Formation Bâtiment Durable :

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1 Formation Bâtiment Durable : Les techniques (chaleur, ventilation, ECS): conception et régulation Bruxelles Environnement Systèmes de production de chaleur : principes et enjeux Raphaël Capart ICEDD asbl

2 Objectif(s) de la présentation Présenter les systèmes de production de chaleur «classiques» les plus efficaces et envisageables dans des bâtiments énergétiquement performants Aborder pour chaque système : Le principe de fonctionnement Les performances attendues Les conditions garantissant son fonctionnement optimal Les contraintes d installation et d exploitation L objectif étant de comprendre certains principes importants du fonctionnement d un système de production de chauffage afin de disposer des bases pour arbitrer les choix qui se poseront au moment de la conception Cette présentation n abordera donc pas de manière exhaustive tous les moyens de production possibles. 2

3 Plan de l exposé 1. Introduction, enjeux et notions préalables 2. Chaudières à condensation 2.1. Principes 2.2. Performances 2.3. Garantir leur fonctionnement optimal 3. Chauffage électrique direct 3.1. Notion d énergie primaire 3.2. Types de chauffage électrique 3.3. Compenser la consommation par une installation photovoltaïque? 4. Chauffage à partir de biomasse 4.1. Aspect environnemental 4.2. Chaudières biomasse 4.3. Poêles biomasse 3

4 1. Introduction, enjeux et notions préalables Les flux thermiques d un bâtiment Qt : Pertes par transmission Ql : Pertes par ventilation Qs : Gains solaires Qi : Gains internes Be : Besoins nets en énergie Psys : Pertes systèmes Efinale : Cons. Finale Eprim : Cons. primaire 4

5 1. Introduction, enjeux et notions préalables L installation de chauffage central + consommation des auxiliaires 5

6 1. Introduction, enjeux et notions préalables Rendement d une installation de chauffage Type d'installation Rendements en % (h global = h production x h distribution x h émission x h régulation ) h production h distribution h émission h régulation h global Ancienne chaudière surdimensionnée, longue boucle de distribution % % % % % Ancienne chaudière bien dimensionnée, courte boucle de distribution % % 95 % 90 % % Chaudière haut rendement, courte boucle de distribution, radiateurs isolés au dos, régulation par sonde extérieure, vannes thermostatiques, % 95 % % 95 % % 6

7 Plan de l exposé 1. Introduction, enjeux et notions préalables 2. Chaudières à condensation 2.1. Principes 2.2. Performances 2.3. Garantir leur fonctionnement optimal 3. Chauffage électrique direct 3.1. Notion d énergie primaire 3.2. Types de chauffage électrique 3.3. Compenser la consommation par une installation photovoltaïque? 4. Chauffage à partir de biomasse 4.1. Aspect environnemental 4.2. Chaudières biomasse 4.3. Poêles biomasse 7

8 2.1 Chaudières à condensation - principes Combustion : Gaz : CH O2 -> CO H 2 O Autres : C x H y + n O2 -> x CO 2 + y / 2 H 2 O Vapeur ou liquide? Principe : condenser la vapeur d eau => récupération de la chaleur latente Comment? Refroidir les fumées sous la température de rosée 8

9 2.1 Chaudières à condensation - principes Quel potentiel? PCI vs PCS PCS : pouvoir calorifique supérieur = quantité d énergie contenue dans le combustible si on condense toute la vapeur d eau PCI : pouvoir calorifique inférieur = quantité d énergie contenue dans le combustible si on ne condense pas du tout la vapeur d eau PCS = PCI + chaleur latente d évaporation Combustible PCI PCS PCS/PCI Gaz naturel H 9.88 kwh/m³ N 10,94 kwh/m³ N 1,11 Gaz naturel L 8.83 kwh/m³ N 9.79 kwh/m³ N 1,11 Mazout kwh/kg kwh/kg 1,06 9

10 2.2 Chaudières à condensation - performances Un rendement > 100%?! Exemple pour une chaudière gaz Pertes par évaporation 11% 11% 5% PCS PCI Chaleur utile 88% 92% 104% >100%!? Pertes de chaleur sensible Chaudière standard 79% PCS 12% 8% Chaudière basse température 83% PCS Chaudière à condensation 94% PCS 2% 10

11 2.2 Chaudières à condensation - performances Quel potentiel? Rendements attendus : h comb = % h annuel = % Par rapport à d autres chaudières : 8 20 % d économie sur la consommation annuelle Pour le choix d une chaudière, comparer les rendements annoncés par les fabricants à 30% de charge 11

12 2.3 Chaudières à condensation garantir leur fonctionnement optimal Comment refroidir les fumées? Grâce à l eau de retour (à température la plus basse possible) Émetteur à basse température (voir la présentation sur les systèmes d émission) Régulation climatique Eviter les retours chauds Échangeur efficace Grâce à l air comburant 12

13 2.3 Chaudières à condensation garantir leur fonctionnement optimal Maintenir une température de retour la plus basse possible Point de rosée : gaz ~ 55 C mazout ~ 47,5 C Amélioration du rendement continue : au plus les fumées sont refroidies au plus le rendement est élevé Attention, même avec un échangeur efficace, la température des fumées sera d environ 5 C supérieure à celle de l eau de retour 13

14 2.3 Chaudières à condensation garantir leur fonctionnement optimal Intérêt de la régulation climatique Installation dimensionnée en régime 90/70 Condensation durant une bonne partie de la saison de chauffe 14

15 2.3 Chaudières à condensation garantir leur fonctionnement optimal Intérêt de la régulation climatique Installation dimensionnée en régime 70/50 Condensation durant toute la période de chauffe pour une chaudière au gaz 15

16 2.3 Chaudières à condensation garantir leur fonctionnement optimal Paramétrage de la régulation climatique Le réglage du régulateur climatique : est unique dépend du degré d isolation du bâtiment et du surdimensionnement des corps de chauffe Idéalement, le réglage ne devrait pas être fait : par le chauffagiste au hasard en fonction des plaintes (les causes d inconfort peuvent avoir d autres origines) mais par une personne vivant dans le bâtiment ou par le service de maintenance, en tenant un historique des réglages 16

17 2.3 Chaudières à condensation garantir leur fonctionnement optimal Eviter les retours chauds! 17

18 2.3 Chaudières à condensation garantir leur fonctionnement optimal Eviter les retours chauds lorsque c est possible Pour les chaudières à «petit volume d eau», les fabricants imposent souvent un débit minimal qui devra être garanti par un by-pass ou une bouteille casse-pression 18

19 2.3 Chaudières à condensation garantir leur fonctionnement optimal Régulation permettant d éviter les retours chauds au travers d une bouteille casse-pression Circulateur chaudière à vitesse variable régulé en fonction de la différence T1-T2 Si T1-T2 > 1 2 C QS > QP par de retour chaud dans la bouteille 19

20 2.3 Chaudières à condensation garantir leur fonctionnement optimal Intégrer un circuit à plus haute température p.ex. production d ECS 20

21 2.3 Chaudières à condensation garantir leur fonctionnement optimal Intégrer un circuit pour la production d ECS 21

22 2.3 Chaudières à condensation garantir leur fonctionnement optimal Intérêt de la modulation de puissance rendement de combustion augmente (petite flamme dans grand échangeur) rendement saisonnier augmente (moins d arrêts) Plage de modulation possible : 10/20 -> 100% Surdimensionnement moins critique 22

23 2.3 Chaudières à condensation garantir leur fonctionnement optimal Chaudières étanches Avantages : Meilleure sécurité si prise d air extérieure (limite les risques de mauvaise combustion et de production de CO toxique) Meilleur contrôle de l excès d air (si un ventilateur intégré est présent) Possibilité de modulation de puissance (si un ventilateur intégré modulant est présent) rendement de combustion parfois amélioré pertes à l arrêt réduites 23

24 2.3 Chaudières à condensation garantir leur fonctionnement optimal Tubage de la cheminée étanche à l eau et résistant à la corrosion Raccordement «ventouse» possible 24

25 2.3 Chaudières à condensation garantir leur fonctionnement optimal Evacuation des condensats A l égout Les condensats sont ph basique Ammoniaque acides Neutralisation nécessaire Eau de mer Eau courante Eau distillée pour chaudière mazout 6 Eau de pluie pure Conduits en matériaux synthétiques acide Eau de pluie Vinaigre Jus de fruit Acide fort Condensats gaz Condensats mazout 0 25

26 2.3 Chaudières à condensation garantir leur fonctionnement optimal Condenser les fumées grâce à l air comburant L air comburant est préchauffé en refroidissant les fumées après leur passage dans l échangeur avec l eau de chauffage Selon certains fabricants, ces chaudières permettent une «condensation permanente» sans retour froid car l air comburant est toujours relativement froid durant une saison de chauffe (6,5 C en moyenne à Bruxelles) Les conduits concentriques des chaudière étanches jouent déjà partiellement ce rôle 26

27 Plan de l exposé 1. Introduction, enjeux et notions préalables 2. Chaudières à condensation 2.1. Principes 2.2. Performances 2.3. Garantir leur fonctionnement optimal 3. Chauffage électrique direct 3.1. Notion d énergie primaire 3.2. Types de chauffage électrique 3.3. Compenser la consommation par une installation photovoltaïque? 4. Chauffage à partir de biomasse 4.1. Aspect environnemental 4.2. Chaudières biomasse 4.3. Poêles biomasse 27

28 3.1 Notions d énergie primaire Un rendement de production de 100%! sur énergie finale Mais une rendement de 40 % pour la transformation! On retrouve un facteur équivalent pour coût du kwh entre l électricité et les combustibles Vecteur énergétique Coût ( /kwh) Électricité 0,235 Gaz 0,079 Mazout 0,084 Uniquement pour besoins très faibles et/ou appoints locaux, de courte durée 28

29 3.2 Types de chauffage électriques Convecteurs électriques : Les choisir avec une régulation électronique Radiateurs à accumulation : À éviter car beaucoup de pertes à la régulation même avec une sonde extérieure 29

30 3.2 Types de chauffage électriques Chauffage rayonnant Plancher chauffant : à éviter car inertie importante Panneaux radiant Radiateur infrarouge : p.ex. en appoint dans une salle de bain : sensation de confort instantanée pour une température de l air moindre Batterie sur la pulsion du système de ventilation Envisageable comme appoint dans les bâtiments passifs et très basse énergie, pour faire face aux périodes les plus froides 30

31 3.3 Compenser la consommation par une installation photovoltaïque? Performances actuelles des panneaux : Entre 120 et 200 Wc/m² À Bruxelles, on produit environ 850 kwh pour 1 kwc installé dans les meilleures condition (pas d ombrage, orientation sud, inclinaison de 35 ) 1 m² de panneau produit entre 102 et 170 kwh/an 31

32 3.3 Compenser la consommation par une installation photovoltaïque? Maison individuelle Très basse Passif énergie Petit immeuble à appartement Très basse Passif énergie Superficie chauffée 200 m² 100 m² BNE chauffage 3000 kwh 6000 kwh 1500 kwh 3000 kwh Rendement émission/régulation 93% Consommation chauffage 3226 kwh 6452 kwh 1613 kwh 3226 kwh électrique direct Superficie nécessaire pour couvrir la consommation de chauffage m² m² 9 16 m²/appartement m²/appartement Attention à la limite des 5 kwc Envisageable Dépend du nombre d étages de l immeuble On ne considère que la consommation pour le chauffage! Ne pas oublier l ECS (si produite par électricité), la ventilation, l éclairage, les appareils électro-ménager, 32

33 Plan de l exposé 1. Introduction, enjeux et notions préalables 2. Chaudières à condensation 2.1. Principes 2.2. Performances 2.3. Garantir leur fonctionnement optimal 3. Chauffage électrique direct 3.1. Notion d énergie primaire 3.2. Types de chauffage électrique 3.3. Compenser la consommation par une installation photovoltaïque? 4. Chauffage à partir de biomasse 4.1. Aspect environnemental 4.2. Chaudières biomasse 4.3. Poêles biomasse 33

34 4.1. Aspect environnemental Un très bon bilan CO 2 Pour autant que le bois utilisé soit renouvelé! 34

35 4.1. Aspect environnemental Emission locales polluantes problématiques en ville Comparaison des émissions de polluants ramenés à l unité d énergie entrante dans les petites installations du secteur domestique (CITEPA, 2003) 35

36 4.2. Chaudières biomasse Encombrement du stockage du combustible L approvisionnement en ville peut s avérer plus délicat et plus couteux 36

37 4.2 Chaudières biomasse Chaudière au bois : bûches 1. Arrivée d air primaire 2. Arrivée d air secondaire Meilleur contrôle de la combustion Combustion continue Combustion plus propre et plus complète moins de cendres moins d émissions polluantes Meilleur rendement (~85%) 37

38 4.2. Chaudières biomasse Chaudière au bois : bûches Inconvénients Manutention importante chargement quotidien évacuation des cendres Utilisation d un ballon tampon recommandée afin d assurer un fonctionnement à puissance nominale Puissances disponibles peu adaptées à des logements unifamiliaux énergétiquement performants 38

39 4.2 Chaudière biomasse Chaudière au bois : granulés Alimentation en air et en granulés contrôlée Modulation de la puissance possible Très bon rendement de production (>90%) Il existe des modèles de faible puissance (plage de modulation 2 8 kw) adapté au logement unifamilial énergétiquement performant Il existe des modèles à condensation mais nous n en connaissons pas les rendements 39

40 4.2 Chaudières biomasse Chaudière au bois : granulés Automatisation de : alimentation en combustible contrôle du tirage décendrage nettoyage régulation Bonne autonomie Confort d utilisation comparable aux chaudières traditionnelles Inconvénients Installations moins compactes (stockage des granulés, etc.) coût 40

41 4.3. Poêles biomasse Poêle à bois Risques Surpuissance/surchauffe : Régulation limitée (rendement diminue si l on s écarte du fonctionnement nominal) Puissance délivré dans une seule pièce Puissance minimale des modèles sur le marché reste élevée par rapport aux besoins des bâtiments énergétiquement performants Mauvais tirage dû à l étanchéité du bâtiment (+ système C) Points d attentions : Choisir un foyer étanche Choisir un poêle à bois de faible puissance correspondant aux déperditions du bâtiment Prise d air extérieur Rendements : % 41

42 4.3 Poêles biomasse Poêle à granulés Alimentation en granulés et en air contrôlée bonne combustion rendement ~ 90% modulation possible Régulation possible avec thermostat d ambiance programmable Risques de surpuissance/surchauffe Puissance délivrée dans une seule pièce Source : Calimax Points d attentions : Choisir un modèle étanche Choisir un modèle de faible puissance adaptée aux besoins de l espace desservi Il existe des poêles de faible puissance : 1 à 4 kw Prise d air extérieur 42

43 Ce qu il faut retenir de l exposé L enjeu de la «basse température» est crucial pour les chaudières à condensation : choix et dimensionnement du système d émission système de régulation en température glissante et son paramétrage schéma hydraulique Le recours au chauffage électrique direct est à éviter autant que possible à l exception d usages très spécifiques et limités dans le temps Le chauffage par biomasse présente un intérêt environnemental certain mais attention à : logistique de l approvisionnement et du stockage difficulté de trouver des puissances adaptées possibilités de régulation limitées 43

44 Outils, sites internet, etc intéressants : CSTC, «NIT La chaudière à condensation», 2008 Valbiom, «Le chauffage au bois pour les particuliers»,

45 Références Guide Bâtiment Durable Fiche G_ENE08: Choisir le meilleur mode de production et de stockage pour le chauffage et l'eau chaude sanitaire Fiche G_ENE10: Garantir l'efficience des installations de chauffage, d'eau chaude sanitaire et de refroidissement 45

46 Contact Raphaël CAPART Auditeur Energétique ICEDD asbl : rc@icedd.be 46