Quelle approche pour le chauffagiste ? Quel type de ... Energie... · Importance de l’étude de dimensionnement, bilan thermique: il n’est pas rare de voir la puissance nominale

Enveloppe performante

•  Quelle approche pour le chauffagiste ?

•  Quel type de producteur de chaleur choisir ?

SANYDRO MAINTENANCE (Raphaël Beeckmans) Enveloppe performante - quelle attitude 1

Structure exposé : 1/ Rappel : le surdimensionnement – « à combattre » 2/ Comment aborder ce type de projet :

2.1 Étude et dimensionnement (importance de la concertation avec le maître d’ouvrage) 2.2 Le générateur de chaleur 2.3 Les émetteurs de chaleur 2.4 Logements collectifs – centralisation 2.5 Étanchéité à l’air et ventilation double flux – impact sur les choix

3/ La problématique de l’eau chaude sanitaire 3.1 Dimensionner correctement 3.2 Dissocier ou non ? 3.3 Appoint solaire thermique – viser la simplicité et l’efficacité

4/ Cas pratiques : présentation de 4 chantiers (passif unifamilial, collectif basse énergie et centre sportif – école)

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1/ Rappel : le surdimensionnement – « à combattre » -  Effets du surdimensionnement de la chaudière: augmentation pertes

à l’arrêt, cycles de fonctionnement brûleur plus courts, … augmentation consommation d’énergie

-  Pour une maison K 55 – 25W/m³ chauffé -  Pour une maison K 35 – 15W/m³ chauffé

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Puissance spécifique à installer [W/m³] pour une température intérieure de consigne de 19 °C, une température extérieure de base de - 8 °C et un taux de renouvellement d'air

de 0,7 vol/h

Compacité du bâtiment (Volume chauffé / Surface déperditive)

[m]

Niveau global d'isolation

K35 K45 K70 K150

0,5 23,9 31,6 46,3 67,6

1 16,7 19,4 26,6 47,3

1,5 14,7 17 22,6 40,6

2 13,9 15,9 21,0 37,2

3 13,5 15,2 20,2 33,8

4 - - 16,8 32,1

K35 = bâ(ment basse énergie ; K45 = bâ(ment bien isolé (construire avec l’énergie) ; K70 = bâ(ment isolé des années 80 ; K150 = bâ(ment ancien et non isolé.

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1/ Rappel : le surdimensionnement – « à combattre » la puissance de relance en cas d’intermittence ou de ralenti nocturne dépend : -  De l’inertie du bâtiment -  De la diminution de t° intérieure -  Du temps de relance

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1/ Rappel : le surdimensionnement – « à combattre »

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Temps de

relance pour

une durée maximale de ralenti

de nuit

de 12 heure

s

frh W/m²

Chute prévue de la température intérieure lors du ralenti 2K 3K 4K

Inertie du bâtiment

faible moyenne forte faible moyenne forte faible moyenne forte

1 2 3 4

18 9 6 4

23 16 13 11

25 22 18 16

27 18 11 6

30 20 16 13

27 23 18 16

36 22 18 11

27 24 18 16

31 25 18 16

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Importance du surdimensionnement

•  Augmentation des temps d’arrêt et donc des pertes (diminution du facteur de charge de la chaudière : temps de fonctionnement du brûleur par rapport aux temps d’utilisation de la chaudière) Taux de charge idéal = 30%

• 

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Importance du surdimensionnement

•  Diminution des temps de fonctionnement du brûleur et augmentation des séquences de démarrage

Comment repérer le surdimensionnement :

• Temps de fonctionnement du brûleur < 4 minutes • Temps de fonctionnement annuel < 1000 à 1500 heures/an

40 kW 19 kW


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Importance du dimensionnement : comment faire

•  Oublier les 50 à 80 W/m³ - en moyenne les calculs tournent autour de 30W/m³ • Détermination de la puissance basée sur le calcul de déperditions du bâtiment (calcul de l’enveloppe – détermination du U moyen)




Mauvaise méthode

•  en sommant la puissance des radiateurs –  les radiateurs sont presque toujours surdimensionnés

•  ou en appliquant une proporIonnelle au volume du bâIment, du type 60 .. 80 W/m³ –  puissance neUement supérieure à la réalité –  c'est la surface déperdiIve qui définit les besoins de chaleur, pas le volume chauffé

•  ou en rénovaIon reprenant la puissance des chaudières existantes –  les anciennes chaudières sont presque toujours surdimensionnées –  les bâIments anciens ont souvent fait l'objet d'amélioraIons énergéIques (double

vitrage, isolaIon de toiture, ...) –  les chaudières ont un meilleur rendement uIle


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• 


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• 


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•  calcul basé sur la consommation actuelle et le taux de charge


Importance du dimensionnement : exemples

•  Chemin du Puits 83:15 kW nécessaires – 45 kW installés •  Maison de repos les Églantines : 1800 kW installés – 870 kW nécessaires!!!! •  Résidence Concorde : 1000 kW installés – 400 kW nécessaires

•  = Consommation de ces bâtiments élevées !!!!!

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•  Chemin du Puits 83:15 kW nécessaires – 45 kW installés – quand la chaudière démarre elle délivre déjà la puissance nécessaire pour une t° extérieure de -3°C



•  Les Églantines: limitation de la puissance des brûleurs – petite flamme dans grand échangeur



•  Résidence Concorde : 400 kW nécessaires – 1000 kW installés • Mesure prise qui ne coûte rien = couper une chaudière, l’isoler hydrauliquement et ne garder que la chaudière la plus performante en fonctionnement


2/ Comment aborder des projets avec enveloppe performante ? Importance de l’étude de dimensionnement, bilan thermique: il n’est pas rare de voir la puissance nominale nécessaire pour un appartement avoisiner moins de 3 kW (-8°C) soit en moyenne 1 kW

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Niveau de performance

de l’enveloppe

Taux de renouvellemen

t n50 (h-1)

Rendement thermique du récupérateur

(%)

U moyen du bâtiment (W.m-2.K-

K70 5 - 1.2

K45 2,5 70 0.8

K30 2 70 0.5

K19 0,6 70 0.3

2/ Comment aborder des projets avec enveloppe performante ?

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2/ Comment aborder des projets avec enveloppe performante ? Si l’on décide d’améliorer la performance de l’enveloppe •  Les déperditions au travers des parois sont réduites de par l’isolation

croissante. •  Le taux d’in/exfiltrations diminue. En d’autres termes, l’étanchéité du

bâtiment s’améliore. •  En cas d’intermittence, la puissance de relance diminue

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2/ Comment aborder des projets avec enveloppe performante ? -  Importance de la concertation avec le MO dans les choix de t° et

d’exigences de confort -  Quel type de producteur de chaleur ? Sortir des sentiers battus et

envisager le placement : q  de producteurs moins gourmands en énergies fossiles q  chaudières de très faible puissance à grande plage de modulation q  systèmes hybrides et combinés q  Passif : vmc + PAC q  Pompes à chaleur gaz à absorption q  PAC à compresseurs

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2/ Comment aborder des projets avec enveloppe performante ? Le mot d’ordre pour les émetteurs et la distribution est BASSE TEMPÉRATURE: q  radiateurs régime 50/30°C (attention au dimensionnement) q  Chauffage par le sol 40/30°C q  Convecteurs basse t°

Un rendement global annuel élevé des producteurs est fonction de cette condition – exemple PAC Le même principe peut être appliqué aux autres utilisateurs comme les batteries à eau chaude dans les groupes de traitement d'air, les ventilo-convecteurs ou encore la production d'eau chaude sanitaire. Ces équipements travaillent généralement à plus haute température. Il est conseillé de les surdimensionner pour diminuer leur température de fonctionnement, par exemple en leur appliquant un régime de fonctionnement du type 70°/40° (batteries à eau chaude, échangeurs à plaque fonctionnant avec une température de sortie de 40°, 45°). Cette pratique n'est pas encore rentrée dans les habitudes, conduit à un surinvestissement rentabilisé par l'exploitation.

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Pompe à chaleur : mise au point

Paramètres qui influencent le COP d’une pompe à chaleur – la mise au point pour optimaliser: -  Loi d’eau mal réglée = surconsommation de 3 à 13 %

-  Régulation par rapport à la t° de retour avec réglage du différentiel de 3°K (évite les courts cycles


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Paramètres qui influencent le COP d’une pompe à chaleur – la mise au point pour optimaliser: -  - Placement d’un ballon tampon (15 à 25 l/kW) -  Dégivrage – influence considérable pour l’efficacité énergétique

-  Débit : un enjeu de 3% de COP annuel – importance du dimensionnement de la pompe de circulation


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Enveloppe performante - quelle attitude

Paramètres qui influencent le COP d’une pompe à chaleur – la mise au point pour optimaliser:

-  PAC mal dimensionnée = 3 à 8 % de consommation supplémentaire d’où étude thermique sérieuse (70% des déperditions)


2/ Comment aborder des projets avec enveloppe performante ? Dans le collectif: Les faibles puissance à mettre en jeu imposent la centralisation de la production de chaleur pour coller aux besoins du bâtiment… •  Chaufferie centralisée •  Réseau de chaleur •  Seule possibilité de « mixer » les producteurs performants et cotoyer

le « renouvelable »

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3/ Problématique de l’eau chaude sanitaire Les puissances appelées pour l’eau chaude sanitaire deviennent plus importantes que pour le chauffage des locaux, donc pour éviter le surdimensionnement réflexion importante à mener sur la manière de produire l’ECS: -  Dissocier du chauffage? -  Décentraliser ? -  Importance du dimensionnement et de l’estimation des besoins

(attention 25L d’ECS à 60°C par personne et par jour = maximum pour les calculs

-  Dans le collectif – cf. feuille de calcul -  Dans l’individuel – cf. feuille de calcul

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3/ Problématique de l’eau chaude sanitaire – importance du dimensionnement

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Désignation

1) T° de l'ECS en °C

Production: 10

Distribution: 55

2) Besoins en ECS

Nombre de modules ECS (N): 78

Consommation (Qm) par module: 85

Température ECS: 55

K1 bain + évier + lavabo 1

K3 Normal 1

K4 Température de stockage ECS 1

Qm x N x K (litres) 6630

Qm x N x S (litres) 1861,63

3) Divers

Durée tranche de consommation maxi T (heures): 2,81

Coefficient i x 0,3 0,29

Coefficient de simultanéité S: 0,28

Consommation pendant la pointe des 10 min: 670,19

Débit (l/h): 4021,13

DN Départ ECS: 50

Préparateur instantané

Puissance instantanée (kW): 210,36

Préparateur semi-instantané

Puissance semi-inst. Mini (kW): 72,00

Capacité de stockage semi-instantanée maxi (l): 435,17

Si puissance semi-instantanée retenue vaut: 100,00

Capacité de stockage semi-instantanée (l) vaut: 351,72

Si capacité de stockage semi-instantanée vaut: 500,00

Puissance semi-instantanée vaut: 53,44

Semi-accumulation (ballon à chauffage indirect)

Capacité mini de semi-accumulation = Capacité maxi en semi-instantané (l): 435,17

Capacité maxi. de semi-accumulation (l): 3315,00

Puissance mini. de semi-accumulation (kW): 18,53

Si capacité de stockage semi-accumulation vaut: 300,00

Puissance semi-accumulation vaut: 74,64

Si puissance semi-accumulation vaut: 30,00

Capacité de stockage semi-accumulation (l) vaut: 2697,99

Temps de réchauffage du ballon (h): 4,71

Débit pompe de charge (m³/h): 3,75

Débit pompe de boucle (2/3 pompe de charge (m³/h): 2,48

Boucle d'ECS

Débit (l/h): 2340

Dt (°C): 5

Puissance (kW): 13,60

DN boucle: 25

Matériel à installer (semi-instantané)

Marque et type: Alfa Laval

Capacité (l): 750 litres

Puissance échangée (kW): 115

Débit (m³/h): 3,3

Dp - perte de charge échangeur (kPa): 2,5

Débit continu à 45°C (l/h): 395

Débit de pointe (l/10 min.): 385


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3/ Problématique de l’eau chaude sanitaire – importance du dimensionnement – solaire thermique simplicité

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4/ Cas pratiques Habitation passive à JETTE – GENVEX double flux + PAC thermodynamique ECS et préchauffage air + batterie électrique de 1,5 kW avec triac et sondes

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4/ Cas pratiques 9 logements basse consommation : 1 chaudière gaz condensation 24 kW + radiateurs 50/30° et ECS solaire

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Mot d’ordre de la réussite : - équipements de haut niveau technique -  très précisément dimensionnés -  installés selon un schéma hydraulique simple



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4/ Cas pratiques 3 maisons sur réseau de chaleur avec PAC et stockage de glace – 15 kW

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4/ Cas pratiques Salle de sport avec 2 PAC gaz à absorption – 70 kW

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Pompe à chaleur gaz à absorption

Une pompe à chaleur à absorption à gaz est une variante de pointe de la pompe à chaleur classique. D’une part, la pompe à chaleur à absorption à gaz puise 50 % d’énergie dans le gaz par le biais d’un brûleur à condensation à gaz ; d’autre part, elle puise 50 % d’énergie dans une source naturelle, qui peut être l’air, la terre ou l’eau, par l’intermédiaire d’ammoniac. Un rendement de 150 % calculé sur la base de la source primaire (le gaz) n’est pas exceptionnel. Des rendements pouvant atteindre 170 % peuvent même être obtenus dans le cadre d’un système de chauffage par le sol, là où les pompes à chaleur électriques ne peuvent garantir qu’un rendement d’environ 107 % en ce qui concerne la source primaire. La pompe à chaleur à absorption à gaz offre en général une puissance de 35 kW. Un aspect unique est sa modularité, qui permet de réduire cette puissance de quelque 50 % sans aucune perte de rendement.



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Pompe à chaleur gaz à absorption


Principe Tout part de la succession, dans un cycle fermé : De l’absorption d’ammoniac (NH3) gazeux en présence d’eau pour donner une solution d’ammoniaque concentré (NH4OH). Elle s’accompagne de la libération d’une grande quantité de chaleur à température élevée. Et de la désorption de cette même solution d’ammoniaque (NH4OH) qui permet la libération d’ammoniac (NH3) gazeux. La désorption demande de la chaleur. A ce stade, rien de différencie ce système thermodynamique d’une chaudière gaz à eau chaude. Au lieu de chauffer de l’eau pure en circuit fermé, on chauffe une solution d’ammoniaque (NH4OH). L’ingéniosité du principe vient de l’utilisation de l’ammoniac (NH3) dans un cycle frigorifique secondaire qui permettra de "pomper" la chaleur d’une source froide (au niveau de l’évaporateur) pour la restituer au niveau de la source chaude (condenseur) : cette chaleur est gratuite ! En combinant la libération de chaleur lors de l’absorption et la chaleur de condensation, le bilan énergétique est nettement positif !


COP PAC gaz



Conclusions: - Modification profonde des habitudes de travail -  Soin particulier à la pré-étude et au dimensionnement -  Producteurs plus pointus – plus de marge d’erreur - On ne compense plus les erreurs de calcul (débits, …) par des

régimes de t° élevés - Mot d’ordre : enveloppe performante requiert équipements de

production de chaleur tout aussi performants et adaptés

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Merci pour votre

attention. Y a-t-il des questions ? Raphaël BEECKMANS

SANYDRO Maintenance [email protected]


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