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Bruxelles Environnement
Etat des lieux des systèmes
Jonathan Fronhoffs
Cenergie
Formation Bâtiment Durable :
Bâtiment durable de A à Z
2
Objectif(s) de la présentation
● Présenter les principes généraux en matière de
chauffage, d’ECS et de ventilation
● Présenter les systèmes énergétiquement
performants
● Introduire le refroidissement et l’éclairage
3
● Le bilan thermique
● Le chauffage
● L’ECS
● La ventilation
● Le refroidissement
● L’éclairage
Plan de l’exposé
4
Le bilan thermique
Source : energie+
5
Le bilan thermique
Source : energie+
6
L’installation de chauffage
● Production
● Distribution
● Emission
● Régulation
Source : energie+
7
L’installation de chauffage
● Production
● Distribution
● Emission
● Régulation
Source : energie+
8
L’installation de chauffage
● Comment distribuer la chaleur?
► Eau
► Air (via ventilation)
Source : energie+
9
Chauffage : Production
● Type de production :
► Réseau de chaleur
► Chauffage collectif
Source : energie+
Source : ADEME
10
Chauffage : Production
● Type de production :
► Chauffage central individuel
► Chauffage local (électrique, gaz, bois, …)
11
Chauffage : Production
● Type de Combustible?
► Gaz
► Mazout
► Electricité
► Bois (Pellets, plaquettes, buches)
12
Chauffage : Production
● Type de Chaudière : Gaz
► Gaz Condensation
► Gaz Haut Rendement
► Gaz Classique
● Type de Chaudière : Mazout
► Mazout Condensation
► Mazout Haut Rendement
► Mazout Classique
13
Chauffage : Production
● La chaudière à condensation
● Récupération énergie des
fumées de combustion
par condensation de
vapeur d’eau contenue
dans les fumées
● Condensation = r°
exothermique : libère
chaleur préchauffe
l’eau besoin de moins
de combustible
● Importance de la T°
d’eau de retour
● PCS >< PCI
● η > 100% sur PCI
Source : simulateurenergetique.fr
14
Chauffage : Production
● Type de Chaudière : Label
► Gaz - Condensation : HR TOP
› 1998
► Gaz - Basse température : HR+
› 1996
► Mazout – Condensation : Optimaz Elite
› 2005
► Mazout – Haut Rendement : Optimaz
› 2005
15
Chauffage : Distribution
● Les conduites sont-elles isolées?
16
Chauffage : Emission
● Type d’émission :
► Radiateurs classiques
► Radiateurs en fonte
17
Chauffage : Emission
● Type d’émission :
► Ventilo-convecteurs
► Chauffage par le sol
18
Chauffage : Régulation
● Régulation
► Sonde extérieure
► Thermostat d’ambiance
► Vanne thermostatique
19
Chauffage : Régulation
Source : energie+
20
Chauffage : Régulation
● Régulation sur aquastat (chaudière) et sur thermostat d’ambiance (pompe)
21
Chauffage : Régulation
● Régulation sur thermostat d’ambiance
22
Chauffage : Régulation
● Régulation climatique :
23
Chauffage : Régulation
● Régulation climatique :
24
Chauffage : Régulation
● Régulation : ralenti / coupure
● A midi je me cuits une pizza au four…Est-ce que je laisse mon four allumé toute l’après-midi par ce que ce soir je vais me cuire une tarte aux pommes?
Source : energie+
25
● Êtes-vous certains de savoir comment ça
marche ? Vannes thermostatiques = thermostat :
► tant que la température est inférieure à la valeur réglée, les
vannes restent ouvertes ;
► dès que la température réglée est atteinte, elles se ferment.
● Régler la vanne = changer la température de
consigne…
Vanne sur “3” et 19°C dans la pièce
Vanne sur “2” et 19°C dans la pièce
Vanne sur “3” et 20°C dans la pièce
Chauffage : Régulation : Vanne Thermo.
Source : www.sestain.be
26
Chauffage : Rendement d’1 installation
27
Chauffage : réglementation PEB
● Application :
► La plupart des installations de chauffage central
› Puissance nominale > 20 kW
› Combustible liquide ou gazeux non renouvelable
› Utilisant l’eau comme fluide caloporteur intermédiaire
exclusion des systèmes locaux
28
Chauffage : 3 actes réglementaires
● Contrôle périodique des chaudières
● Réception des systèmes de chauffage
● Diagnostic des systèmes
29
Chauffage : 3 actes réglementaires
● Contrôle périodique des chaudières
► Tous les 3 ans pour le gaz
► Tous les ans pour le mazout
► Reprend toutes les informations techniques de l’installation
› Information sur la chaudière et son brûleur
› Rendement de combustion
› …
► Attestation de contrôle périodique = Document reprenant des informations sur l’installation
30
Chauffage : 3 actes réglementaires
● Réception des systèmes de chauffage
► Lors de l'installation d'une chaudière
► Lors du remplacement du corps de chaudière
► Lors du remplacement du brûleur
► Lors du déplacement d'une chaudière
► Attestation de réception = Document reprenant des informations sur l’installation
31
Chauffage : 3 actes réglementaires
● Diagnostic
► Check-up pour les installations de + de 15 ans
► Rapport de diagnostic = Document reprenant des informations sur l’installation
33
Chauffage : 3 actes réglementaires
● Professionnels :
● Accueil > Professionnels > Guichet > Agréments et enregistrements > Sociétés
et professionnels agréés ou enregistrés
34
ECS
● Quels sont mes besoins en ECS?
● Quelle est la manière la plus efficace de produire
l’ECS?
► Production commune avec le chauffage?
► Production centralisée séparée du chauffage?
► Production locale?
► Production instantanée / accumulée / semi-instantanée?
35
ECS
● Production individuelle commune au chauffage
► Appareils monoblocs
► Appareils à réservoir séparé
● Production combinée au chauffage
► Avec échangeur à plaques intégré (domestique)
► Avec échangeur à plaques extérieur (collectif)
ECS
37
ECS
● Production individuelle commune au chauffage
► Echangeur à plaques
Source : energie+
38
ECS
● Production individuelle séparée du chauffage
► Chauffe-eau au gaz
► Chauffe-eau électrique
ECS: L’installation solaire thermique
39
L’installation solaire thermique : technologie
• Types de capteurs solaires
40 Source : Energieplus, http://www.energieplus-lesite.be/index.php?id=16760
L’installation solaire thermique : technologie
• Rendement des capteurs solaires R
end
em
ent
Différence de température entre le capteur et le milieu ambiant [°C]
Capteur plat
Capteur de vide
Absorbeur de piscine 0 – 20 °C Chauffage de piscine
20 – 100 °C Eau chaude et chauffage
> 100 °C Chaleur de processus 41
Source : Energieplus, http://www.energieplus-lesite.be/index.php?id=16760
L’installation solaire thermique : Faisabilité
● Toiture ► Orientation, inclinaison
► Surface utile, encombrement, obstacles,…
► Remplacement étanchéité, …
► Stabilité
• Chaufferie
► Production combinée ?
► Ancienneté des chaudières ?
► Régulation !
• Liaison toiture - chaufferie
► Gaines techniques ?
► Local technique en toiture ?
• Stockage & distribution ECS
► Réservoirs de stockage
► Boucle de distribution (L, Diam, isolation)
42 Source: Stéphane Barbier
Oui… mais moins rentable
10 à 30 m² de capteurs
Ballon de 1000 à 3000 litres
Régulation plus complexe
Économie:
~80% sur l’ECS
20…50% sur le chauffage
Chauffage + ECS via le solaire thermique?
Source : Solarpraxis.com
43
● Règle de base : toujours partir du besoin de chaleur !
► ECS (+ chauffage?)
Dimensionnement : besoins en kWh?
Source : Solarpraxis.com 44
45
La ventilation
● Pourquoi ventiler?
● Comment ventiler?
46
La ventilation : pourquoi ventiler?
3 raisons principales:
● Assurer le confort respiratoire des occupants
► Concentration en CO2 (apport d’air frais)
► Humidité
► Odeur
● Garantir des espaces sains
► Diminuer l’impact des polluants présents dans le
bâtiment (COV, formaldéhyde, radon,…)
● Assurer le confort thermique
► Chauffage via l’air
► Surtout: refroidissement via free-cooling et
ventilation nocturne
47
La ventilation : comment ventiler?
● Système A :
► Amenée d’air naturelle
► Evacuation d’air naturelle
● Système B :
► Amenée d’air mécanique
► Evacuation d’air naturelle
● Système C :
► Amenée d’air naturelle
► Evacuation d’air mécanique
● Système D :
► Amenée d’air mécanique
► Evacuation d’air mécanique
48
● Système A: amenée et évacuation naturelles
Source: Energie +
La ventilation : comment ventiler?
49
● Système B: amenée mécanique et évacuation
naturelle
Source: Energie +
La ventilation : comment ventiler?
50
● Système C: amenée naturelle et évacuation
mécanique
Source: Energie +
La ventilation : comment ventiler?
51
● Système D: amenée et évacuation mécaniques
Source: Energie +
Incontournable pour
les bâtiments passifs
La ventilation : comment ventiler?
52
La ventilation : comment ventiler?
53
La ventilation : Comment ventiler?
Ventilation hygiénique:
● Réglementation d’application
► NBN D50-001: dimensionnement pour le résidentiel
(logement, maisons de repos,…)
► EN 13779: dimensionnement pour le tertiaire (bureaux,
bâtiments publics,…)
► PEB
► RGPT
54
La ventilation : Comment ventiler?
Deux principes de base:
1. débit entrant = débit sortant
55
La ventilation : Comment ventiler?
2. Pulsion – transfert – extraction
► Alimentation en air frais des locaux “secs”
► Transfert via les zones de circulation
► Evacuation de l’air vicié via les locaux “humides”
Amenée
d’air
Locaux
“secs”
séjour,
chambre à
coucher,
bureau
Transfert
Circulation
Couloir,
cage
d’escaliers
Evacuation
Locaux
“humides”
Cuisine,
salle de
bains, WC,
buanderie
Transfert
56
La ventilation : Comment ventiler?
● Applications résidentielles: NBN D 50-001 et PEB (exigence 1: ventilation hygiénique)
AL
IME
NT
AT
ION
Local Débit nominal Le débit
peut être
limité à
Alimentation
naturelle max
(syst. A,C) Règle
générale
Débit
minimal
living
3,6
m³/h/m²
75 m³/h 150 m³/h
2 x débit nominal
chambres
25 m³/h 72 m³/h
(Annexe VI) locaux d’étude
locaux de hobbies
EV
AC
UA
TIO
N
Local Débit nominal Le débit peut être
limité à
Règle générale Débit minimal
cuisine fermée
3,6 m³/h/m²
50 m³/h
75 m³/h salle de bains
buanderie 75 m³/h
cuisine ouverte
WC - 25 m3/h -
Remarque: le débit peut être distribué sur plusieurs ouvertures
57
La ventilation : Comment ventiler?
● Applications résidentielles: NBN D 50-001 et PEB (exigence 1: ventilation hygiénique)
TR
AN
SF
ER
T
Comme évacuation du
local
Débit minimal Ouverture minimale
sous la porte
living
25 m³/h 70 cm²
chambres
locaux d’étude
locaux de hobbies
TR
AN
SF
ER
T
Comme alimentation du
local
Débit minimal Ouverture minimale
sous la porte
salle de bains 25 m³/h 70 cm²
buanderie
cuisisne 50 m³/h 140 cm²
WC 25 m³/h 70 cm²
Remarque: le débit peut être distribué sur plusieurs ouvertures
58
La ventilation : Comment ventiler?
● Applications résidentielles:
PEB: 22 m³/h/pers pour les applications résidentielles
● Applications non-résidentielles: EN 13779, PEB et
RGPT
► Espaces destinés à l’occupation humaine
► Classification de base “Indoor Air Quality” (IDA)
► PEB: minimum 22 m³/h par personne
► RGPT: minimum 30 m³/h/personne
60
La ventilation : Comment ventiler?
EN 13779 ‘High
quality’
‘medium
quality’
‘moderate
quality’
‘low quality’
Classe IDA1 IDA2
IDA3 IDA4
Débit
(m³/h.pers)
72
>54
45
(36-54)
29
(22-36)
18
<22
Refroidissement
● Pour nouveaux bâtiments éviter le refroidissement actif
► Recherche au niveau de la conception
› Limiter les charges solaires
– Limiter les surfaces vitrées au sud et à l’ouest
– Protections solaires
› Limiter les apports internes
– Eclairage performant et fonction de l’éclairage naturel
– Matériel informatique performant et bien localisé
› Exploiter le pouvoir rafraîchissant de l’air extérieur
– Free cooling
● Pour bâtiments existants évaluer la situation
► Repérer l’origine de la surchauffe
► Evaluer la pause de protections solaires
Source : energie+
Refroidissement
● Si besoin de froid en hiver free-chilling
► Utilisation de l’air froid, une partie de l’année pour produire l’eau glacée sans groupe frigorifique
► Air extérieur < 8 … 10°C
► Ex: salle informatique
● Eviter la destruction d’énergie!
► Production simultanée de chaud et de froid
► Regrouper les locaux à forte charge thermique pour pouvoir les traiter spécifiquement
Refroidissement
● Refroidissement actif : split ou climatiseur local
Refroidissement
● Refroidissement actif : split ou climatiseur local
Source : energie+
Refroidissement
● Refroidissement actif : via la ventilation
Source : energie+
Refroidissement
● Refroidissement actif : systèmes air + eau
Source : energie+
Refroidissement
● Refroidissement actif : systèmes air + eau
Source : energie+
Refroidissement
70
Climatisation : réglementation PEB
● Application :
► Systèmes de climatisation d’une puissance nominale > 12 kW
● 9 exigences:
● 2 actes réglementaires :
► Entretien minimal
► Contrôle périodique
› Après l’installation d’un nouveau système de climatisation
› Tous les 5 ans pour P > 100 kW
› Tous les 15 ans pour 12 kW < P < 100 kW
71
Climatisation : réglementation PEB
● Contrôle périodique
72
L’éclairage
● Favoriser l’éclairage naturel
73
L’éclairage
● Utiliser des luminaires performants
74
L’éclairage
● Gestion en fonction de la présence
►Watt-crête (Wc)
puissance électrique maximale fournie dans des
conditions standard de test:
- un ensoleillement de 1 000 W/m2 ;
- une température des panneaux de 25°C ;
- une répartition spectrale du rayonnement dit AM 1.5
►Wattheure (Wh)
1Watt-heure énergie consommée ou délivrée par un
système d’une puissance de 1 Watt pendant une heure.
L’installation Photovoltaïque: Notions
de base
Silicium polycristallin
75
Technologie : Surface PV correspondante à 1 kWc
Monocristallins à haute performance
(6 à 9 m2, ~150 Wc/m², η 12% à 20%)
Modules
76 Source: energieplus-lestie.be
Polycristallins
(7,5 à 10 m2, ~100 Wc/m², η 11% à 15%)
Silicium amorphe
(14-20 m2, 60-70Wc/m², η 5-7%)
Technologie : Temps de Retour Energétique d’une
installation PV
► Pour une installation avec cellules en silicium cristallin
► Temps de Retour Energétique = 19 … 40 mois
► Dépend de l’ensoleillement
► Pour une installation en toiture
► Si durée de vie installation = 30 ans facteur 8 … 18
► Source : Hespful / Ademe (France)
77
Générateur
photovoltaïque
Sectionneur
courant continu
Onduleur
Compteur
"certificats verts"
Disjoncteur
courant alternatif
Tableau
Électrique
(avec
protection
différentielle)
Compteur
électrique
Existant
(GRD)
remplacé
par un
« A+/A- »
Réseau
Applications
électriques
Courant continu Courant alternatif
Différentes fonctions de l’onduleur :
- Transformation DC en AC
- Fonction de synchronisation avec le réseau
- Recherche permanente du point de puissance maximal (MPP)
- Fonction de découplage du réseau
© Energie Facteur 4 asbl
Schéma de système PV
78
Intégration en toiture
► Toiture inclinée
► Toiture plate
ANCRAGE LESTAGE
SYSTÈME
D’ASPIRATION/DEPRESSION
79
…moins efficace
que…
Car ventilation par
dessous
refroidissement
meilleur η
Source: archiexpo.fr & WTCB
Coût : Investissement
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
1 10 100 1000
Inve
sti
ss
em
en
t [E
UR
/Wc
]
Puissance [kWc] 5 kWc
(Source : PV Calc)
(Source : Brugel, Proposition relative au coefficient multiplicateur
appliqué au photovoltaïque - Analyse des paramètres
économiques, 6 sept. 2013.)
Source : Apere, Smartguide, 2013
/3 en 5 ans !
80
Points d’attention lors de la conception
Source : Guide pratique, G_ENE11 Intégrer des installations pour la production d'électricité renouvelable,
http://guidebatimentdurable.bruxellesenvironnement.be
1. Limiter la consommation électrique du bâtiment
• Limiter la consommation électrique consécutive à l'éclairage (voir G_ENE01 - Optimiser l'éclairage
artificiel)
• Limiter la consommation électrique consécutive aux appareils (voir G_ENE06 - Limiter les charges
thermiques)
• Éviter le refroidissement actif, utiliser le refroidissement passif (voir G_ENE07 - Appliquer une
stratégie de refroidissement passif) et produire le plus efficacement possible l'éventuelle demande en
chaleur résiduelle (voir G_ENE09 – Refroidissement : choisir le meilleur mode de production utilisant des sources
renouvelables)
• Système de distribution efficace pour le chauffage, le refroidissement et la ventilation (voir
G_ENE10 - Garantir l'efficience des installations de chauffage, d'eau chaude sanitaire et de refroidissement et G_ENE02 -
Concevoir un système de ventilation énergétiquement efficace)
2. Évaluer la consommation électrique résiduelle
• Déterminer la consommation électrique : consommation annuelle et de préférence
consommation mensuelle et, le cas échéant, le profil quotidien
3. Évaluer le potentiel de fourniture d'énergie électrique renouvelable
• Superficie de toiture disponible. Capacité portante de toiture disponible. Ombrage,
orientation et inclinaison.
81
82
● Réglementation PEB
● Energie + : http://www.energieplus-lesite.be/
● Cahiers de charge-type pour maîtres d’ouvrage et concepteurs:
► www.bruxellesenvironnement .be > Professionnels > Bâtiment
(constr, renovation, gestion) > Outils à votre disposition > Les outils
URE
Outils, sites internet, etc… intéressants :
Guide Bâtiment durable: www.bruxellesenvironnement.be/guidebatimentdurable
● Thématique Energie du Guide
● En particulier:
► G_ENE01 Optimiser l'éclairage artificiel
► G_ENE02 Concevoir un système de ventilation énergétiquement efficace
► G_ENE08 Choisir le meilleur mode de production et de stockage pour le chauffage
et l'eau chaude sanitaire
► G_ENE09 Choisir les meilleurs modes de production de refroidissement
renouvelable
► G_ENE10 Garantir l'efficience des installations de chauffage, d'eau chaude
sanitaire et de refroidissement
Références Guide Bâtiment durable :
83
Ce qu’il faut retenir de l’exposé
● Comprendre le fonctionnement d’une installation
de chauffage
● Se poser les bonnes questions en matière de
production d’ECS
● Comprendre les facteurs de limitation de
l’utilisation du refroidissement
● Comprendre les moyens de réduire les
consommations d’éclairage
● Mes installations de chauffage et de
refroidissement sont-elles en conformité avec la
réglementation PEB ?
84
Contact
Jonathan FRONHOFFS
Chef de projet
Coordonnées
: 02/5013,96,13
E-mail : jonathan.fronhoffs@cenergie.be
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