Formation Bâtiment Durable : ENERGIE Bruxelles Environnement Choix technique du système HVAC et ECS dans le logement collectif et assimilé Thomas GOETGHEBUER MATRIciel sa
Objectif(s) de la présentation Enjeux de la conception du système HVAC Quels éléments prendre en compte pour le choix des systèmes de ventilation, chauffage et préparation de l eau chaude sanitaire? 2
Bilan énergétique Appartement traditionnel Appartement passif (hors renouvelable) Nécessite une approche globale 3
Débit = Q [litres/minute] Bilan énergétique Appartement passif Une réflexion sur l ECS est indispensable (hors renouvelable) 24 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 19,6 l/min 8,7 l/min 6 l/min 0 1 2 3 4 5 6 Pommeaux de douche économique - limiteur de débit dynamique Pommeau de douche économique - limiteur de débit statique Pression [Bar] Pommeaux de douche sans dispositif d'économie Rentabilité : 6 mois!!! 4
Plan de l exposé 1. Ventilation? Centralisé ou décentralisé? Choix du récupérateur Puits canadien? 2. Production de chaleur? Production décentralisée ou centralisée Energie renouvelable Emission de chaleur 3. Programme spécifique Hôtel Maison de repos 5
Conception des installations 1. Ventilation? Centralisé ou décentralisé? Choix du récupérateur? Puits canadien? 2. Production de chaleur? Production décentralisée ou centralisée Energie renouvelable Emission de chaleur 3. Programme spécifique Hôtel Maison de repos 6
Système C système D Système C Système D + - Peu coûteux à l'exploitation et à l investissement. La consommation électrique des ventilateurs est réduite. Possibilité de contrôler le débit par une action au niveau des bouches d extraction (fonction de l humidité et/ou de la présence). L air entrant dans le local, à la température de l air extérieur, est une source d inconfort en hiver. Pour supprimer cette coulée d air froid, les habitants ont souvent tendance à fermer manuellement les grilles de façade avec pour conséquence une dégradation de l environnement intérieur. Les ouvertures en façades constituent des faiblesses acoustiques particulièrement nuisibles en milieu bruyant. Il n y a pas de récupération de chaleur possible sur l air extrait. Récupération de chaleur En hiver, la pulsion ne cause donc pas d inconfort de coulée froide car l air neuf a été préchauffé. Transmission des bruits extérieurs réduite. Ce système est plus coûteux à l'investissement. BNE La consommation électriques des ventilateurs 31 est élevée mais reste négligeable par rapport à kwh/m² la réduction des pertes thermiques par ventilation. Le bloc ventilation/récupération de chaleur et les gainages représentent un encombrement important dans l immeuble. Des faux plafonds sont souvent nécessaires dans les appartements. Un entretien régulier indispensable. Bruit de groupe dans l appartement doit être maitrisé 7
Centralisé ou décentralisé? Groupe de ventilation centralisé Groupes de ventilation décentralisés 8
Centralisé ou décentralisé? Groupe de ventilation centralisé Inconvénients Avantages Plus facile à mettre en œuvre Entretien facilité en locatif Gains de place et de bruit dans les appartements Chaque appartement n est pas indépendant au niveau de sa consommation La température de l air repris est la moyenne des températures de l air repris au niveau des appartements La régulation n est pas aussi souple Les charges sont réparties forfaitairement. Cela n encourage pas une attitude responsable Pas nécessairement moins cher si l on prend en compte les organes de sectionnement Groupes de ventilations décentralisés Avantages Chacun récupère sa propre chaleur Chacun paie sa propre consommation électrique Chacun gère l entretien de son système L efficacité énergétique d un système de ventilation avec des unités séparées est meilleure Inconvénients Entretien difficile surtout en locatif Encombrement Bruit des ventilateurs 9
Efficacité énergétique Notions théoriques : Pertes de charge Le ventilateur fournit de l'énergie pour mettre l'air en vitesse dans le conduit et vaincre les pertes par frottement dans celui-ci. Le frottement de l'air dans le réseau de ventilation est représenté par la notion de perte de charge qui caractérise la résistance du réseau de ventilation au passage de l air Pertes de charge Lorsque le débit d air dans le réseau double les pertes de charges sont multipliés par 4 x 2 x 4 10
Efficacité énergétique Notions théoriques : Puissance absorbée par un groupe de ventilation P aéraulique = q x p Courbe du ventilateur pour une vitesse donnée Pertes de charge q = débit volumique en m³/s p = perte de charge totale du système en Pa Puissance aéraulique du ventilateur Point de fonctionnement P absorbée = P aéraulique / = rendement global du système de ventilation fonction du rendement du moteur, du ventilateur, de la transmission et du variateur de vitesse 11
Efficacité énergétique Notions théoriques : Puissance absorbée par un groupe de ventilation P absorbée = (q x p) / q = débit volumique en m³/s p = perte de charge totale du système en Pa = rendement global du système de ventilation Diminuer la consommation Augmenter le rendement moteur à courant continu plutôt qu à courant alternatif Diminuer les pertes des charges limiter la vitesse dans le réseau et dans le groupe de ventilation Exemple pour une débit d air pulsé (400 m³/h) Pulsion Pertes de charge Puissance absorbée Rendement du moteur Consommation électrique par m³ air déplacé Groupe 450 m³/h 248 Pa 113W 73,3% 0,28 Wh/m³ Groupe 600 m³/h 190 Pa 89 W 66,6% 0,22 Wh/m³ -22 % 12
Efficacité énergétique Notions théoriques : Puissance absorbée par un groupe de ventilation Lorsque le débit d air dans le réseau est divisé par 2 La consommation est divisé par 6 (2 2,5 ) 8 W 25 W 70 W 13
Centralisé ou décentralisé Impact énergétique de la centralisation Régulation du débit d air par appartement avec groupe de ventilation centralisé Si un clapet se ferme, le ventilateur diminue sa vitesse pour conserver la pression constante dans le réseau et ainsi maintenir le débit constant dans les autres appartements 14
Centralisé ou décentralisé Impact énergétique de la centralisation Pression du réseau constante Pression du réseau constante 15
Impact énergétique de la centralisation Scenario de régulation Régulation Durée d utilisation annuelle Régime de fonctionnement Puissance absorbée Consommation électrique Centralisé - débit constant Centralisé - débit régulé Décentralisé - débit régulé 100% de 8760h 100% du débit nominal 48 W + 52 W 876 kwh/an 10% 100% 48 W + 52 W 88 50% 66% 28 W + 26 W 237 30% 33% 10 W + 10 W 53 10% 0% 0 W 0 378 kwh/an 10% 100% 36 W + 34 W 61 50% 66% 13 W + 12 W 109 30% 33% 4 W + 4 W 21 10% 0% 0 W 0 191 kwh/an 16
Impact énergétique de la centralisation Consommation annuelle en énergie primaire (kwh/m²) 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 BNE 11 kwh/m² système D décentralisé - débit régulé BNE 10 kwh/m² système D centralisé - débit régulé BNE 15 kwh/m² système D centralisé - débit non régulé BNE 31 kwh/m² système C décentralisé - débit régulé Ventilateurs Chauffage Appartements passifs! 17
Impact énergétique de la centralisation Consommation annuelle en énergie primaire (kwh/m²) 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 BNE 11 kwh/m² système D décentralisé - débit régulé BNE 10 kwh/m² système D centralisé - débit régulé BNE 15 kwh/m² système D centralisé - débit non régulé BNE 31 kwh/m² système C décentralisé - débit régulé Ventilateurs Chauffage Appartements passifs! 18
Choix du récupérateur? Récupération de l humidité? Echangeur à plaques Echangeur rotatif par accumulation 19
Choix du récupérateur? Récupération de l humidité? Echangeur à plaques Echangeur rotatif par accumulation Avantages Simple et fiable ; Peu de maintenance nécessaire ; Très faible risque de contamination de l'air frais en cas de bonne conception. Inconvénients Danger de givre par température extérieure basse et par dépassement du point de rosée. Il faut être attentif à la régulation si on souhaite tenir compte du récupérateur pour dimensionner les chaudières et les radiateurs ; L'échangeur présente une perte de charge relativement importante, surtout à de grands débits. Avantages Le matériau accumulateur imprégné d'un produit hygroscopique permet les échanges tant de chaleur sensible que d'humidité ; Perte de charge relativement faible Pas d'évacuation de condensats ; Encrassement et givrage limité du fait de l'inversion régulière du sens des flux d'air Inconvénients Contamination de l'air neuf ; Nécessité de l'entretien du système d'entraînement. 20
Choix du récupérateur? Rendement de 95 % Le rendement d un échangeur à plaques est fonction de : la vitesse de l air dans le récupérateur de chaleur. Le rendement du récupérateur augmente lorsque le débit et la vitesse de l air diminue et que l échange est plus long ; l humidité relative de l air (intérieur et extérieur). Comme une part importante de l énergie transmise provient de la condensation de la vapeur d'eau de l'air vicié, plus l air intérieur est humide plus le rendement est élevé ; la différence de température intérieure et extérieure ; pertes du ventilateur et du moteur, qui transformées en chaleur, réchauffent l air entrant ; l encrassement du ventilateur. Le rendement diminue lorsque le récupérateur est encrassé. Les poussières forment une couche isolante Rendement d un récupérateur de chaleur selon l humidité relative de l air intérieur (HRi) et le débit nominal 21
Isolation des conduits? Isolation 25 mm T ext 5,3 5.3 8.5 Base 38 W 30 W T int 20 68 W = 4,63W /K 7.5 5.3 17.8 20 5.5 8.3 7.9 39 W 18 W 5.7 32 W 5.9 8.3 8.2 6.1 15 W = 85% - 5 W = 85% - 9 W 17.86 20. 17.91 20. 250 m³/h 66 W = 4,48 W/K 250 m³/h 24W = 1,65 W/K Appartement au rez 8.2 6.1 17.9 20 Gain pour l appartement rez 0,34 x 250 m³/h x (17.9-17.8) = 9W 22
Isolation des conduits? Isolation 25 mm Isolation 100 mm T ext 5,3 T ext 5,3 5.3 8.5 5.3 7.9 38 W 30 W T int 20 68 W = 4,63 W /K 16 W 13 W T int 20 29 W = 1,96 W /K 5.5 8.3 7.9 39 W 5.7 32 W = 85% - 5 W 17.86 20. 250 m³/h 66 W = 4,48 W/K 5.4 7.8 7.5 17 W 5.5 14 W = 85% - 2 W 17.82 20. 250 m³/h 29 W = 1,96 W/K 5.9 8.3 8.2 18 W 6.1 15 W = 85% - 9 W 17.91 20. 250 m³/h 24W = 1,65 W/K 5.5 7.8 7.6 8 W 5.6 7 W = 85% - 4 W 17.84 20. 250 m³/h 11 W = 0,76W/K 23
Isolation des conduits? Isolation 25 mm Isolation 100 mm T ext 5,3 T ext 5,3 5.3 8.5 5.3 7.9 38 W 30 W T int 20 68 W = 4,63 W /K 2,67 W/mK 16 W 13 W T int 20 29 W = 1,96 W /K 5.5 8.3 = 85% 5.4 7.8 = 85% 7.9 7.5 17.86 250 m³/h 20. 5.7 5.5 Soit 26 cm d isolant au lieu de 20 cm (3,6 m³ d isolant supplémentaire) Pour 60 m² de façade opaque cela représente une perte supplémentaire 0,045 W/m².K 39 W 32 W - 5 W 66 W = 4,48 W/K 17 W 14 W - 2 W 17.82 20. 250 m³/h 29 W = 1,96 W/K A titre de comparaison renforcer l isolation de la conduite représente 0,3 m³ d isolant 5.9 8.3 8.2 18 W 6.1 15 W = 85% - 9 W 17.91 20. 250 m³/h 24W = 1,65 W/K 5.5 7.8 7.6 8 W 5.6 7 W = 85% - 4 W 17.84 20. 250 m³/h 11 W = 0,76W/K 24
Eté Hiver Puits canadien? Récupérateur de chaleur sur l air extrait uniquement Puits canadien/provençal uniquement Récupérateur de chaleur sur l air extrait + puits canadien/provençal 17 C 17,9 C 6,4 C 24.6 C 18 C 18 C 25
Puits canadien? Vu l investissement très lourd, le problème de condensation, les pertes de charges supplémentaires et l entretien, le puits canadien/provençal n est pas une priorité. En hiver, il est en concurrence avec le récupérateur de chaleur. En été, il permet certes d améliorer le confort mais son rôle reste faible comparativement à d autres stratégies passives de froid comme la bonne définition des surfaces vitrées, les protections solaires extérieures, la ventilation naturelle intensive ou l inertie. L échangeur géothermique 26
Conception des installations 1. Ventilation? Centralisé ou décentralisé? Choix du récupérateur de chaleur? Isolation des conduits Puits canadien? 2. Production de chaleur? Production décentralisée ou centralisée Energie renouvelable Emission de chaleur 3. Programme spécifique Hôtel Maison de repos 27
Production centralisée ou décentralisée? production centralisée production décentralisée Thèse : le choix est principalement déterminé par la production d eau chaude sanitaire 28
Production centralisée ou décentralisée? Calcul sur base d un immeuble de 31 logements production centralisée production décentralisée 1. Pertes de la boucle ECS >< pertes des ballons de stockage individuels 2. Production d ECS instantanée ou à accumulation? 3. Choix des auxiliaires? 29
pertes en chaufferie + boucle ECS 90 m 31 ballons ECS de 100 litres Production centralisée ou décentralisée? Pertes de la boucle ECS >< pertes des ballons de stockage individuels Conclusion : les pertes sont globalement équivalentes. Attention : la PEB est très fortement défavorable pour les installations centralisées par l utilisation de facteurs simplistes Déperditions? 4.200 + 7.200 = 11.400 kwh 3.600 pertes valorisées 7.800 pertes réelles 31 x 440 = 15.500 kwh 7.750 kwh valorisés 7.750 kwh pertes réelles 30
Production centralisée ou décentralisée? Quel niveau d isolation de la boucle d eau chaude sanitaire? Longueur de boucle - 100 m T boucle - T ambiante = 40 C Pertes en ligne (accessoires compris) Pertes annuelles Surface équivalente de capteurs solaires (Production solaire 500 kwh/m²) Pas isolée Peu isolée Bien isolée 31
Production centralisée ou décentralisée? Quel niveau d isolation de la boucle d eau chaude sanitaire? Longueur de boucle - 100 m T boucle - T ambiante = 40 C Pertes en ligne (accessoires compris) Pertes annuelles Surface équivalente de capteurs solaires (Production solaire 500 kwh/m²) Pas isolée 5.700 W 50.000 kwh 100 m² Peu isolée 1.500 W 13.500 kwh 27 m² Bien isolée 850 W 7.500 kwh 15 m² 32
Production centralisée ou décentralisée? production centralisée production décentralisée 1. Pertes de la boucle ECS >< pertes des ballons de stockage individuels 2. Production d ECS instantanée ou à accumulation? 3. Choix des auxiliaires? 33
ECS instantané ou à semi-accumulation? Production centralisée Semi-accumulation Instantané 34
ECS instantané ou à semi-accumulation? Production centralisée Déperditions? 650 kwh 1.350 kwh 35
ECS instantané ou à semi-accumulation? Production centralisée Retour à basse température si l échangeur est bien dimensionné 31 logements 25 m² solaire PV Soit 0,8 m² par logement 36
ECS instantané ou à semi-accumulation? Production centralisée Non isolé dans le calcul 37
ECS instantané ou à semi-accumulation? Production décentralisée 102 % 97 % Une production d eau chaude en semi-accumulation limite le surdimensionnement de la chaudière et améliore le confort. Le débit de puisage est beaucoup plus confortable. 38
Production centralisée ou décentralisée? 1. Pertes de la boucle ECS >< pertes des ballons de stockage individuels 2. Production d ECS instantanée ou à semi-accumulation? 3. Choix des auxiliaires? 39
Production centralisée ou décentralisée? Impact du choix des auxiliaires? Minimum = 96,9% Conseillé = 102,5% Optimum = 104,8% Aquastat manuel 40
Production centralisée ou décentralisée? Impact du choix des auxiliaires? Minimum = 96,9% Conseillé = 102,5% Optimum = 104,8% 41
Production centralisée ou décentralisée? Impact du choix des auxiliaires? Minimum = 96,9% Conseillé = 102,5% Optimum = 104,8%
Production centralisée ou décentralisée? Basse-énergie Avantage de la centralisation Passif Gain financier Gain énergétique Gains de place dans les appartements Recours facilité au renouvelable Entretien facilité 43
Energies renouvelables? Solaire thermique ou Cogénération? Solaire thermique Cogénération La cogénération doit tourner le plus longtemps possible. adaptée pour la production d ECS dont le profil est homogène. permet de couvrir 95 % des besoins 44
Energies renouvelables? Solaire thermique ou Cogénération? 70 kwh prim 60 kwh prim 50 kwh prim 40 kwh prim 30 kwh prim 20 kwh prim -18% - 8% Chaudière Réseau électrique 10 kwh prim 0 kwh prim Base Couverte solaire 40% Cogénération pour ECS Cogénération D un point de vue Environnemental 45
Energies renouvelables? Solaire thermique ou Cogénération D un point de vue financier Choix fortement dépendant de l échelle du projet et des primes ou certificats verts disponibles Projets de petite et moyenne échelle Solaire thermique Lorsque le besoin de chaleur augmente, la rentabilité de la cogénération augmente L investissement ( /kw) diminue fortement avec la puissance Frais d entretien ( /kw) diminue fortement avec la puissance Le rendement électrique d un cogénérateur de grosse puissance est plus élevé que le rendement électrique d un cogénérateur de petite puissance 46
Energies renouvelables? ECS solaire décentralisé 47
Energies renouvelables? Biomasse 48
Energies renouvelables? Biomasse Très bon bilan CO 2 Emissions locales polluantes problématiques en ville Investissement, encombrement, maintenance, Risque industriel lié à la chaudière recours au tiers-investisseur dépend principalement de la qualité du combustible pas d agrément des fournisseurs locaux, malgré l existence récente de normes Bilan des émissions de gaz à effet de serre du chauffage domestique, collectif et industriel (ADEME 2005b et ADEME/EDF 2006) 49
Energies renouvelables? Biomasse Très bon bilan CO 2 Emissions locales polluantes problématiques en ville Investissement, encombrement, maintenance Risque industriel lié à la chaudière recours au tiers-investisseur dépend principalement de la qualité du combustible pas d agrément des fournisseurs locaux, malgré l existence récente de normes Comparaison des émissions de polluants ramenés à l unité d énergie entrante dans les petites installations du secteur domestique (CITEPA, 2003) 50
Energies renouvelables? Biomasse Très bon bilan CO 2 Emissions locales polluantes problématiques en ville Investissement, encombrement, maintenance Risque industriel lié à la chaudière recours au tiers-investisseur dépend principalement de la qualité du combustible pas d agrément des fournisseurs locaux, malgré l existence récente de normes 51
Source froide Energies renouvelables Pompe à chaleur Principe 52
Energies renouvelables Pompe à chaleur Principe Renouvelable lorsque le COP > 2,8 53
Energies renouvelables PAC électrique PAC gaz 1 kw élec = 2,5 kw primaire 2,3 kw gaz 0,1 kw élec = 0,25 kw prim 2,6 kw 3,6 kw REP = 3,6 /(2,5) = 146% 0,9 kw 3,6 kw REP = 3,6 /(2,3+0,25) = 141% Rendement annuel 115 à 130 % 54
Energies renouvelables Pompe-à-chaleur : Fonctionnement monovalent kw Courbe de chauffe Puissance PAC selon T ext 9 8 7 6 5 4 Courbe de chauffe 3 2 1 0-10 -8-6 -4-2 0 2 4 6 8 10 12 14 C Monotone de chaleur kw 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 heures/an Résistance électrique Applicable au logement unifamilial 55
Energies renouvelables Pompe-à-chaleur Fonctionnement bivalent Applicable : Rénovation Appartements Tertiaire Fonctionnement alternatif kw 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 heures/an Fonctionnement parallèle kw 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 heures/an Pompe-à-chaleur Chaudière 56
Energies renouvelables Pompe-à-chaleur Fonctionnement mixte kw 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 heures/an Régulation sophistiquée nécessitant un système intégré Mise à l arrêt de la PAC lorsque le COP est inférieur à 2,5 lorsque le rendement en énergie primaire est inférieur à une chaudière gaz condensation 57
Energies renouvelables Pompe-à-chaleur système d émission - Chauffage par le sol - Ventilo-convecteur - Convecteur surdimensionné Régime 50/40/20 par rapport à 75/65/20 ( ) 1,3 ( T ) 1,3 25 C = = 0,4 50 C 50 C facteur de surdimensionnement 2,5 58
Choix de l émetteur de chaleur? Répartition des apports nécessaires pour combattre les déperditions Besoin 60 kwh/m² Besoin 15 kwh/m² Forte inertie Faible inertie 59
Choix de l émetteur de chaleur? Cas particulier du chauffage par le sol dynamique Forte inertie Faible inertie 60
Choix de l émetteur de chaleur? Evaluer les pertes de chaleur dans un chauffage par le sol Source énergie + 10 cm de PUR + 9 % de consommation 61
Choix de l émetteur de chaleur? Evaluer les pertes de chaleur dans un chauffage par le sol Source énergie + 20 cm de PUR + 5% de consommation 62
Choix de l émetteur de chaleur? Chauffer sur l air? La capacité de transporter de la chaleur sur l air est relativement limitée : P [W] = 0,34 [Wh/m³K] x q v [m³/h] x (T pulsion T air neuf ) [K] = 0,34 [Wh/m³K] x 100 [m³/h] x (35 15 ) [K] = 680 [W] Calcul différentié de la puissance entre le PHPP et la norme NBN EN12831 63
Choix de l émetteur de chaleur? Chauffer sur l air? Evaluation des déperditions calorifiques Selon PHPP température de 20 C uniforme température extérieure de base : -3,2 C la température des espaces adjacents chauffés : 20 3 = 17 C apports solaires pris en considération apports internes (1,3 W/m²) pris en considération pas d intermittence donc pas de surpuissance de relance Occupation continue du logement Facteur de surpuissance nécessaire pour compenser les effets de l intermittence du chauffage défini par la norme NBN EN 12831 Temps de relance (h) Selon NBN EN 12831 température de consigne de 24 C dans les salle de bain et de 20 C dans les autres pièces température extérieure de base : - 8 C température des espaces adjacents chauffés ou non chauffés «conservatrice», par exemple : Local adjacent appartenant à une autre partie du bâtiment : 16 C Local adjacent appartenant à un bâtiment séparé: 12 C débit d air neuf selon la norme D50-001 pas de gains solaires et des apports internes surpuissance de relance prise en compte pour compenser les effets de l intermittence du chauffage Chute prévue de la température intérieure lors du ralenti de nuit de 8h 1K 2K 3K 1 h 11 W/m² 22 45 2 h 6 11 22 3 h 4 9 16 4 h 2 7 13 64
Choix de l émetteur de chaleur? Chauffer sur l air? La capacité de transporter de la chaleur sur l air est relativement limitée : Exemple : puissance calculée pour 1 appartement passif PHPP NBN EN 12831 Déperditions par transmission 1566 W 2152 W Déperditions par renouvellement d air 428 W 602 W Apports internes et solaires -212 W - Surpuissance de relance - 656 W Puissance calculée 1.783W 3.410 W Puissance disponible sur l air hygiénique 1.800 W 1.800 W La puissance disponible sur l air hygiénique ne permet généralement pas la relance. Il n y a pas d intermittence possible sur le chauffage L intermittence sur la ventilation n est plus possible Il n y pas de régulation possible par pièce Séjour : 21 C Chambre : 18 C Salle de bain : 24 C Aspect psychologique et pratique d un radiateur dans la salle de bain Le chauffage sur l air est généralement complété par des radiateurs dans les salles de bain et éventuellement dans le séjour 65
Choix de l émetteur de chaleur? Chauffer sur l air? Solutions possibles Enjeux : Régulation de la vitesse de l air en fonction du besoin Le chauffage sur l air consommera toujours plus que le chauffage à l aide de convecteurs La surconsommation électrique des ventilateurs dépendra de la fréquence à laquelle ils devront tourner à vitesse plus élevée pour chauffer les locaux. Cette fréquence est très difficile à estimer car fortement dépendant de la gestion (manuelle) des débits d air Une régulation en cascade sur la vitesse de l eau dans la batterie et puis de la vitesse de l air dans le conduit est indispensable 66
Choix de l émetteur de chaleur? Chauffage électrique? Chauffage électrique direct (kwh primaire) Chauffage électrique à accumulation à éviter absolument Les pertes statiques sont très importantes surchauffe L émission en continu de chaleur d un chauffage à accumulation ne correspond pas à la demande d un bâtiment économe qui est ponctuelle et fortement variable en fonction des apports gratuits Etant donné le haut niveau d isolation, le besoin de chauffage dépend peu de la température extérieure mais bien des apports gratuits comment prévoir la demande? 67
Conception des installations 1. Ventilation? Centralisé ou décentralisé? Choix du récupérateur de chaleur? Isolation des conduits Puits canadien? 2. Production de chaleur? Production décentralisée ou centralisée Energie renouvelable Emission de chaleur 3. Programme spécifique Hôtel Maison de repos 68
Hôtel? Enjeux n 1 : intermittence les hôtels sont vides la journée le taux d occupation moyen est de 60% Pistes de solution zoner l occupation de l hôtel et couper les installations de chauffage et de ventilation dans les zones inoccupées. pas toujours simple en réalité car confronté aux habitudes Réduire la ventilation de moitié en journée par exemple 25 m³/h par chambre en journée au lieu de 50 m³/h en base Commander le thermostat de chaque chambre sur base de la carte magnétique Enjeux n 2 : Eau chaude sanitaire la consommation en ECS est proportionnellement très importante Pistes de solution Limiter le besoin Recourir aux énergies renouvelables (cogénération ou solaire) 69
Maison de repos? Enjeux n 1 : Boucle d eau chaude sanitaire Comparaison de la production solaire en fonction de l isolation de la boucle Production solaire avec boucle 0,3 W/mK Hypothèses: 100 chambres 200 m de boucle simple 2500 l/j à 60 c 0 kwh 20.000 kwh 40.000 kwh 60.000 kwh 80.000 kwh 100.000 kwh Besoins ECS 50.660 kwh 39.170 kwh 0 Pertes ballon ECS 2.080 kwh Pertes boucles ECS 30.970 kwh 60.950 kwh Energie délivrée par le circuit solaire Energie délivrée par l'appoint 70
Maison de repos? Enjeux n 1 : Boucle d eau chaude sanitaire Comparaison de la production solaire en fonction de l isolation de la boucle Production solaire avec boucle 0,15 W/mK Hypothèses: 100 chambres 200 m de boucle simple 2500 l/j à 60 c 0 kwh 20.000 kwh 40.000 kwh 60.000 kwh 80.000 kwh Besoins ECS 52.040 kwh 20.900 kwh 0 Pertes ballon ECS 2.240 kwh Pertes boucles ECS 30.460 kwh 44.740 kwh Energie délivrée par le circuit solaire Energie délivrée par l'appoint 71
Maison de repos? Enjeux n 2 : Eau chaude sanitaire La longueur de la boucle d eau chaude est proportionnellement très importante par rapport à la demande Priorité absolue d une maison de repos : Réduire la longueur de la boucle Isoler la boucle!!!!! On place 20 cm d isolant en façade pour un T moyen est de 14 C On place 5 cm d isolant sur le conduit d ECS pour un T moyen est de 37,5 C On isole une boucle 10x moins qu une façade Remarque : une partie de la chaleur est récupérée lorsque la boucle est située dans le volume chauffé 72
Maison de repos? Enjeux n 1 : Boucle d eau chaude sanitaire W/mK 0,6 Déperdition à travers un conduit isolé - DN 40 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,1 épaissuer isolant (cm) Source énergie + 73
Maison de repos? 0.150 + 0.12= 0.27 W/m.K = 10,6 W/K 0.23 W/m.K = 9,1 W/K -25% 0.200 W/m.K = 8 W/K 74
Ce qu il faut retenir de l exposé Le système HVAC doit être conçu de façon globale, les interactions étant nombreuses entre les différentes installations L enjeux énergétique est autant dans la réalisation efficace du système que dans son choix Attention aux consommations cachées! 75
Outils, sites internets, etc intéressants : Guides-conseil à la conception énergétique et durable pour le logement collectif, Bruxelles Environnement - IBGE, 2006 : www.bruxellesenvironnement.be Guide énergétique des installations, Bruxelles Environnement : www.bruxellesenvironnement.be F.Simon, JM.Hauglustaine, La ventilation et l énergie Guide pratique pour les architectes, Ministère de la Région Wallonne, 2001. CSTC, «NIT 203 - La ventilation des habitations. 1ère Partie: Principes généraux», 1994 Informations techniques sur les réseaux de ventilation Energie+ : http://energie.wallonie.be/energieplus/script.htm 76
Textes légaux : Ordonnance du 11/07/2007 du Gouvernement de la Région de Bruxelles-Capitale sur la performance énergétique des bâtiments et le climat intérieur, disponible sur le site de Bruxelles- Environnement : www.bruxellesenvironnement.be Norme NBN EN 12831: 2003 «Systèmes de chauffage dans les bâtiments Méthode de calcul des déperditions calorifiques de base» «Dispositifs de ventilation dans les bâtiments d habitation - NBN D50-001», Institut Belge de Normalisation, Bruxelles, 1991 77
Références Guide Pratique pour la construction durable : Fiche ENE 23 Choisir un mode de ventilation énergétiquement efficace ENE 14 Choisir le meilleur mode de production de chaleur ENE 17 Choisir un corps de chauffe adéquat Fiche ENE 22 Réaliser un puits canadien/provençal ENE 19 Installer un chauffe-eau solaire 78
Contact Thomas GOETGHEBUER MATRIciel sa Gestionnaire de projet Place de l Université, 21 1348 Louvain-la-Neuve : 010/24.15.70 E-mail : goetghebuer@matriciel.be 79