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1 Formation Bâtiment Durable : Chauffage et eau chaude sanitaire: conception et régulation Bruxelles Environnement BESOINS ET EXIGENCES POUR LE DIMENSIONNEMENT D UNE INSTALLATION DE CHAUFFAGE Jonathan FRONHOFFS CENERGIE

2 Objectifs de la présentation Expliquer les facteurs à prendre en compte lors du dimensionnement d une installation de chauffage Mettre en évidence les points importants de la conception de l installation 2

3 Plan de l exposé Définition des besoins et des exigences pour le dimensionnement d une installation de chauffage Les différentes méthodes de dimensionnement Le calcul de déperditions (Norme NBN EN 12831) Exemple concret Importance de la relance 3

4 Définition des besoins et exigences Besoins Déterminer la puissance de l installation Déterminer la puissance des émetteurs Définir le type de système Utilisation finale Coût Flexibilité Définir un principe de régulation Utilisateur final Inertie Relance Zonage 4

5 Définition des besoins et exigences Exigences PEB travaux CEP influencé par le choix du système, régulation, etc. PEB chauffage Réception PEB Ecodesign Choix du produit Normes à respecter Déperditions Emetteurs 5

6 Plan de l exposé Définition des besoins et des exigences pour le dimensionnement d une installation de chauffage Les différentes méthodes de dimensionnement Le calcul de déperditions (Norme NBN EN 12831) Exemple concret Importance de la relance 6

7 Méthodes de dimensionnement Bâtiment existant Puissance au m² (ou au m³) Ordres de grandeur : Bâtiment existant (avant PEB) = 120 à 180 W/m² Bâtiment PEB 2008 = 60 à 80 W/m² Bâtiment TBE PEB 2015 = 20 à 40 W/m² Bâtiment Passif = 10 à 30 W/m² Définition des heures de fonctionnement (monotone de chaleur) Consommation/Puissance h à plein régime Calcul des déperditions de chaleur Simulation dynamique (basée sur l ASHRAE) 7

8 Méthodes de dimensionnement Bâtiment neuf Calcul des déperditions de chaleur Avant juin 2015 : NBN B Depuis juin 2015 : NBN EN (2003) + annexe nationale Principales modifications Calcul plus détaillé des déperditions par transmission à travers le sol Calcul plus détaillé des déperditions par ventilation et la prise en compte de l'étanchéité à l'air des bâtiments Calcul systématique de la surpuissance de relance Simulation dynamique (basée sur l ASHRAE) 8

9 Calcul des déperditions (NBN EN 12831) Introduction Étape Procédure à suivre a) Détermination des données de base b) Identification des espaces dans le bâtiment c) Détermination des caractéristiques des parois pour chaque espace d) Calcul des déperditions calorifiques de base par transmission FT e) Calcul des déperditions calorifiques de base par ventilation FV f) Calcul des déperditions de base totales = FT + FV g) Calcul de la puissance de relance FRH h) Calcul de la charge thermique totale nécessaire : FHL = FT + FV + FRH 9

10 Calcul des déperditions (NBN EN 12831) Introduction 10

11 Calcul des déperditions (NBN EN 12831) Étape Procédure à suivre a) Détermination des données de base b) Identification des espaces dans le bâtiment c) Détermination des caractéristiques des parois pour chaque espace d) Calcul des déperditions calorifiques de base par transmission FT e) Calcul des déperditions calorifiques de base par ventilation FV f) Calcul des déperditions de base totales = FT + FV g) Calcul de la puissance de relance FRH h) Calcul de la charge thermique totale nécessaire : FHL = FT + FV + FRH 11

12 Calcul des déperditions (NBN EN 12831) a) Déterminations des données de base Température extérieure de base e Moyenne annuelle de la température extérieure m,e Données par l annexe belge (tableaux) 12

13 Calcul des déperditions (NBN EN 12831) Étape Procédure à suivre a) Détermination des données de base b) Identification des espaces dans le bâtiment c) Détermination des caractéristiques des parois pour chaque espace d) Calcul des déperditions calorifiques de base par transmission FT e) Calcul des déperditions calorifiques de base par ventilation FV f) Calcul des déperditions de base totales = FT + FV g) Calcul de la puissance de relance FRH h) Calcul de la charge thermique totale nécessaire : FHL = FT + FV + FRH 13

14 Calcul des déperditions (NBN EN 12831) b) Identification des espaces dans le bâtiment Délimiter le volume protégé (VP) du bâtiment Spécifier le statut de chaque espace (chauffé ou non) dans et hors VP Calculer les surfaces et volume de chaque pièce Déterminer la température intérieure de base pour chaque espace Données par l annexe belge (tableau) Type de pièce ou d espace int,i [ C] Chambre 18 Salon, cuisine, bureau, etc. 20 SDB 24 Salle de gym 16 Pièces d un appartement voisin (même VP) 15 Pièces d un appartement voisin (autre VP) 10 Pièces hors gel 5 Etc. 14

15 Calcul des déperditions (NBN EN 12831) Étape Procédure à suivre a) Détermination des données de base b) Identification des espaces dans le bâtiment c) Détermination des caractéristiques des parois pour chaque espace d) Calcul des déperditions calorifiques de base par transmission FT e) Calcul des déperditions calorifiques de base par ventilation FV f) Calcul des déperditions de base totales = FT + FV g) Calcul de la puissance de relance FRH h) Calcul de la charge thermique totale nécessaire : FHL = FT + FV + FRH 15

16 Calcul des déperditions (NBN EN 12831) c) Détermination des caractéristiques des parois pour chaque espace Surface de chaque paroi U des parois et ponts thermiques éventuels Selon normes européennes EN ISO 6946, , et 673 U paroi opaque = 1/ R T R T = R si + R 1 + (R 2 ) + (R... ) + (R a ) + R se Source : Energie+ 16

17 Calcul des déperditions (NBN EN 12831) c) Détermination des caractéristiques des parois pour chaque espace U fenêtre = U g = le coefficient de transmission thermique du vitrage A g = l aire du vitrage U f = le coefficient de transmission thermique de l encadrement A f = l aire de l encadrement U p = le coefficient de transmission thermique du panneau A p = l aire du panneau U r = le coefficient de transmission thermique de la grille de ventilation A r = l aire de la grille de ventilation ψ g = le coefficient de transmission thermique linéique de l'intercalaire autour du vitrage l g = le périmètre visible du vitrage ψ p = le coefficient de transmission thermique linéique autour du panneau l p = le périmètre visible du panneau 17

18 Calcul des déperditions (NBN EN 12831) c) Détermination des caractéristiques des parois pour chaque espace Ponts thermiques : Catalogues Logiciels Source : Energie+ 18

19 Calcul des déperditions (NBN EN 12831) Étape Procédure à suivre a) Détermination des données de base b) Identification des espaces dans le bâtiment c) Détermination des caractéristiques des parois pour chaque espace d) Calcul des déperditions calorifiques de base par transmission FT e) Calcul des déperditions calorifiques de base par ventilation FV f) Calcul des déperditions de base totales = FT + FV g) Calcul de la puissance de relance FRH h) Calcul de la charge thermique totale nécessaire : FHL = FT + FV + FRH 19

20 Calcul des déperditions (NBN EN 12831) d) Calcul des déperditions calorifiques de base par transmission FT Vers l extérieur Source : Guide PEB RW 20

21 Calcul des déperditions (NBN EN 12831) d) Calcul des déperditions calorifiques de base par transmission FT Vers un EANC Source : Energie+ 21

22 Calcul des déperditions (NBN EN 12831) d) Calcul des déperditions calorifiques de base par transmission FT Vers le sol Source : Energie+ 22

23 Calcul des déperditions (NBN EN 12831) d) Calcul des déperditions calorifiques de base par transmission FT Vers les espaces adjacents chauffés à une autre T Températures de confort différentes Zonage éventuel 23

24 Calcul des déperditions (NBN EN 12831) Étape Procédure à suivre a) Détermination des données de base b) Identification des espaces dans le bâtiment c) Détermination des caractéristiques des parois pour chaque espace d) Calcul des déperditions calorifiques de base par transmission FT e) Calcul des déperditions calorifiques de base par ventilation FV f) Calcul des déperditions de base totales = FT + FV g) Calcul de la puissance de relance FRH h) Calcul de la charge thermique totale nécessaire : FHL = FT + FV + FRH 24

25 Calcul des déperditions (NBN EN 12831) e) Calcul des déperditions calorifiques de base par ventilation FV 2 méthodes pour déterminer ces pertes : avec ou sans système de ventilation 25

26 Calcul des déperditions (NBN EN 12831) e) Calcul des déperditions calorifiques de base par ventilation FV Pertes par infiltration Source : CSTC 26

27 Calcul des déperditions (NBN EN 12831) e) Calcul des déperditions calorifiques de base par ventilation FV Pertes via le système de ventilation Source : Energie+ 27

28 Calcul des déperditions (NBN EN 12831) e) Calcul des déperditions calorifiques de base par ventilation FV Pertes par dépression 28

29 Calcul des déperditions (NBN EN 12831) Étape Procédure à suivre a) Détermination des données de base b) Identification des espaces dans le bâtiment c) Détermination des caractéristiques des parois pour chaque espace d) Calcul des déperditions calorifiques de base par transmission FT e) Calcul des déperditions calorifiques de base par ventilation FV f) Calcul des déperditions de base totales = FT + FV g) Calcul de la puissance de relance FRH h) Calcul de la charge thermique totale nécessaire : FHL = FT + FV + FRH 29

30 Calcul des déperditions (NBN EN 12831) f) Calcul des déperditions de base totales Ftotales = FT + FV = Pertes par transmission + Pertes par ventilation 30

31 Calcul des déperditions (NBN EN 12831) Étape Procédure à suivre a) Détermination des données de base b) Identification des espaces dans le bâtiment c) Détermination des caractéristiques des parois pour chaque espace d) Calcul des déperditions calorifiques de base par transmission FT e) Calcul des déperditions calorifiques de base par ventilation FV f) Calcul des déperditions de base totales = FT + FV g) Calcul de la puissance de relance FRH h) Calcul de la charge thermique totale nécessaire : FHL = FT + FV + FRH 31

32 Calcul des déperditions (NBN EN 12831) g) Calcul de la puissance de relance Les espaces chauffés de façon intermittente nécessitent une surpuissance de relance pour atteindre la température intérieure nominale requise en un temps donné après une période de ralenti. Cette puissance dépend des facteurs suivants : le niveau d'isolation du bâtiment le débit d air d'infiltration pendant la réduction ou l'interruption de chauffage et pendant la période de relance; la capacité calorifique (inertie thermique); la durée de relance présumée; la diminution de température pendant la réduction (interruption) de chauffage et la durée de relance appliquée; les caractéristiques du système de régulation. 32

33 Calcul des déperditions (NBN EN 12831) g) Calcul de la puissance de relance Une surpuissance de relance peut ne pas toujours être nécessaire, par exemple si : le système de régulation est capable de supprimer le ralenti lors des jours les plus froids ; les déperditions (pertes par renouvellement d air) peuvent être diminuées en période de ralenti. La surpuissance de relance doit être convenue avec le client. La surpuissance de relance peut être déterminée de manière détaillée par des méthodes de calcul dynamique. Choix du concepteur et du MO! 33

34 Calcul des déperditions (NBN EN 12831) g) Calcul de la puissance de relance Sous les conditions suivantes, méthode de calcul simplifiée possible. Pour les bâtiments résidentiels : La période de restriction (ralenti de nuit) ne dépasse pas 8h. Le bâtiment n est pas de construction légère (telle que la construction en structure bois). Pour les bâtiments non résidentiels : La période de restriction ne dépasse pas 48 h (ralenti de fin de semaine). La période d occupation pendant les jours ouvrables dépasse 8 h par jour. La température intérieure nominale est comprise entre 20 C et 22 C. 34

35 Calcul des déperditions (NBN EN 12831) g) Calcul de la puissance de relance Dépend de l inertie du bâtiment : Forte inertie = planchers et plafonds en béton et murs en briques ou en béton Inertie moyenne = planchers et plafonds en béton, et murs légers Bâtiments de faible inertie = faux plafonds, planchers surélevés et murs légers 35

36 Calcul des déperditions (NBN EN 12831) g) Calcul de la puissance de relance Bâtiments non résidentiels : 36

37 Calcul des déperditions (NBN EN 12831) g) Calcul de la puissance de relance Bâtiments résidentiels : 37

38 Calcul des déperditions (NBN EN 12831) g) Calcul de la puissance de relance A calculer pour chaque pièce Pour dimensionner les émetteurs Pour dimensionner la production 38

39 Calcul des déperditions (NBN EN 12831) Étape Procédure à suivre a) Détermination des données de base b) Identification des espaces dans le bâtiment c) Détermination des caractéristiques des parois pour chaque espace d) Calcul des déperditions calorifiques de base par transmission FT e) Calcul des déperditions calorifiques de base par ventilation FV f) Calcul des déperditions de base totales = FT + FV g) Calcul de la puissance de relance FRH h) Calcul de la charge thermique totale nécessaire : FHL = FT + FV + FRH 39

40 Calcul des déperditions (NBN EN 12831) h) Calcul de la charge thermique totale FHL = FT + FV + FRH = Pertes par transmission + Pertes par ventilation + Relance 40

41 Calcul des déperditions (NBN EN 12831) Détermination du nombre de générateur(s) NBN D

42 Calcul des déperditions (NBN EN 12831) Exception à cette méthode Cette méthode n est applicable que pour des locaux dont la hauteur sous plafond n excède pas 5 m L annexe B permettent d adapter cette méthode à des configurations particulières 42

43 Plan de l exposé Définition des besoins et des exigences pour le dimensionnement d une installation de chauffage Les différentes méthodes de dimensionnement Le calcul de déperditions (Norme NBN EN 12831) Exemple concret Importance de la relance 43

44 Exemple concret a) Données de base Type de bâtiment : Ecole 4 façades, R + 1 RDC au niveau du sol (pas de cave) Toiture plate Conforme PEB Flandre 2015 Nappe phréatique située à plus d 1 m de profondeur Situation : Zone climatique avec e = - 8 C Moyenne annuelle de la température extérieure : m,e = + 10 C Chaudière gaz condensation prévue Chauffage par radiateurs Système de ventilation type C Etanchéité visée : n 50 = 2,5 h -1 44

45 Exemple concret b) Identification de l espace Plan bâtiment étudié (RDC) : 45

46 Exemple concret b) Identification de l espace Classe étudiée (RDC) : 46

47 Exemple concret b) Identification de l espace Classe étudiée (RDC) : -8 C 20 C 20 C 20 C 47

48 Exemple concret c) Identification des parois Valeurs U : Plancher sur sol U = 0,25 W/m²K Mur extérieur U = 0,23 W/m²K Mur intérieur U = 1,64 W/m²K Plancher intermédiaire (flux ascendant) U = 2,57 W/m²K Plancher intermédiaire (flux descendant) U = 1,89 W/m²K Portes intérieures U = 2,34 W/m²K Fenêtres U = 1,3 W/m²K Ponts thermiques : Seuil de fenêtre Ψ = 0,40 W/mK 48

49 Exemple concret c) Identification des parois Surfaces : Plancher sur sol = 66 m² Mur extérieur = 32 16,7 = 15,3 m² Murs intérieurs vers espaces à T différente = 14 m² Portes intérieures = 3,6 m² Fenêtres = 16,7 m² Ponts thermiques : Seuil de fenêtre = 6,4 m 49

50 Exemple concret d) Calcul des déperditions calorifiques de base par transmission FT Extérieur T int Espaces adjacents non chauffés (EANC) Sol T ext Espaces adjacents chauffés à une autre T VP Hors VP 50

51 Exemple concret d) Calcul des déperditions calorifiques de base par transmission FT Vers l extérieur 1 1 H T,ie = 15,3. 0, ,7. 1,3 + 6,4. 0,40 = 28 W/K Mur extérieur Fenêtre Seuil 51

52 Exemple concret d) Calcul des déperditions calorifiques de base par transmission FT Vers un EANC H T,iue = 0 52

53 Exemple concret d) Calcul des déperditions calorifiques de base par transmission FT Vers le sol 1,45 1 f g2 = (20 10) / (20 + 8) = 0,36 53

54 Exemple concret d) Calcul des déperditions calorifiques de base par transmission FT Vers le sol 1,45 1 U equiv,k donné par la norme Dépend de B = A g / (0,5. P) U plancher = 0,25 < 0,50 W/m²K B pour ensemble du bâtiment OK 54

55 Exemple concret d) Calcul des déperditions calorifiques de base par transmission FT Vers le sol A g = m² P = 173 m B = 13,4 55

56 Exemple concret d) Calcul des déperditions calorifiques de base par transmission FT Vers le sol 56

57 Exemple concret d) Calcul des déperditions calorifiques de base par transmission FT Vers le sol Avec U plancher = 0,25 W/m²K B = 13,4 U equiv,k 0,14 W/m²K 57

58 Exemple concret d) Calcul des déperditions calorifiques de base par transmission FT Vers le sol 1,45 1 H T,ig = 1,45. 0,36. (66. 0,14). 1 = 5 W/K 58

59 Exemple concret d) Calcul des déperditions calorifiques de base par transmission FT Vers les espaces adjacents chauffés à une autre T 20 C 59

60 Exemple concret d) Calcul des déperditions calorifiques de base par transmission FT Vers les espaces adjacents chauffés à une autre T 60

61 Exemple concret d) Calcul des déperditions calorifiques de base par transmission FT Vers les espaces adjacents chauffés à une autre T f ij = (20 16) / (20 + 8) = 0,14 H T,ij = (0, ,64) + (0,14. 3,6. 2,34) = 4,4 W/K Murs Portes 61

62 Exemple concret d) Calcul des déperditions calorifiques de base par transmission FT F T,i = ( ,4). (20 + 8) = 1.047,2 W 62

63 Exemple concret e) Calcul des déperditions calorifiques de base par ventilation FV V i (m³/h) : avec système de ventilation 63

64 Exemple concret e) Calcul des déperditions calorifiques de base par ventilation FV Avec système de ventilation 0,1 1 2,5 V inf,i = ,5. 0,1. 1 = 28,5 m³/h 64

65 Exemple concret e) Calcul des déperditions calorifiques de base par ventilation FV Avec système de ventilation Débit déterminé par le concepteur V su,i = 572 m³/h 65

66 Exemple concret e) Calcul des déperditions calorifiques de base par ventilation FV Avec système de ventilation tient compte du récupérateur de chaleur Système C : f v,i = 1 66

67 Exemple concret e) Calcul des déperditions calorifiques de base par ventilation FV Avec système de ventilation Seulement si bâtiment en dépression Bâtiment à l équilibre : V mech,inf,i = 0 67

68 Exemple concret e) Calcul des déperditions calorifiques de base par ventilation FV Avec système de ventilation V i = 28, = 600,5 m³/h 68

69 Exemple concret e) Calcul des déperditions calorifiques de base par ventilation FV H v,i = 0, ,5 = 204,2 W/K FV,i = 204,2. (20 + 8) = 5.716,8 W 69

70 Exemple concret f) Calcul des déperditions de base totales Ftotales = FT + FV Ftotales = 1.047, ,8 = W 70

71 Exemple concret g) Calcul de la puissance de relance Bâtiment non résidentiel : F RH,i = = W 71

72 Exemple concret h) Calcul de la charge thermique totale FHL = FT + FV + FRH FHL = 1.047, , = W Les émetteurs de chaleur devront être dimensionnés pour assurer une puissance de W Ce calcul devra être réalisé pour tous les locaux du bâtiment afin de dimensionner la production de chaud 72

73 Plan de l exposé Définition des besoins et des exigences pour le dimensionnement d une installation de chauffage Les différentes méthodes de dimensionnement Le calcul de déperditions (Norme NBN EN 12831) Exemple concret Importance de la relance 73

74 Importance de la relance Exemple étudié Puissance de déperditions = 103 W/m² Puissance de relance = 25 W/m² 25 % puissance totale Puissance faible en relatif car système de ventilation C et enveloppe standard 74

75 Importance de la relance Dans certains bâtiments performants F déperditions < F relance Graphiquement Source : Energie+ 75

76 Importance de la relance Améliorer enveloppe, plus d effet sur puissance? Si! En absolu, la puissance de relance diminue : Chute de T moins importante durant l intermittence Même durée de réchauffage = Puissance moins élevée Source : Energie+ 76

77 Importance de la relance Comment éviter la puissance de relance? Mise en place d un optimiseur Sur base de la température extérieure Sur base de la température extérieure et intérieure Autoadaptation Source : Energie+ 77

78 Importance de la relance Comment éviter la puissance de relance? Mise en place d un optimiseur Autoadaptation : exemple Consigne de base = 20 C à 8h Jour Consigne 1 er jour T ext + T int 2 e jour Erreur jour précédent + T 3 e jour Erreur jour précédent + T 4 e jour Réglage optimal Même chose pour le moment de coupure 78

79 Importance de la relance Comment éviter la puissance de relance? Couper le système de ventilation (au minimum) Cela permet de minimiser les pertes par ventilation pendant la période d inoccupation Selon norme NBN EN : Minimum 2 vol/h avant occupation 0,1 à 0,2 l/s.m² en continu Il est également possible de chauffer sur l air avec un registre de recyclage pendant la relance 79

80 Importance de la relance Ne pas négliger cette puissance: Pratique commune dans les bâtiments existants Mais à ne pas oublier dans les bâtiments Passifs, TBE, etc. 80

81 Outils, sites internet, etc intéressants : Exigences PEB chauffage Normes payantes Calcul des U Informations diverses sur les installation de chauffage Abonnement payant ou accès entrepreneur gratuit pour normes Guide pratique pour le calcul des déperditions Feuille Excel pour le calcul des déperditions (gratuite) : %20FR.zip&lang=fr 81

82 Références Guide Bâtiment Durable et autres sources : Guide Bâtiment Durable: Fiche G_ENE10 82

83 Ce qu il faut retenir de l exposé Un bilan de déperditions est primordial afin de dimensionner son installation de chauffage, aussi bien en rénovation qu en construction neuve Réalisé selon la norme NBN EN Ne pas négliger la relance 83

84 Contact Jonathan FRONHOFFS Chef de projet Coordonnées : jonathan.fronhoffs@cenergie.be 84

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