, on va réaliser une comparaison entre : la valeur du Cep utilisant pour la puissance du circulateur le calcul automatique réalisé par le moteur Th-CE 2005, la valeur du Cep utilisant pour la puissance du circulateur la valeur fournie par Cochebat selon la surface de la maison. Ces valeurs sont récapitulées dans le tableau ci-dessous. Puissance du Surface chauffée circulateur Valeurs Cochebat m² W

17 16/29 On va réaliser ce calcul sur trois maisons, correspondant chacune à une valeur de puissance du circulateur : 1N 70 PL VS 13 puissance de circulateur 45 Watts R+1 GI 110 SRP VS 15 puissance de circulateur 65 Watts R+T 240 PL VS 15 puissance de circulateur 90 Watts. On trouvera dans le tableau ci-dessous les résultats des calculs ainsi que les valeurs des différents paramètres : 1N 70 PL VS 13 1N 90 PL VS 13 1/2N 100 PL VS 13 R+1 GI 110 SRP VS 15 1N 120 PL VS 13 R+T 140 PL VS 15 R+T 180 PL VS 15 R+T 240 PL VS 15 Puissance du circulateur Valeur de Cep Ecart Circulateur de 45 Watts Calcul automatique Watts % Calcul automatique Watts Calcul automatique Watts % Circulateur de 65 Watts Calcul automatique Watts % Calcul automatique Watts % Calcul automatique Watts % Circulateur de 90 Watts Calcul automatique Watts % Calcul automatique Watts % Ce tableau de résultats appelle les commentaires suivants : L écart entre le Cep déterminé avec une puissance de circulateur calculée par le moteur Th-CE et avec la puissance de circulateur fournie par Cochebat ne dépasse jamais 1%. Cet écart est tantôt positif, tantôt négatif. Cela est dû au fait que d un côté, la puissance de circulateur déterminée par le moteur Th-CE évolue constamment en fonction de la maison modélisée alors que, de l autre côté, la puissance du circulateur fournie par Cochebat reste identique pour plusieurs maisons ayant des surfaces habitables différentes. La puissance du circulateur déterminée par le moteur Th-CE augmentant avec la surface habitable de la maison (sans que l on puisse ici corréler cette évolution), l écart va toujours en diminuant. Ainsi, pour une valeur fixe de circulateur de 45 Watts, on a trois surfaces habitables de maisons (70, 90 et 100m²), l écart passant de +0.6% pour la maison de 70m² à -0.4% pour la maison de 100m². Dans tous les cas de figure, l écart entre les deux méthodes est faible, 1% au maximum. Par la suite, nous utiliserons pour les calculs les valeurs de puissance de circulateurs fournies par Cochebat.

18 17/ CONCLUSIONS DE LA PHASE 1 On trouvera ci-dessous les conclusions de cette première phase qui permet de fixer les hypothèses pour la phase n 2 : On retient l approche découplée pour réaliser les calculs au vu de l impact négligeable de la variation du Ubat sur le calcul de Cep, On retient le réseau de distribution configuré pour le plancher chauffant basse température avec les puissances de circulateur fournies par Cochebat selon la surface habitable de la maison, On remarque l impact important de la variation temporelle sur la valeur de Cep (jusqu à 16% pour une variation temporelle de 2 C) et la linéarité de cette évolution en fonction de la valeur de la variation temporelle, La valeur exploratoire de la variation temporelle est fixée à 1.5 C, On remarque le faible impact de la différence de calcul de la puissance des circulateurs, l écart sur le Cep restant inférieur ou égal à 1%.

19 18/29 3. PHASE 2 : ETUDE DE SENSIBILITE SUR LE PANEL DE MAISONS INDIVIDUELLES 3.1 HYPOTHESES UTILISEES POUR LES CALCULS Sur la base de l approche découplée retenue lors de la phase n 1 de l étude, nous allons réaliser l étude de sensibilité sur le panel de 93 maisons individuelles. Les calculs effectués seront les suivants pour chacune des 93 maisons : Calcul de la valeur de Cep pour la configuration 0, Calcul de la valeur de Cep pour la configuration de base, Calcul de la valeur de Cep pour les combinaisons de paramètres (pertes au dos de l émetteur et variation spatio-temporelle). Ces calculs seront menés sur 3 zones climatiques : H1b, H2b et H3. Rappel des hypothèses pour les différentes configurations : La configuration 0 correspond aux hypothèses suivantes : Les MI sont configurées à la référence pour la partie enveloppe Système d émission et de régulation : radiateur à eau configuré comme émission de référence et régulation de référence : o paramètre pertes au dos des émetteurs = 0%; o variation spatio-temporelle [vs,vt]=[classe B ; 1.2] Système de production de base: système de référence (combustible liquide ou gazeux) = générateur gaz de référence basse température. Système de distribution de base : système de référence La configuration de base correspond aux hypothèses suivantes : Les MI sont configurées à la référence pour la partie enveloppe Système d émission et de régulation : plancher chauffant basse température parfait o paramètre pertes au dos : cf valeurs de base du tableau 1 pour pertes au dos des émetteurs, [x%] = [0] o variation spatio temporelle : cf. valeurs de base du tableau 2 pour la variation spatio temporelle, [vs ; vt] = [0 ; 0] o Système de distribution de base : système de référence Système de production : système de référence (combustible liquide ou gazeux) = générateur gaz de référence basse température. Les combinaisons de paramètres sont les suivantes : Configuration de base Combinaison 1 Combinaison 2 Combinaison 3 Pertes au dos 0% 0% 6% 6% Variation spatio temporelle [vs ;vt] [0 ; 0] [0 ; 1.5] [0 ; 0] [0 ; 1.5] Ces valeurs font suite aux variations linéaires du Cep constatées durant la phase 1 lorsque l on fait varier ces paramètres. On prend donc pour Xb des valeurs extrêmes (0 et 6%) et pour vt deux valeurs éloignées (0 et 1.5 C), les valeurs de Cep pour des pertes au dos et des variations temporaires différentes seront obtenues par interpolation linéaire.

20 19/29 Valeurs des puissances de circulateurs : on retient les valeurs fournies par Cochebat en fonction des surfaces des maisons. Puissance du Surface chauffée circulateur Valeurs Rehau m² W PRESENTATION DU PANEL DE MAISONS INDIVIDUELLES Ce qui suit est issu du rapport du cabinet Bastide et Bondoux, qui a mis en place ce panel MODELES ARCHITECTURAUX Le marché de la maison individuelle peut se décliner sous 5 modèles architecturaux : - la maison 1N (1 niveau) Elle est constituée d'un seul niveau habitable, avec généralement un garage accolé. - la maison 1/2N (demi niveau) C est la maison en demi niveau, avec la zone jour au niveau du terrain et la zone nuit décalée d'un demi-niveau et superposée au garage. 1 «Constitution d un panel de maisons individuelles pour l élaboration d une solution technique RT 2005 JC Bastide J. Bondoux

21 20/29 - la maison R+1 (rez + étage) Elle est constituée de 2 niveaux habitables superposés avec généralement un garage accolé. - la maison R+1GI (rez + étage, garage intégré) Également constituée de 2 niveaux habitables superposés, le garage est intégré, c'est à dire qu'une partie habitable lui est superposée. - la maison R+T (rez + tour) Elle se veut représentative des maisons de forme un peu plus complexe, avec un étage de taille réduite et des angles rentrants.

22 21/ SOUS-MODELES LIES AU LIEU DE CONSTRUCTION En fonction du lieu de construction, ces modèles sont déclinés en sous modèles. Plancher haut : En effet, en fonction de la géographie, le plancher haut peut être plafonné PL, en sousrampant partiel SRP ou sous-rampant total SRT. Plancher bas : PL SRP SRT En fonction de la constitution du terrain (et des habitudes constructives), le plancher bas peut être sur vide sanitaire VS, sur sous-sol SS ou sur terre-plein TP. Les configurations retenues sont les suivantes : 1N : plancher haut plafonné plancher bas sur vide sanitaire, sous-sol et terre-plein 1/2N : plancher haut de la zone jour plafonné et sous-rampant SRJ plancher bas de la zone jour sur vide sanitaire et terre-plein R+1 : plancher haut plafonné, sous-rampant partiel et sous-rampant total plancher bas sur vide sanitaire, sous-sol et terre-plein R+1GI : plancher haut plafonné, sous-rampant partiel et sous-rampant total plancher bas sur vide sanitaire, sous-sol et terre-plein R+T : plancher haut plafonné plancher bas sur vide sanitaire, sous-sol et terre-plein VARIATION DES CARACTERISTIQUES DIMENSIONNELLES La variation des caractéristiques dimensionnelles porte sur la surface habitable et les surfaces des baies. Les variations prises en compte dans le panel sont les suivantes : 1N : surface habitable 70, 90 et 120 m2 taux de vitrage 13 et 15 % 1/2N : surface habitable 100 m2 taux de vitrage 13, 15 et 18 % R+1 : surface habitable 100 m2 taux de vitrage 13 et 15 % R+1GI : surface habitable 90 et 110 m2 taux de vitrage 15 % R+T : surface habitable 140, 180 et 240 m2 taux de vitrage 15, 20 et 25 %

23 22/ NOMENCLATURE DU PANEL La combinaison de ces différentes variables constitue un panel de 93 maisons Les maisons sont nommées de la façon suivante : surface habitable type de plancher bas modèle architectural R SRP SS 15 taux de vitrage type de plancher haut PRESENTATION DE LA BASE DE DONNEES DE RESULTATS Récapitulatif des valeurs calculées Les résultats de simulation sur le panel de maisons sont regroupés dans une base de données organisée de la façon suivante : Une première feuille dénommée «Global» présente les résultats pour l ensemble des cas testés, Trois autres feuilles dénommées «H1b», «H2b» et «H3» présentent les résultats par zone climatique. Pour chacune des feuilles, on retrouve les éléments suivants classés par colonne : Dénomination du cas selon la nomenclature précisée au paragraphe 3.2.4, Zone climatique (H1b, H2b ou H3), Valeur de Ubat, Valeur de Cep pour la configuration 0, Valeur de Cep pour la configuration de base, Ecarts (en valeur absolue et en pourcentage) entre la configuration de base et la configuration 0, Valeur de Cep pour la combinaison n 1, Ecarts (en valeur absolue et en pourcentage) entre la combinaison n 1 et les configurations 0 et de base, Valeur de Cep pour la combinaison n 2, Ecarts (en valeur absolue et en pourcentage) entre la combinaison n 2 et les configurations 0 et de base, Valeur de Cep pour la combinaison n 3, Ecarts (en valeur absolue et en pourcentage) entre la combinaison n 3 et les configurations 0 et de base. On trouve également une autre feuille de calcul dénommée «chauffage», qui regroupe les mêmes résultats que ci-dessus uniquement pour le poste chauffage. Voir paragraphe page 26.

24 23/ Exemple de l influence des différents paramètres Nous allons ci-dessous présenter quelques graphiques d évolution du Cep en fonction de l évolution de différents paramètres (zone climatique, surface habitable, taux de vitrage, type de plancher, ). Ceci afin de donner une première vue explicative des variations observées entre les différents résultats dans la base de données. Cela permet également de mettre en valeur l intérêt de posséder, dans la base de données, des écarts entre les différentes configurations aussi bien en valeur absolue qu en pourcentage. En effet, une même variation en valeur absolue va être corrélée avec des valeurs parfois différentes de variations en termes de pourcentages du fait des différences de valeur dans le Cep. Evolution en fonction de la zone climatique : 180 Evolution du Cep en fonction de la zone climatique - Maison 1N 70 PL VS Valeur de Cep (kwh ep/m².an) H1b H2b H Ce premier graphique permet tout de suite de noter l écart important en terme de Cep pour une même maison (en l occurrence la maison 1N 70 PL VS 13 maison à 1 niveau de 70m² de surface habitable avec plancher haut plafonné, plancher bas sur vide sanitaire et taux de vitrage de 13%), le Cep variant de kwhep/m²shon.an en zone H1 à kwhep/m² SHON.an, soit un écart de 41%. Logiquement, ici, les consommations diminuent lorsque le climat devient plus doux. On voit donc ici qu une variation de Cep de 10 kwhep/m² SHON.an dans chacun des cas va correspondre à une variation de 6 % en zone H1b et à une variation de 10 % en zone H3, d où l intérêt de disposer des deux indicateurs dans la base de données.

25 24/29 Evolution en fonction de la surface habitable : 180 Evolution du Cep en fonction de la surface habitable - Maison 1N PL VS (-8%) Valeur de Cep (kwh ep/m².an) (-17%) N 70 PL VS 13 1N 90 PL VS 13 1N 120 PL VS 13 La surface habitable joue également un rôle important dans la variation de la valeur de Cep. On constate, pour la même solution, une baisse du Cep lorsque la surface habitable augmente. Evolution en fonction du taux de vitrage : Evolution du Cep en fonction du taux de vitrage - Maison 1N 70 PL VS Valeur de Cep (kwh ep/m².an) Zone H1b Zone H N 70 PL VS 13 1N 70 PL VS 15 Ce graphique permet de mesurer l impact de la modification du taux de vitrage. Si cet impact est relativement faible (inférieur à 1%) sur la valeur de Cep, on constate néanmoins des variations opposées entre une maison en zone H1 (augmentation du Cep avec le taux de vitrage due à l augmentation des besoins de chauffage) et une maison en zone H3 (baisse du Cep avec l augmentation du taux de vitrage due à la baisse des besoins de chauffage).

26 25/29 Evolution avec le type de plancher haut ou bas (id. évolution avec le Ubat) : Le fait de modifier le type de plancher haut ou bas va avoir un impact direct sur la valeur du Ubat. 160 Evolution du Cep en fonction du Ubat (planchers hauts) - R VS 13 Valeur de Cep (kwh ep/m².an) (-1.5%) (-3.3%) Ubat = W/m².K Ubat = W/m².K Ubat = W/m².K R PL VS 13 R SRP VS 13 R SRT VS 13 Ici on peut voir l évolution sur la maison R+1 avec le changement de plafond haut. Une amélioration du Ubat entraînant une baisse du Cep. 160 Evolution du Cep en fonction du Ubat (planchers bas) - R VS 13 Valeur de Cep (kwh ep/m².an) (-1.6%) Ubat = W/m².K Ubat = W/m².K Ubat = W/m².K R PL VS 13 R PL SS 13 R PL TP 13 Le même graphe est tracé pour les planchers bas, les évolutions sont similaires.

27 26/ Impact sur la part «Chauffage» prise seule Dans les résultats présentés ci-dessus, les variations sont déterminés sur le Cep de l ensemble de la maison, c est-a-dire comprenant les consommations liées : au chauffage, à l eau chaude sanitaire, à l éclairage, à la ventilation, aux auxiliaires nécessaires au fonctionnement notamment de la ventilation et du chauffage (ventilateurs, pompes de distribution, ). Aussi il semble intéressant de regarder quel est l écart engendré sur le poste «chauffage» seul qui est le principal poste affecté par les changements effectués sur les différents paramètres. Pour ce faire, on va détailler une partie de la base de données, en déterminant les consommations uniquement liées au poste de chauffage pour chacune des configurations. Ce calcul sera réalisé sur les maisons suivantes issues du panel : maison à 1 niveau de 90m² - 1N 90 PL 15, maison R+1 de 100 m² - R SRP 15, maison R+T de 180 m² - R+T 180 PL 15. Pour chacun des cas ci-dessus, on va réaliser le calcul pour les différents types de planchers bas (Vide Sanitaire, Sous-sol, Terre-Plein). Les résultats sont rassemblés dans une feuille Excel spécifique, appelée «Chauffage» On trouve dans le tableau ci-dessous un exemple des résultats obtenus : Cas Zone clim. Cep config0 Cep CH config0 Cep config base Cep CH config base Cep config0 Cep config0 (%) Cep CH config0 Cep CH config0 (%) 1N 90 PL VS 15 H1b % % 1N 90 PL VS 15 H2b % % 1N 90 PL VS 15 H3b % % Cet exemple présente les résultats en termes de Cep global et pour le chauffage seul pour les configurations 0 et de base pour la maison à 1 niveau de 90 m². Il présente également les écarts entre la configuration de base et la configuration 0 pour le Cep global et pour le Cep chauffage seul. Il permet de constater que : L écart en valeur absolue entre la configuration 0 et la configuration de base, est quasi identique, que l on s intéresse au Cep global ou uniquement au Cep chauffage. Par exemple, il est de kwhep/m².shon.an entre le Cep config base et le Cep config 0 en zone H1 et il est de kwhep/m².shon.an entre le Cep chauffage de la configuration de base et le Cep chauffage de la configuration 0. En effet, les paramètres qui varient concernent essentiellement le chauffage, le reste étant représenté ici par les auxiliaires de distribution qui sont inclus dans un autre poste. Cependant, pour ces mêmes valeurs, l écart en pourcentage passe de 9 à 14% soit près de 50% de plus. L impact est encore plus flagrant en zone H3 pour lequel l écart relatif passe de 11.5 à 26.3 % soit plus de deux fois plus. Cet exemple permet de mettre en valeur le fait qu un impact qui paraît modéré sur le Cep global (consommations de chauffage, éclairage, ventilation, auxiliaires) est nettement plus important sur le poste chauffage pris seul. Ce point est à considérer lors de l analyse des résultats.

28 27/ Evolution de Cep en fonction de la résistance du plancher Dans la première partie de l étude, nous avons tracé l évolution de Cep en fonction des pertes au dos de l émetteur. Ce tracé a été réalisé pour différentes maisons du panel. Nous allons nous intéresser à l un de ces tracés, en l occurrence celui de la maison R+1 de 100m² (paragraphe page 10) afin de tracer, cette fois, l évolution de Cep en fonction de la résistance du plancher. En terme de résistance du plancher, on parle ici uniquement de la couche isolante (voir paragraphe page 4). De plus, nous allons nous intéresser uniquement au cas du plancher bas sur sous-sol non chauffé. Pour ce faire, nous allons : fixer les valeurs de la résistance de la couche isolante, en déduire la valeur de Ue du plancher ainsi que des pertes au dos (Xb) de l émetteur (la méthode de calcul et de Xb est précisée au paragraphe 2.1.1), enfin, déterminer, à partir de la courbe réalisée en phase 1, la valeur de Cep pour cette valeur de pertes au dos et tracer alors l évolution Cep = f (Rplancher). Nota : dans le tableau ci-dessous, la valeur des pertes au dos est déterminée avec une valeur de Ri = 0.15 (revêtement de sol), qui est la valeur permettant de couvrir la plus grande plage de pertes au dos. On trouve dans le tableau ci-dessous les valeurs déterminées : Résistance de la couche isolante () Valeur de Ue du plancher (W/m².K) Pertes au dos (Xb) en % Cep de la maison (kwhep/m².shon.an) On trouvera ci-dessous le graphique d évolution de Cep en fonction de la résistance de la couche isolante.

29 28/ Evolution de Cep en fonction de la résistance de la couche isolante Cep (kwhep/m².shon.an) R couche isolante () L augmentation de l épaisseur d isolant (donc de la résistance) permet de diminuer les consommations. Cependant, la diminution (en pourcentage) tend à diminuer lorsque l on augmente la résistance. Ainsi, pour une augmentation de 2 à 10 de la résistance, le gain obtenu (2 kwhep/m² SHON.an) est cinq fois supérieur à celui obtenu en faisant passer la résistance de 10 à 20 (0,4 kwhep/m² SHON.an). Néanmoins, les gains possibles restent non négligeables : en effet, en passant d une résistance de couche isolante de 2.17 de résistance à une couche isolante de 3, on obtient un gain énergétique de 1% sur la consommation globale de la maison. Tout cela en ayant joué sur une seule paroi de la maison, et dont l impact ne se mesure que sur un seul poste de consommation, le chauffage, qui représente ici un peu plus de 50% du total. Tout cela permet d envisager des gains plus importants si cette amélioration est combinée à un travail plus global sur l ensemble de l enveloppe et des systèmes, gains qui seront nécessaires dans l optique de l obtention, par exemple, d un label BBC.

30 29/29 4. CONCLUSIONS DE L ETUDE La première phase de l étude, qui a permis de retenir l approche découplée pour la réalisation de la base de données, a permis une simplification des calculs, simplification que l on retrouve également pour l analyse des résultats car elle permet une réduction des simulations à effectuer. En effet, on a pu vérifier le faible impact de la variation du Ue du plancher sur la valeur de Ubat et donc sur la valeur de Cep du bâtiment mais également le faible écart entre les valeurs de Cep déterminées en utilisant les puissances de circulateur fournies par Cochebat ou celles déterminées de manière automatique par le moteur de calcul de la réglementation thermique Cette simplification permet de mettre en avant l influence de deux paramètres de fonctionnement du plancher chauffant : Les pertes au dos de l émetteur, La variation temporelle. La variation temporelle a un impact supérieur à celui des pertes au dos et semble être l axe de travail le plus pertinent pour une amélioration sensible des performances du plancher chauffant. La deuxième phase a permis de réaliser un nombre de simulations conséquentes (1 395 au total) qui permettent, sur le panel de maisons individuelles retenu, de posséder une base de données importante de la variation du Cep lorsque l on fait varier les paramètres liés au plancher chauffant basse température tels que la variation temporelle de l émetteur et les pertes aux dos de l émetteur L utilité de posséder ces simulations sur des paramètres aussi différents réside dans la possibilité de pouvoir évaluer, si l on se place dans un cas précis, lequel des paramètres sera celui susceptible de permettre la plus grande amélioration des performances globales de la maison. En ce qui concerne le plancher chauffant lui-même, cette diversité permet de faciliter la comparaison des performances de deux maisons ayant des caractéristiques (aussi bien géométriques que climatiques) très éloignées. Enfin, nous attirons l attention sur l un des derniers points développés dans le rapport, à savoir qu un impact qui peut paraître faible sur les consommations globales de la maison, peut être beaucoup plus significatif si l on regarde uniquement le poste chauffage, qui est quasiment le seul poste impacté par nos simulations (les auxiliaires étant l autre poste affecté). Il faut également garder à l esprit que ces gains sont obtenus en jouant sur une seule paroi de la maison ou uniquement sur la qualité de l émetteur. Il faut donc mettre en balance le gain obtenu avec les modifications réalisées, assez faibles ici au regard de l ensemble des modifications possibles sur la maison. Ces gains, qui pourraient être combinés à des gains liés à des améliorations sur l enveloppe ou les systèmes, ne sont donc pas à négliger dans l optique d une réduction des consommations de la maison, nécessaire dans le cadre de l obtention d un label BBC par exemple.