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1 L AUDIT ENERGETIQUE D UN ETABLISSEMENT SCOLAIRE définir les priorités d intervention FASCICULE TECHNIQUE D G T R E remplacement des vitrages? isolation des murs extérieurs? remplacement de la chaudière? isolation des tuyauteries? rénovation de l éclairage?

2 L AUDIT ENERGETIQUE D UN ETABLISSEMENT SCOLAIRE - définir les priorités d intervention - sommaire situer la consommation d un établissement par rapport au secteur relever les consommations (électricité + combustible) normaliser les consommations de chauffage comparer les ratios aux valeurs statistiques... 3 connaître l évolution du secteur une croissance de la consommation électrique galopante un coût électrique amplificateur de cette croissance une dispersion des consommateurs identifier l origine des consommations une répartition globale, a priori le bilan énergétique simplifié des consommations de chauffage l analyse des consommations d électricité repérer les mesures les plus rentables définir les principaux projets économiseurs d énergie estimer les temps de retour établir un plan d action intégrer le bilan énergétique et les mesures les plus rentables pour établir un plan d action adapté à son bâtiment

3 1 situer la consommation d un établissement par rapport au secteur «Mon bâtiment consomme litres de mazout par an. Est-ce normal?...» 1.1 relever les consommations (électricité + combustible) Un gestionnaire de bâtiment doit pouvoir situer la consommation de son établissement par rapport aux autres établissements scolaires. Dans ce but, il peut profiter des ratios énergétiques établis par la Région Wallonne afin de comparer son niveau de consommation et de détecter rapidement si sa situation est critique. Pour établir les ratios énergétiques d un bâtiment, il faut, selon les cas, faire le relevé : de la consommation en gaz, au départ des factures mensuelles. Par facilité, on utilise le «m 3» comme unité de mesure. de la consommation en fuel, au départ des livraisons réparties sur une année. Attention, il faut tenir compte des stocks existants dans les cuves en début et en fin d année. A défaut, si aucune mesure n est prise à la jauge au 31 décembre, il faut totaliser les consommations des trois dernières années et diviser par trois : l influence de l erreur sur les stocks sera réduite. de la consommation électrique, au départ des factures mensuelles du distributeur. Les ratios étant exprimés sur base des kwh totaux consommés, on totalisera les kwh en Heures Pleines et en Heures Creuses (régime Haute Tension) ou les kwh jour et nuit (régime Basse Tension). 1.2 normaliser les consommations de chauffage Comparer les consommations d un hiver froid et d un hiver doux n a pas beaucoup de sens. De plus, il est logique de consommer plus à Spa qu à Wavre. Aussi, est-il nécessaire de «normaliser» les relevés de consommation, c est-à-dire de les ramener à une consommation type pour une année de rigueur moyenne et pour un bâtiment situé à Uccle. Les ratios de référence ont été établis sur ce même schéma. situer la consommation d un établissement par rapport au secteur 1

4 Pour quantifier la rigueur d un hiver, on utilise une grandeur appelée degrés-jours. Ceux-ci sont constitués par la somme de tous les écarts entre la température intérieure moyenne et la température extérieure, de chaque journée de la saison de chauffe. La température intérieure de référence est prise à 15 C pour tenir compte des apports gratuits, notamment des apports solaires. Par exemple, si la température est de 5 C à l extérieur durant une journée, on comptabilisera (15-5 ) x 1 jour = 10 degrésjours pour cette journée. La référence belge, c est Uccle où degrés-jours ont été enregistrés en moyenne sur les 30 dernières années. Si Z degrés-jours ont été relevés dans une région et pour une année donnée, on applique une simple règle de trois pour la normaliser par rapport à Uccle : consommation annuelle normalisée = consommation annuelle mesurée x (2 074/Z) Comment connaître les degrés-jours d une année de mesure dans une région donnée? Voici les valeurs pour Uccle (*) : année civile degrés-jours Uccle saison de chauffe 1995/ /1997 degrés-jours Uccle Et voici les degrés-jours normalisés pour d'autres lieux de Wallonie : BEAUVECHAIN 2274 NECHIN 2102 HUISSIGNIES 2259 WASMUEL 2131 degrés-jours normalisés LIEGE-MONSIN 2016 SCRY 2465 THIMISTER 2399 HOCKAY 2845 degrés-jours normalisés * Les degrés-jours mensuels et annuels sont également communiqués dans le bimestriel «Le Réactif» distribué gratuitement à tous les Responsables-Energie intéressés par les projets URE. 2 situer la consommation d un établissement par rapport au secteur

5 LA HESTRE 2286 THIRIMONT 2335 ERNAGE 2370 DOURBES 2435 MONT-RIGI 3321 ST-VITH 2970 SUGNY 2653 NADRIN 2920 ST-GERARD 2441 LIBRAMONT 2795 MALONNE 2235 SIBRET 2984 HASTIERE 2298 DOHAN 2582 CINEY 2472 ARLON 2567 ROCHEFORT 2597 En première approximation, partant de l idée que si l hiver d une année est 10 % plus froid que la normale à Uccle, il est aussi 10 % plus froid ailleurs en Wallonie. Ainsi, les degrés-jours à Ciney pour 1996 sont approximativement de : (2383/2074) x 2472 Mais pour plus de précisions, on peut consulter l IRM-service climatologie au 02/ Remarques : l année civile 1991 est très proche d une année type du point de vue climatique. La consommation enregistrée en 1991 est donc le reflet fidèle des besoins moyens d un bâtiment. pour plus d informations sur la normalisation des consommations, on consultera la brochure «comptabilité énergétique» dans la même collection. 1.3 comparer les ratios aux valeurs statistiques Chaque année, l Institut Wallon réalise une analyse des consommations par secteur d activité. Il est donc possible d établir des ratios de consommation par élève ou par m 2, et de comparer les valeurs obtenues dans les tableaux de la page suivante. Pour convertir les consommations d un bâtiment en GJ (Giga- Joule), on sait que litres de fuel ou m 3 de gaz naturel riche génèrent environ 36 GJ, et que kwh = 3,6 GJ. Voici un extrait du bilan énergétique régional daté de janvier 1996, basé sur les consommations de situer la consommation d un établissement par rapport au secteur 3

6 La particularité des établissements scolaires réside dans la diversité des locaux existants, diversité qui trouve son explication dans les activités qui s y pratiquent (cours, sport, repas...) ainsi que dans les publics différents qui occupent les classes (gardienne, primaire, secondaire, cours du soir...). De plus, l occupation de ces locaux est essentiellement intermittente. On y trouvera sans doute un début d explication des différences de consommations spécifiques moyennes relevées pour les différents réseaux présentés dans les paragraphes suivants. Les établissements dans les différents échantillons repris ne possédent pas d internat. 1. ENSEIGNEMENT DES COMMUNAUTES FRANCAISE ET GERMANOPHONE 1.1 CONSOMMATION PAR ELEVE valeurs moyennes : ELECTRICITE 2,1 GJ / élève soit 574 kwh / élève COMBUSTIBLES 12,5 GJ / élève soit 347 l fuel / élève 347 m 3 / élève gaz 4 situer la consommation d un établissement par rapport au secteur

7 1.2 CONSOMMATION PAR METRE CARRE Les consommations spécifiques établies par mètre carré et par élève, nous donnent le même ratio entre consommation moyenne d électricité et consommation moyenne de combustibles, à savoir 1/6 comme rapport des énergies. valeurs moyennes : ELECTRICITE 0,12 GJ / m 2 soit 32 kwh / m 2 COMBUSTIBLES 0,72 GJ / m 2 soit 20 l fuel / m 2 20 m 3 gaz / m2 Commentaires D une manière générale, les écoles dépendant de la Communauté française consomment nettement plus que les écoles des autres réseaux. Plusieurs raisons peuvent l expliquer : situer la consommation d un établissement par rapport au secteur 5

8 2. ENSEIGNEMENT COMMUNAL ET PROVINCIAL 2.1 CONSOMMATION PAR ELEVE Pour des échantillons de même taille, et pour des écoles de taille moyenne équivalente, les consommations spécifiques par élève de l enseignement communal et provincial sont sensiblement plus faibles que dans l enseignement communautaire(+/- 1/3 en moins). valeurs moyennes : ELECTRICITE 1,4 GJ / élève soit 385 kwh / élève COMBUSTIBLES 8,6 GJ / élève soit 239 l fuel / élève 239 m 3 / élève gaz 6 situer la consommation d un établissement par rapport au secteur

9 2.2 CONSOMMATION PAR METRE CARRE valeurs moyennes : ELECTRICITE 0,17 GJ / m 2 soit 47 kwh / m 2 COMBUSTIBLES 0,88 GJ / m 2 soit 24 l fuel / m 2 24 m 3 gaz /m2 situer la consommation d un établissement par rapport au secteur 7

10 3. ENSEIGNEMENT LIBRE ET PRIVE CONSOMMATION PAR ELEVE Par rapport à l échantillon de l enseignement communal et provincial, les consommations spécifiques de l enseignement libre et privé sont plus faibles de 14 % pour l électricité et de 22 % pour les combustibles. valeurs moyennes : ELECTRICITE 1,2 GJ / élève soit 335 kwh / élève COMBUSTIBLES 6,7 GJ / élève soit 186 l fuel / élève 186 m 3 / élève gaz 8 situer la consommation d un établissement par rapport au secteur

11 commentaires : D une manière générale, les écoles dépendant de la Communauté Française consomment nettement plus que les écoles des autres réseaux. Plusieurs raisons peuvent l expliquer : l enseignement communautaire belge héberge des activités qui peuvent se dérouler hors journée (ex : cours de promotion sociale). la surface des bâtiments mis à la disposition des élèves est en général plus importante. L enquête de l Institut Wallon fait apparaître : - 14 m 2 /élève dans la communauté, - 10 m 2 /élève dans le provincial et le communal, - 9 m 2 /élève dans le libre et le privé. la responsabilité en matière de consommation d énergie dans l enseignement communautaire est éparpillée. En effet, ce sont les écoles qui supportent le coût des consommations tandis que les investissements en équipement sont réalisés par le Fond des Bâtiments Scolaires ou par les Sociétés Publiques d Administration des Bâtiments scolaires. Dans ces conditions, et contrairement aux écoles libres, les investissements consentis par l organisme propriétaire ne lui sont jamais retournés grâce aux économies de consommation. *** situer la consommation d un établissement par rapport au secteur 9

12 10 situer la consommation d un établissement par rapport au secteur

13 2 connaître l évolution du secteur «La consommation d électricité augmente chaque année...» 2.1 une croissance de la consommation électrique galopante Il est intéressant de prendre conscience de l évolution des consommations ces dernières années. En particulier, la consommation électrique est en forte croissance : entre 1981 et 1994, la consommation électrique dans l enseignement des Communautés a augmenté de 61 %, en trois ans seulement, de 1991 à 1994, la consommation électrique dans l enseignement libre a augmenté de 20 %. Par contre, la consommation de combustibles est en stagnation, voire en légère baisse dans l enseignement libre. Ce phénomène de croissance des consommations électriques est général dans le tertiaire. Dans les écoles, il fait suite notamment à l accroissement des équipements électriques de bureautique (ordinateurs, photocopieuses,...) mais également au passage au «tout électrique» dans la cuisine collective. 2.2 un coût électrique amplificateur de cette croissance Jusqu ici nous avons parlé des évolutions énergétiques de l électricité en kwh. Le même bilan réalisé en francs serait encore plus préoccupant puisque le coût du kwh électrique est environ cinq fois plus élevé que le coût du kwh gaz ou fuel! Un m 3 de gaz a environ le même pouvoir calorifique qu un litre de fuel. Tous deux, en brûlant, fournissent environ 10 kwh ou 36 MJ (Méga-Joule). Si le prix d achat du litre fuel est de 7 BEF, le prix de revient du kwh-fuel est donc de 0,7 BEF/kWh. Si on intègre un rendement de l installation de chauffage de l ordre de 70 %, le prix de revient du kwh de chaleur apporté dans les locaux est de l ordre du franc. Le prix du gaz est de l ordre de 20 à 30 % plus cher que le fuel. connaître l évolution du secteur 11

14 Par contre, le prix de revient du kwh électrique de jour est d environ 4,5 BEF (HTVA) en tarif haute tension (HT) (le coût de la pointe quart horaire étant intégré), et d environ 4,9 BEF (HTVA) en tarif basse tension (BT). 2.3 une dispersion des consommateurs Cette montée en puissance du budget électrique est insidieux car il résulte de la multitude des équipements répartis dans toute l école. C est donc lors de chaque achat qu il faut se poser la question de l efficacité énergétique de l équipement, du distributeur de boissons fraîches à la nouvelle photocopieuse. Heureusement les possibilités de programmation des équipements sont en croissance également, de l interrupteur de nuit et de week-end sur le distributeur de boissons, jusqu aux possibilités de mise en veille de la photocopieuse. (*) *** * Pour plus d informations : «Bureautique et énergie» dans la même collection. 12 connaître l évolution du secteur

15 3 identifier l origine des consommations «Où partent ces litres de mazout?...» 3.1 une répartition globale, à priori Une première idée de la répartition des consommations dans une école est donnée ci-dessous sur base d une enquête réalisée par l ADEME en France. Répartition des consommations 100 pourcentage chauffage 81% eau chaude 6% cuisson 4% éclairage 6% autres 3% A présent, réalisons la même répartition mais sur une base budgétaire : l électricité fait cette fois part égale avec le chauffage! (cette estimation se fait sur base de l hypothèse d un coût du kwh électrique cinq fois plus élevé que le coût du kwh combustible et d une production d eau chaude électrique). L éclairage représente 6 % de l énergie consommée, mais 17 % du budget énergie de l école. Répartition des coûts pourcentage chauffage 46% eau chaude 17% cuisson 11% éclairage 17% autres 9% Les chiffres ci-dessus ne constituent qu une moyenne de mesures effectuées sur un grand nombre d écoles. Idéalement la répartition doit être faite spécifiquement pour l école concernée : c est l objet des deux chapitres ci-après. identifier l origine des consommations 13

16 3.2 le bilan énergétique simplifié des consommations de chauffage La mesure de la consommation de combustible ne pose pas de problèmes : sa centralisation permet un comptage facile. (*) Une autre chose est sa répartition en postes consommateurs : parmi les litres consommés, quelle est la «responsabilité» des vitrages? Une telle répartition est très utile pour établir un plan d action de réduction des dépenses énergétiques. En voici une approche très simplifiée, mais efficace. Procédons par étapes. étape 1 : dissocier l enveloppe du bâtiment et l installation de chauffage Il est primordial de scinder l étude en deux parties : l étude des besoins du bâtiment, et l étude du rendement du système de chauffage. La consommation d un bâtiment est donnée par : consommation = besoins du bâtiment / rendement du chauffage Ainsi, si les besoins sont de kwh et que le rendement de l installation de chauffage est de 60 %, la consommation annuelle sera de / 0.60 = kwh. Les kwh de différence représentent les pertes de l installation de chauffage. On peut d ailleurs dissocier mentalement le bâtiment et le système de chauffage comme le montre la figure ci-dessous. * Tous les détails sur les techniques de mesure de la consommation de fuel sont repris dans la fiche technique «Mesure de la consommation de fuel», éditée dans la même collection. 14 identifier l origine des consommations

17 étape 2 : établir les pertes de l enveloppe La consommation d un bâtiment est directement liée au flux de chaleur qui traverse les parois extérieures. On peut faire une analogie avec un seau percé que l on remplit d eau. Pour maintenir le niveau, il faudra ajouter en permanence de l eau pour compenser les pertes par les divers trous. Il en est de même pour les radiateurs qui compensent en permanence les pertes de chaleur des parois des locaux, pour maintenir la température intérieure à sa consigne. Seules les pertes par les parois extérieures de l enveloppe du bâtiment doivent être évaluées. Les parois internes (parois de séparation entre deux locaux) n ont aucune importance dans le bilan. Prenons l exemple d un vitrage. Pour évaluer la perte calorifique pour 1 m 2 de vitrage, il faudra : estimer la qualité thermique du vitrage : elle est donnée par son coefficient de transmission thermique «k». Ainsi, pour du simple vitrage, le coefficient k vaut 6 Watts par m 2 et par degré d écart entre l intérieur et l extérieur. déterminer la température intérieure moyenne du local, moyenne jour-nuit, semaine-week-end, intégrant les périodes de congé : elle est évaluée à 15,5 C pour les écoles avec cours du soir et à 14 C pour les écoles sans cours du soir et de faible inertie thermique. De cette valeur, on retirera encore 2 à 3 C pour tenir compte des apports gratuits : soleil, occupants,... (la valeur de 3 C est prise pour les bâtiments avec façades largement vitrées). déterminer la température moyenne extérieure durant la saison de chauffe : cette température varie d un bout à l autre du pays, de même que la durée de la saison de chauffe sur base de laquelle on établit la température moyenne. Pour simplifier on considérera que la saison démarre le 15 septembre et finit le 15 mai. Dans ce cas la température extérieure moyenne équivalente est de : - Uccle 6,5 C - Hastière 5,5 C - Libramont 3,5 C - Mons 6 C - Saint V.ith 2,7 C évaluer la durée de la saison de chauffe : entre le 15 septembre et le 15 mai, il y a 242 jours de chauffe, soit heures. En fait, on calcule les besoins en faisant comme si la température extérieure était constante et égale en permanence à la température moyenne extérieure. Par exemple, un bâtiment situé à Mons ressent l hiver comme s il y faisait 6 C pendant heures. identifier l origine des consommations 15

18 Conclusions : pour calculer les besoins de chaleur, on prendra : besoins = surface x coefficient de transmission x écart de température x durée de chauffe Appliquons ceci à 1 m 2 de simple vitrage, situé à Mons, dans un bâtiment occupé le soir : besoins = 1m 2 x 6 W/m 2. C x (15, ) x h = Wh = 261 kwh Remarques : En principe, la normalisation impose d exprimer les écarts de température en Kelvin «K» (1K = 1 C). On utilisera donc dorénavant des valeurs de coefficient k exprimés en W/m 2.K. Cette méthode permet d évaluer rapidement l impact d un remplacement de vitrage. Sachant que le coefficient k d un double vitrage ordinaire est de 2,9 W/m 2.K, on voit de suite que les pertes du vitrage diminueront de moitié. Généralisation : Pour calculer les pertes de l ensemble du bâtiment, on établira un bilan similaire pour toutes les parois de l enveloppe. Ceci suppose : un relevé des surfaces de toutes les parois des façades, un repérage des parois de l enveloppe qui ne seraient pas en contact avec l air extérieur mais bien en contact avec des locaux non chauffés ou avec le sol. Afin de diminuer leurs déperditions, on prendra par exemple 2/3 des déperditions lorsque la paroi est en contact avec un local non chauffé, comme un garage ou une cave, et 1/3 des déperditions lorsque la paroi est en contact avec le sol, l établissement des coefficients «k» de chacune de ces parois, sur base des valeurs moyennes du tableau ci-contre. 16 identifier l origine des consommations

19 type de paroi épaisseur d isolant (cm) coefficient k (W/m 2.K) fenêtres simple vitrage châssis bois 5 châssis alu sans coupure 6,2 thermique double vitrage châssis bois ou PVC 2,7 châssis alu sans coupure 3,9 thermique châssis alu avec coupure 3,1 thermique porte bois de 4 cm 2,5 aluminium ,9 murs extérieurs mur plein briques 23 cm 0 1,7 briques 35 cm 0 1,2 mur creux blocs intérieurs en béton 0 2 lourd, parement en briques, + laine minérale 4 0,7 8 0,4 mur creux blocs intérieurs creux en 0 1,4 béton léger, parement en briques, + polystyrène extrudé 4 0,5 8 0,3 toitures toiture inclinée tuile, sous-toiture en bois 0 3,5 15 mm + laine minérale 6 0,6 12 0,3 toiture plate béton 12 cm 0 2,8 + polystyrène extrudé 6 0,5 10 0,3 planchers plancher sur vide béton + chape : 22 cm 0 2,4 ventilé + polystyrène extrudé 4 0,6 plancher sur local non béton + chape : 17 cm 0 2 chauffé + polystyrène extrudé 4 0,6 plancher sur sol béton + chape : 15 cm 0 3,2 4 0,7 identifier l origine des consommations 17

20 La totalisation des pertes pourra avoir lieu, comme repris dans l exemple suivant : surface (m 2 ) coeff. k (W / m 2.K) influence des locaux non chauffés puissance de déperdition (W / K) vitrages 400 5,5 murs extérieurs ,6 toitures plancher 500 1,2 2/3 (cave) total : estimation des pertes de chaleur par les parois : 3820 x (15, ) x x 1/1 000 = kwh/an Remarque : le facteur 1/1 000 est utilisé pour passer de Wh en kwh. 18 identifier l origine des consommations

21 étape 3 : estimer les besoins en ventilation L énergie nécessaire à la ventilation d un bâtiment peut à nouveau être estimée simplement si on imagine que pendant toute la saison de chauffe (5 800 heures), de l air entre dans le bâtiment à la température moyenne extérieure saisonnière et doit être réchauffé jusqu à atteindre la température moyenne intérieure. Dès lors : besoins de chauffage de l air de ventilation = 0,34 x Volume du bâtiment x b x écart de température x durée de chauffe où b est le taux de renouvellement d air horaire du bâtiment. On prendra pour b 0,65 pour un bâtiment très étanche en site urbain, 1 pour un bâtiment peu étanche en site urbain, 1,4 pour un bâtiment peu étanche en site rural dégagé. En reprenant notre exemple de bâtiment (volume chauffé de m 3 ) et en supposant un b de 1, on obtient : Besoins de ventilation = 0,34 x x 1 x (15, ) x x 1/1 000 = kwh étape 4 : estimer les besoins en eau chaude sanitaire Le poste chauffage de l eau chaude sanitaire est un poste très variable d une école à l autre. Il peut être estimé (source Ademe - France) sur base de besoins forfaitaires moyens : base : de 2 à 8 kwh/m 2 par an, suivant la taille et le type d enseignement (ateliers, classes maternelles,...). internat : sur base de 35 l/interne/jour à 45 C, on obtient un besoin de 270 kwh/an/interne, pour l hébergement de 187 jours (sans repas). cuisine : sur base de 6 l/repas/jour à 45 C, on obtient un besoin de 46 kwh/an pour un repas par jour durant 187 jours. identifier l origine des consommations 19

22 Remarque : on peut estimer les kwh nécessaires en sachant que chauffer un litre à 45 demande 0,041 kwh. Pour obtenir les consommations générées par ces besoins, il est nécessaire d intégrer le rendement de production de l eau chaude sanitaire. Pour les systèmes à accumulation par boiler électrique, on prendra un rendement de 60 à 80 % suivant le degré d isolation du réservoir et des tuyauteries de la boucle de distribution. Pour les systèmes à accumulation alimentés par le chauffage du bâtiment, un rendement de 40 à 85 % sera choisi, - 40 % si la chaudière est très ancienne, surdimensionnée, si la boucle de distribution de l eau chaude est très longue et mal isolée, % si l installation est récente, bien isolée et que la chaufferie est très proche du lieu d utilisation. Ce rendement perd encore de 10 à 20 % d efficacité si la chaudière est maintenue en température en été uniquement pour les besoins de l eau chaude sanitaire. étape 5 : évaluer le rendement de l installation de chauffage A priori, le rendement d une installation de chauffage est compris entre 50 % et 85 %. C est pourquoi, à défaut d une étude détaillée, on choisira un rendement moyen de 70 %. Ce qui fait pencher la balance vers les 85 % : une nouvelle chaudière et un nouveau brûleur, respectant les Labels Optimaz ou HR-Haut Rendement, avec un rendement instantané de combustion de plus de 90 %, des conduites bien isolées, un découpage du réseau de tuyauteries conforme aux zones thermiquement homogènes (un circuit distinct pour la façade sud, un pour le réfectoire,... ) la présence d isolant réfléchissant derrière les radiateurs, une régulation par optimiseur (voir brochure sur «La régulation du chauffage dans les établissements scolaires»),... Ce qui fait pencher la balance vers les 50 % : une chaudière de plus de 20 ans, dont le rendement instantané de combustion avoisine les 80 % (voir fiche d entretien annuel), dont les pertes à l arrêt sont importantes (on le détecte par le niveau élevé de la température de l air en chaufferie),... une chaudière gaz atmosphérique maintenue en permanence à température par son aquastat, 20 identifier l origine des consommations

23 des tuyauteries en cave non isolées, des radiateurs logés en alcôve dans un renfoncement du mur extérieur, un circuit hydraulique unique pour tout le bâtiment,... Remarque : le rendement peut être meilleur que 85 % s il est fait usage d une chaudière à condensation (chaudière qui récupère la chaleur des fumées et qui condense la vapeur d eau contenue dans les fumées). Il sera très utile de procéder à une évaluation du rendement de la chaudière (réalisée obligatoirement lors de l entretien annuel des installations à mazout). Attention : il ne faut pas confondre rendement instantané et rendement saisonnier. La valeur inscrite au bas de l attestation d entretien (dite, attestation «CEDICOL») correspond au rendement instantané, la valeur moyenne saisonnière est beaucoup plus basse. En quelque sorte, une chaudière c est comme une voiture qui roule 30 % du temps et attend à un feu rouge 70 % du temps, le moteur au ralenti. Dans ces conditions, il est fort important d évaluer également la consommation de ralenti qui va faire baisser la moyenne! Il est certain qu un rendement instantané inférieur à 85 % doit inquiéter le gestionnaire : le rendement saisonnier est alors probablement inférieur à 70 %... La technique d évaluation détaillée du rendement d une chaudière est décrite dans le manuel du Responsable Energie (à commander au service publications de la Région Wallonne : ). étape 6 : évaluer les consommations totales Il est à présent possible d estimer les consommations totales par la relation : consommation théorique = (besoins de chauffage + besoins de ventilation + besoins d eau chaude) / rendement. Reprenons l exemple présenté à l étape 2. En supposant que la production d eau chaude se fasse par des appareils électriques indépendants, et que le rendement de l installation soit estimé à 70 %, on obtient : consommation théorique (chauffage du bâtiment ) = ( ) / 0.7 = kwh / an Sachant que le Pouvoir Calorifique du mazout est de 10 kwh/litre (ou que le Pouvoir Calorifique du gaz est de 10 kwh/m 3 environ), on déduit une consommation théorique de litres de mazout ou mètre cube de gaz. identifier l origine des consommations 21

24 Si la consommation réelle diffère de plus de 20 % de la valeur théorique calculée ci-dessus, il y a lieu de revoir les hypothèses faites à chaque niveau du calcul. Autrement, un simple ajustement est possible par règle de trois. Cette technique permet de conserver l importance relative des postes consommateurs, tout en réajustant les consommations à leur valeur réelle. Par exemple, la consommation réelle est de litres au lieu des calculés : c est probablement le système de chauffage qui est meilleur que prévu ou la température intérieure équivalente qui est un peu plus basse. On peut ajuster les consommations théoriques comme décrit dans le tableau ci-dessous. Le coefficient d adaptation est de / = 0.88 surface (m 2 ) coeff.k 2 ( W/m.K) puissance (W/K) consommation théorique (kwh) coefficient consommation réelle (kwh) consommation réelle (litres fuel) vitrage 400 5, murs extérieurs , toitures plancher 500 1, ventilation s ous-total : pertes chauffage (30 % du total) t otal : identifier l origine des consommations

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26 Si le fuel est acheté à 7 BEF/ litre, l économie financière annuelle suite au remplacement des châssis est donc de BEF. Evolution des consommations litres de fuel / an avant après 0 Vitrages Murs Toitures Plancher Ventilation Pertes Total 3.3 l analyse des consommations d électricité étape 1 : comprendre le contenu de la facture Si l interprétation d une facture électrique est aisée en Basse Tension, elle est plus complexe pour le régime Haute Tension. Reprenons ci-dessous les éléments principaux pour le tarif Binôme A, le tarif le plus couramment rencontré dans les établissements scolaires. Le tarif horo-saisonnier est également possible ; il se caractérise par un coût très faible en été, faible en mi-saison et très élevé en hiver. Le profil de consommation d une école trouve donc rarement avantage à ce type de profil. 24 identifier l origine des consommations

27 1. principes de base La facture est mensuelle. Deux éléments sont facturés : la puissance maximale (kw) prélevée au réseau durant le mois écoulé : c est le terme de «puissance», l énergie consommée (kwh) durant le mois : c est le terme «proportionnel». On parle dès lors d une structure binôme. Le terme de puissance est destiné à couvrir les charges fixes liées aux investissements (centrales, réseaux,...) nécessaires pour assurer la mise à disposition de la puissance demandée. Le terme proportionnel couvre les frais directement liés à la production d énergie électrique. Par exemple, le coût facturé par le distributeur pour kwh consommés sera beaucoup plus élevé s il s agit de kw demandés durant 1 heure que de 1 kw durant heures! terme énergie (ou «proportionnel») inchangé : kwh = kwh terme puissance nettement plus élevé : kw >> 1 kw La puissance payée est basée sur la puissance maximale appelée durant un quart d heure au cours du mois. Elle est encore appelée «pointe quart-horaire». en «binôme A - éclairage», le kw de pointe revient à ± 450, BEF, en «binôme A - force motrice», le kw est facturé à ± 380, BEF, TVAC. Le tarif «force-motrice» est appliqué si l on peut justifier que moins de 15 % de la consommation est utilisée à des fins d éclairage. Pour le prouver, il faut évaluer les puissances installées dans les différents équipements. Il existe également le tarif «électrothermie», encore nettement moins cher, mais il n est plus accessible pour de nouveaux contrats. Seuls ceux qui en sont déjà bénéficiaires peuvent conserver ce tarif avantageux! C est la version électrique des droits acquis! identifier l origine des consommations 25

28 2. les heures de consommation La tarification fait une distinction entre les termes proportionnels applicables à l énergie consommée en Heures Pleines (kwh HP) et celle consommée en Heures Creuses (kwh HC). Les Heures Pleines HP représentent les heures de jour en semaine : 15 heures par jour ouvrable, du lundi au vendredi, à l exception des jours fériés légaux nationaux. Il y a quelques variations suivant les distributeurs, mais généralement elles ont lieu de 7h00 à 22h00. Ceci représente 43 % du temps ou h/an. Les Heures Creuses HC représentent les heures de nuit et de week-end : 9 heures par jour ouvrable, du lundi au vendredi, et 24 heures sur 24 les samedis, dimanches et jours fériés légaux nationaux. L heure de passage vers le tarif Heures Creuses varie suivant les distributeurs, mais généralement, on est en Heures Creuses de 22h00 à 7h00. Ceci représente 57 % du temps ou h/an. 3. la consommation d énergie réactive La consommation d énergie réactive est liée à la présence de tubes fluorescents, de moteurs,... dans l installation. Le cos phi, indiqué en bas de la facture, sert d indicateur : Si le cos phi est < à 0,9 la consommation d énergie réactive est jugée excédentaire et une pénalité est appliquée par le distributeur. Le placement de condensateurs de compensation pour réduire la consommation d énergie réactive est une opération très rentable grâce à la suppression de la pénalité : l investissement est rentabilisé en 6 mois généralement, maximum en 1 an. 4. le prix plafond pour le binôme A Si le diagramme de charge est très «pointu» (la cuisine collective qui «tire» à midi, par exemple), le coût de la pointe de puissance sera très important dans le coût final du kwh! Le distributeur a dès lors prévu un prix «plafond» maximal pour le kwh aux Heures Pleines, applicable pour le tarif binôme A. En pratique, il calcule le prix moyen du kwh HP : (coût de la pointe + coût des kwh HP)/(nbre de kwh HP) Si ce prix est supérieur à la valeur du «prix plafond», c est celui-ci qui sera appliqué. 26 identifier l origine des consommations

29 Pour plus d informations sur la tarification, la gestion de la pointe quart-horaire, le placement de condensateurs de compensation de la consommation réactive,... on consultera la brochure «Gestion de la pointe quart-horaire» dans la même collection. étape 2 : comprendre l origine des consommations Il est difficile de répartir la consommation électrique, vu la multiplicité des consommateurs. Plusieurs possibilités apparaissent : procéder à un enregistrement de la charge électrique tout au long d un mois. Cela met en évidence les moments de pointe, la consommation de nuit, la consommation de weekend,... L enregistrement peut être demandé gratuitement auprès d Electrabel ou de l Institut Wallon (dans la mesure de leurs disponibilités), ou peut être demandé à un bureau d études spécialisé (coût : +/ BEF, analyse comprise) placer des compteurs de passage sur les principales lignes. On notera que ce type de compteur constitue également un outil de motivation dans le cadre d une future sensibilisation des occupants d un bâtiment. Ainsi, la motivation d une «équipe cuisine» passe par la possibilité de leur communiquer l évolution de la consommation de la cuisine. utiliser le compteur général de l installation, si on peut mesurer une à une les consommations de chacun des circuits en jouant avec les disjoncteurs des tableaux divisionnaires. Pendant les heures de cours, cela pose de réels problèmes! Mais pour découvrir l origine des consommations de nuit ou de week-end, la coupure successive de chaque circuit est efficace. à défaut, mesurer le courant dans les principaux départs de l installation avec une pince ampèremétrique. identifier l origine des consommations 27

30 Attention au cos phi de certains appareils comme les moteurs, les lampes fluorescentes,...! La puissance active des appareils alimentés en alternatif est donnée par P = U x I x cos phi ; il ne suffit donc pas de multiplier le courant mesuré par 220 Volts pour obtenir la puissance. visiter le bâtiment en dehors des périodes de fonctionnement normales (en soirée, un samedi,...). OK, il faut être vachement mordu par l énergie, mais on en découvre des équipements en fonctionnement pour rien!!! répertorier les équipements présents dans le bâtiment, mesurer ou évaluer leur puissance, leur donner une durée de fonctionnement, et tenter de retrouver le bilan total de consommation, comme montré dans le tableau ci-dessous : équipement puissance heures de jour heures de nuit en semaine heures de weekend énergie consommée heures pleines énergie consommée heures creuses circulateur éclairage extérieur... 0,3 kw 2 kw 5 x 15 h 0 5 x 9 h 5 x 9 h 2 x 24 h 2 x 10 h 22,5 kwh 0 kwh 27,9 kwh 130 kwh... Ce calcul est difficile à réaliser pour les consommations en heures pleines, mais il est fort utile à faire pour les heures creuses : cela motive l achat de quelques horloges pour couper les consommations parasites! Attention au gel : certaines coupures doivent être limitées par l action d un thermostat d ambiance de contrôle! On est aidé dans ce travail par la connaissance de certaines consommations-type d appareils. Par exemple, la consommation : d un distributeur de boissons froides est de 400 kwh par an, d un distributeur de boissons chaudes pour bureaux (1 kw) : 800 kwh/an, d un distributeur de boissons chaudes pour cantine scolaire (3 kw) : kwh/an. Il existe un appareil de mesure qui s insère entre l appareil consommateur et la prise de courant (un peu comme une allonge). Il fournit puissance et consommation pour tous les équipements traditionnels (c est l occasion de voir si le frigo n est pas à remplacer!). Certaines régionales d Electrabel peuvent prêter ce type d appareil de mesure. L institut Wallon également, si vous vous engagez à leur faire part de vos résultats de mesure,... qui viendront enrichir la banque de données! 28 identifier l origine des consommations

31 étape 3 : repérer une pointe quart horaire excessive (en régime Haute Tension) diagramme des charges montrant l évolution de la pointe quart horaire. L enclenchement simultané des groupes frigorifiques de 9h15 à 9h45 a provoqué une pointe de 196 kw qui, pour le tarif «binôme A-force motrice», se chiffre par un supplément du terme puissance de l ordre de ,-BEF. La structure «binôme» de la tarification entraîne le paiement des kwh consommés (énergie) mais également des kw appelés (= puissance). Des économies tarifaires, financières, sont donc possibles si l on parvient à «lisser» le diagramme de charge. L enregistrement de la charge est le meilleur instrument pour détecter l importance de la pointe mais la facture peut déjà permettre d orienter les réflexions, à partir de deux outils : 1. la durée d utilisation mensuelle Un premier indicateur nécessaire pour évaluer l intérêt de réduire la pointe est le rapport U exprimé ci-après par : durée d utilisation U en h = consommation en kwh HP/ pointe quart horaire en kw Remarque : Il s agit donc bien du rapport entre les kwh en Heures Pleines et les kw de pointe. A ce titre, il se distingue du coefficient d utilisation repris dans le bas de la facture électrique mensuelle, sous l appellation «UTILISATION USAGES GENE- RAUX», qui regroupe les kwh en Heures Pleines (jour de semaine) et les kwh en Heures Creuses (nuit + week-end). identifier l origine des consommations 29

32 Pour un mois de consommation donné, la figure ci-dessous fournit le prix d achat du kwh en fonction de ce rapport U : On peut y remarquer l importance de la pointe quart horaire dans le coût du kwh : le prix du kw de pointe est relativement moins important si U est grand, c est-à-dire si le profil d utilisation est assez régulier. Au maximum, la durée d utilisation est égale à 315 heures, soit le nombre total d heures pleines par mois. Dans ce cas, le diagramme des charges est plat, la pointe est égale à la puissance moyenne. D autre part, pour une durée d utilisation inférieure à 120 heures environ, on atteint le prix plafond où l effet de pointe est plafonné. A ce moment, la facture est basée sur le nombre de kwh consommés (la pointe n intervient plus). Si bien que lorsque le U est inférieur à 80 heures (pointe très élevée), les efforts à consentir pour étaler la demande seront importants et risquent d être peu récompensés financièrement: le prix plafond restera d application tant que U ne dépassera pas 120 heures. exemple : une école, avec une préparation des repas «tout électrique» : la pointe de 11 heures sera très importante par rapport au restant de la journée. Au-delà de 80 heures et en deçà de 200 heures d utilisation mensuelle, une gestion de la pointe est à envisager 30 identifier l origine des consommations

33 2. le ratio W / m² Il est possible de rapporter la pointe quart horaire maximale à la surface du bâtiment et de la comparer à celle donnée par une enquête au sein des immeubles de bureau de la Région Wallonne : le ratio oscille entre 7 et 20 W/m 2. Pointes quart horaires maximum dans les bâtiments de la Région Wallonne. remarques : ces valeurs sont données à titre indicatif puisqu elles correspondent à un parc de bâtiments particulier. Ce ne sont pas des écoles. Nous devons, dans les années futures, établir une statistique de ce type pour les écoles et toute collaboration, via une association d économes par exemple, serait la bienvenue. la valeur de 7 W/m² est réalisée dans un bâtiment nouveau où, dès la construction, l effort a été mis en matière de limitation des puissances installées (dimming de l éclairage, délestage automatique,...). Pour plus d informations sur ce bâtiment, on peut contacter Claude Rappe du Service de l Energie de la Région Wallonne (081/ ). *** identifier l origine des consommations 31

34 32 identifier l origine des consommations

35 4 repérer les mesures les plus rentables «Agir, oui, mais par où commencer?...» 4.1 définir les principaux projets économiseurs d énergie Passons en revue les mesures les plus pertinentes et pour lesquelles certains établissements scolaires ont déjà engrangé des résultats tangibles. remplacer une ancienne chaudière Le remplacement d une chaudière «à bout de course» est l action «énergie» la plus rencontrée dans les écoles, par souci d économie d énergie ou par remplacement d une installation défectueuse. Nombreux sont ceux qui vantent les mérites des vieilles chaudières en fonte (fin des années 60) : «elles sont increvables»! Et pourtant, elles ne brillent pas par leurs performances. Leur rendement de production moyen saisonnier est voisin de 60 %, ce qui s explique par : des pertes à l arrêt importantes un surdimensionnement pouvant dépasser les 100 %. Remplacer ces vieilles chaudières dès à présent permet d économiser de l ordre de 20 % de la consommation annuelle. Le rapport entre le budget de rénovation et le montant représenté par 20 % de la consommation permet de trouver le temps d amortissement du projet en années, entre 5 et 10 ans généralement. Après cette période, c est tout bénéfice! D autant que la nouvelle chaudière sera d une puissance inférieure à la puissance actuelle : jusque dans les années 70, toutes les chaudières étaient largement surdimensionnées. En fait, un surdimensionnement de 20 % est suffisant pour assurer en toutes circonstances la relance du lundi matin. On peut exiger du bureau d études ou de l installateur un calcul de la puissance suivant la norme NBN , norme précisant le calcul des déperditions d un bâtiment. Pour plus de détails concernant le choix d une nouvelle chaudière, on consultera la brochure «réagir en situation d urgence» dans la même collection, brochure qui part de la constatation angoissante : la chaudière vient de rendre l âme et il gèle dehors!... repérer les mesures les plus rentables 33

36 réguler l installation de chauffage Le régulateur est au chauffage ce que l accélérateur est au moteur d une voiture : l instrument qui permet de fournir en permanence la puissance adaptée aux besoins! Une telle adaptation précise de la fourniture de chaleur aux besoins réels se justifie largement suite aux spécificités des établissements scolaires : - diversité des locaux et des exigences de confort (halls de sport, classes, réfectoires, locaux administratifs, ateliers,...), - occupation essentiellement intermittente, - importance des apports de chaleur gratuits liés à l occupation des locaux ou à l ensoleillement. C est pourquoi une stratégie efficace de régulation doit être mise en place : disposer de circuits séparés pour desservir des zones aux besoins thermiques différents (différents par l orientation, par les périodes d occupation, par les activités diférentes) réguler ces circuits en fonction soit des conditions climatiques extérieures, soit des besoins internes, soit d une combinaison de ces deux facteurs, et ceci au degré près : un degré de trop, c est 8 % de consommation supplémentaire. prévoir une programmation horaire de ces circuits, éventuellement au moyen d un régulateur-optimiseur qui valorisera au mieux les coupures du soir, du week-end ou des congés scolaires. On entend parfois la réflexion : «cela ne sert à rien de couper le chauffage durant la nuit, la chaleur économisée est repayée en début de journée suivante pour recharger les murs!». C est faux. En fonction de l inertie du bâtiment et de son degré d isolation, le gain réalisé par une coupure la nuit et le week-end varie entre 15 et 40 % par rapport à une situation de chauffage continu. Un simple ralenti de nuit (abaissement de la température de l eau circulant dans les radiateurs) est beaucoup moins efficace. placer des «régulateurs de finition» dans chaque local : ce sont les vannes thermostatiques qui pourront au mieux récupérer les apports gratuits venant du soleil ou des occupants. Elles peuvent être programmables et programmées pour ne chauffer que durant les quatre heures hebdomadaires d ouverture de la bibliothèque, par exemple. et ceci sans oublier de réguler la production en chaufferie, par une régulation de la cascade de chaudière. On constate souvent la présence dans les établissements scolaires de deux chaudières. La plupart du temps, une seule chaudière suffit pour couvrir les besoins. Alors, pourquoi prendre un camion alors que la camionnette suffit! Seulement, il faut 34 repérer les mesures les plus rentables

37 qu une véritable cascade soit organisée. Les chaudières ne doivent pas s enclencher simultanément lorsque de la chaleur est demandée. Lorsqu une chaudière est à l arrêt, l eau chaude ne doit pas la traverser (une coupure hydraulique de la chaudière doit avoir lieu). Enfin, la température de l eau de la chaudière doit suivre l évolution des besoins du bâtiment. On trouve encore bien souvent des chaudières maintenues sur leur aquastat toute l année à température élevée, pour le cas où... si le découpage hydraulique ne correspond pas aux besoins des différentes zones, des astuces sont possibles notamment par l utilisation de vannes de zones. A ce propos et pour plus de détails concernant ce qui précède, on consultera la brochure «La régulation du chauffage dans les bâtiments scolaires» dans la même collection. isoler les tuyauteries Imaginons une tuyauterie non isolée d 1 pouce, soit 2,7 cm de diamètre extérieur, parcourue par de l eau à 70 C dans une cave à 15 C. Elle perd 60 Watt/mètre courant vers l ambiance! Sur le plan énergétique, chaque mètre de tuyauterie pourrait être remplacé par une lampe de 60 Watts qui brûlerait en permanence...! Il suffit de 2 cm d isolant pour faire chuter cette consommation au quart de sa valeur. isoler les combles Dans les bâtiments anciens, une des actions les plus rentables consiste à isoler le plancher des combles non occupés. Cette opération peut rapidement être réalisée en déroulant un matelas de laine minérale. Si les greniers ne servent pas à l entreposage, l investissement est minime. Si les greniers sont utilisés, il faudra prévoir la pose complémentaire d un plancher en aggloméré sur chevrons. L isolation des pans de la toiture est également possible et rentable. Pour plus de détails, on se référera à la brochure relatant une étude de cas d isolation d une toiture inclinée, dans la même collection. Le CSTC (Centre Scientifique et Technique de la Construction) a également publié des Notes d Informations Techniques précises sur ce sujet. remplacer les simples vitrages par les doubles vitrages Le remplacement des vitrages n est pas «rentable» au sens financier du terme. Un temps de retour de plus de 20 ans est nécessaire, suite au coût élevé des nouveaux châssis. Cependant, une rénovation des fenêtres apporte un confort accru (éliminations des infiltrations d air, diminution de l effet de paroi froide) et permet de donner un nouveau look à la façade! repérer les mesures les plus rentables 35

38 Il faut savoir que des doubles vitrages dits «à basse émissivité» sont actuellement disponibles. Ils ont un coefficient de transmission thermique de 1,5 W/m 2.K, contre 3 pour les doubles vitrages ordinaires et 6 pour les simples vitrages. Le léger supplément de prix est rapidement amorti par les économies d énergie engendrées, d autant qu une négociation commerciale permet de faire chuter ce prix, parfois artificiellement majoré en tant que «nouveau produit». placer des horloges Une horloge s amortit en moins de temps qu il n en faut pour faire les calculs! On peut envisager de mettre sous programmation horaire de nombreux postes consommateurs. Les éléments suivants peuvent donner des pistes de solution : - éclairage éclairage extérieur => interrupteur crépusculaire? extinction automatique en fin de journée? fonctionnement par détecteur de présence?... interrupteur crépusculaire interrupteur horaire - ventilation arrêt des extracteurs sanitaires? arrêt de la ventilation des locaux non utilisé? fonctionnement par détecteur de présence? fonctionnement à deux vitesses? regroupement des locaux utilisés la nuit? - eau chaude sanitaire arrêt du circulateur de la boucle d ECS? (peut-on admettre un temps d attente avant d obtenir de l eau chaude la nuit?) - chauffage arrêt du circulateur de chauffage la nuit, le week-end? (avec un thermostat pour limiter tout risque de gel). - réfrigération arrêt de certains équipements (le réfrigérateur des locaux administratifs qui ne contient que des éléments non périssables (boissons) peut-il être arrêté le week-end? et le distributeur de boissons froides du couloir?) 36 repérer les mesures les plus rentables

39 rénover l éclairage Il y a généralement beaucoup de choses à faire dans l éclairage des écoles, mais ce n est pas forcément rentable! En effet, la situation de départ est souvent très inconfortable (éclairement seulement de 100 lux dans les classes...) alors qu une rénovation devra rétablir un confort décent soit 400 lux. Malgré le placement de lampes et de luminaires beaucoup plus performants, il apparaît un statu quo, voire une augmentation de la consommation! En fait, il faut repérer le niveau actuel de puissance spécifique installée (*) : s il dépasse 20 W/m 2, une rénovation de l éclairage sera rentable car actuellement on atteint les 400 Lux avec 10 W/m 2. Des indices de mauvaise rentabilité de l installation existante sont donnés par la présence de tubes nus, de tubes de 38 mm de diamètre, de diffuseurs opalins, l absence de réflecteurs métalliques au dessus des tubes,... Cette rénovation, non seulement permettra une amélioration de l éclairage des tables de travail, mais en plus permettra une meilleure lisibilité du tableau par un éclairage adéquat. Pour aller plus loin, on peut : consulter la brochure «l éclairage dans les écoles», complétée par la brochure sur la rénovation de l éclairage en général : toutes les précisions sont données sur la mise en place d un éclairage de qualité et économe. consulter Electrabel qui est actif dans la promotion du «relighting», via la subsidiation des investissements et des frais d études. Quelques classes types ont été rénovées afin de servir de locaux-témoins. surveiller et comptabiliser Si un passage le soir ou le week-end dans l école permet de bien se rendre compte de l efficacité de la régulation, on peut également repérer une dérive des consommations grâce à un suivi mensuel. Le logiciel COMEBAT mis au point par la Région Wallonne et disponible gratuitement en s adressant à l Institut Wallon, peut aider à organiser ce suivi : il ramène la consommation de chaque mois à un mois climatique type, pour rendre la consommation comparable et pour pouvoir détecter graphiquement des dépassements éventuels. sensibiliser les occupants «Le meilleur des régulateurs ne peut rien contre une fenêtre qui reste ouverte dans une classe». La collaboration des enseignants et des élèves, quoique difficile à obtenir, reste un des modes d action possible, pratiquement sans dépenser un franc. * Cette puissance se mesure par l addition des puissances de tous les luminaires, majorée de 20 % pour tenir compte des ballasts traditionnels. repérer les mesures les plus rentables 37