CHAUFFAGE TABLE DES MATIERES. Comprendre et manipuler les paramètres indispensables à l optimisation des systèmes de chauffage dans le bâtiment

(1)

1

Comprendre et manipuler les paramètres indispensables à l’optimisation des systèmes de

chauffage dans le bâtiment

Chauffage

TABLE DES MATIERES

INTRODUCTION

TOUR D’HORIZON DES SYSTÈMES PROCESSUS DE CONCEPTION ATELIER

SYNTHÈSE

2

(2)

Chauffage 3

BILAN ÉNERGÉTIQUE D’UN BÂTIMENT

3

1. Déperditions par transmission

définies à partir du U/R et des surfaces des parois 2. Déperditions par ventilation volontaire valeur forfaitaire calculée en fonction du volume 3. Déperditions par in/exfiltration définies sur base du débit de fuite 4. Déperdition totales de l’enveloppe 5. Apports solaires

définis à partir des caractéristiques des vitrages 6. Apports internes

valeur forfaitaire calculée en fonction du volume 7. Besoins nets en énergie pour le chauffage

10. Solaire thermique éventuel

défini à partir de l’aire et de l’orientation des panneaux 8. Pertes du système

en fonction du stockage, de la distribution, de l’émission

12. Consommation finale pour le chauffage 13. Pertes de transformation

définies en fonction du type d’énergie utilisée 14. Consommation d’énergie primaire

pour le chauffage

+ +

=

- -

=

-

+

= +

=

9. Besoins bruts en énergie pour le chauffage

=

11. Pertes de production

définies en fonction du rendement de production

+

Guide PEB 3.2

Chauffage

BESOIN ET CONSOMMATION – Consommation finale

● Consommation finale  C’est l’impact réel sur le consommateur

● Besoins

è

● Consommation (si pas de solaire

thermique)

● Rendement système = ηdistribution *η_émission* η_régulation

● Rendement total chauffage (η_Chauf) = η_production *ηdistribution *η_émission* η_régulation

4

Exemple

Besoins nets = 12000 kWh/an

ηdistribution= 95% , η_émission= 90%, η_régulation= 95% η_système= 81%

Besoins bruts = 14815 kWh/an η_production= 98%

Consommation finale = 15117 kWh/an

INTRODUCTION TOUR D’HORIZON DES SYSTEMES PROCESSUS DE CONCEPTION ATELIER SYNTHESE

(3)

Chauffage 5

BESOIN ET CONSOMMATION - Energie primaire 5

Source d’énergie

Energie primaire [kWhEprim/

kWhEfinale] PEB

fEP

PHPP fEP

Gaz naturel 1 1,1

Fuel domestique 1 1,1

Electricité 2,5 2,7

Bois 1 0,2

Consommation é Consommation finale [kWh] * f_EP[kWh_Eprim/kWh_Efin]

Chauffage

BESOIN ET CONSOMMATION – Occurrence des besoins 6

• Besoin de chauffage: pendant les mois les plus froids

• Besoin d’ECS: toute l’année

• Exemple pour un bâtiment passif de 100 m² de surface nette

(Besoin net en énergie de chauffage = 15 kWh/m²an)

0 50 100 150 200 250 300 350 400

Janvier Fé vrier Mars Avril Mai Ju in Juille t Aoû t Septembre Octob re Novem bre Décem bre

[kWh/mois]

Besoin de chauffage Besoin en ECS

Source: Formation bâtiment durable: passif et (très) basse énergie, IBGE, 2012

INTRODUCTION TOUR D’HORIZON DES SYSTEMES PROCESSUS DE CONCEPTION ATELIER SYNTHESE

(4)

Chauffage 7

INTRODUCTION

TOUR D’HORIZON DES SYSTÈMES PROCESSUS DE CONCEPTION ATELIER

SYNTHÈSE

Chauffage

TOUR D’HORIZON DES SYSTÈMES

STRUCTURE PRODUCTION DISTRIBUTION EMISSION RÉGULATION ECS

8

INTRODUCTION TOUR D’HORIZON DES SYSTEMES PROCESSUS DE CONCEPTION ATELIER SYNTHESE

(5)

Chauffage 9

STRUCTURE 9

Source de chaleur générée par:

- Combustion de gaz, mazout ou biomasse - Electricité (effet Joule ou pompe à

chaleur)

- Rayonnement solaire

Fluide technique

Eau, air

Chauffage - Radiateurs

- Planchers chauffants - Ventilo-convecteurs - Bouches de soufflage

…

Production d’eau chaude sanitaire (ECS)

Chauffage

STRUCTURE 10

Production

(6)

Chauffage 11

STRUCTURE 11

Distribution

Chauffage

STRUCTURE 12

Emission

(7)

Chauffage 13

STRUCTURE 13

Régulation

Chauffage

TOUR D’HORIZON DES SYSTÈMES

STRUCTURE PRODUCTION DISTRIBUTION EMISSION RÉGULATION ECS

14

(8)

Chauffage 15

PRODUCTION – Quels générateurs de chaleur ? 15

 Chaudières

● Résistances électriques (effet Joule)

● Pompes à chaleur

● Cogénérations

● Réseaux urbains

Chauffage

PRODUCTION – Chaudières - Combustion 16

1 m³ de gaz

Chaleur 8 m³

Azote

1 m³

CO₂

10 m

³

Air

2 m³

Vapeur d’eau 10 kWh

Combustible CO2 H2O

1 m³ de gaz naturel 2 kg 1,6 kg

1 litre de mazout 2,6 kg 1 kg

(9)

Chauffage 17

PRODUCTION – Chaudières - Combustion

● Toujours du CO₂ et de la vapeur d’eau (H₂O)

● Oxydes d’azote (NO_x) : la quantité dépend du combustible et du mode de combustion

● Oxydes de soufre (SO_x) lorsque le combustible contient du soufre (mazout, bois)

● CO et suies si la combustion est incomplète  Pour éviter la combustion incomplète, travail avec un excès d’air (idéalement 20 %)

Risque d’intoxication au CO

● Autres rejets pour le bois (COV, dioxines, métaux lourds, poussières, etc)

17

Source : energie+

Chauffage

DÉFINITIONS – Chaudières - Pouvoirs calorifiques 18

PCI

Si on condense toute la vapeur d’eau

Récupération de la chaleur latente

1 m³ de gaz

Chaleur 8 m³

Azote

1 m³ CO₂ 10 m³

Air

2 m³ Vapeur d’eau

PCS = PCI + chaleur latente

● Pouvoir calorifique inférieur (PCI ou Hi), l’eau part à l’état vapeur par la cheminée

● Pouvoir calorifique supérieur (PCS ou Hs), la chaleur latente de condensation de la vapeur d’eau est récupérée

(10)

Chauffage 19

DÉFINITIONS – Chaudières - Pouvoirs calorifiques 19

Combustible Unité PCI PCS

Gaz naturel MJ/m³ 35,53 39,38

kWh/m³ 9,87 10,94

Mazout MJ/litre 35,86 38,27

kWh/litre 9,96 10,63

Bois (valeur moyenne)

MJ/kg 18,4 20

kWh/kg 5,1 5,55

1 m³ de gaz ou 1litre de mazout

 Environ 10 kWh

1 kg de bois environ 5 kWh

Max. 1,6 l d’eau par m³ de gaz naturel

Chauffage

PRODUCTION – Chaudières - Rendements

● Le rendement de combustion est une image des pertes par les fumées.

C’est le rendement instantané quand le brûleur fonctionne.

● Pcombustible = débit de combustible * PCI

● Les pertes par les fumées proviennent de la chaleur sensible contenue dans les fumées et qui n’est pas récupérée.

● Le rendement de combustion est celui qui est mesuré par l’installateur et repris sur la fiche d’entretien.

20

(11)

Chauffage 21

PRODUCTION – Chaudières - Rendements

● Le rendement utile est le rapport entre la puissance thermique transmise à l’eau de distribution et la puissance contenue dans le combustible.

● Puissance fournie par le combustible différente suivant la référence (PCI ou PCS)

● Puissance utile

● Le rendement est mesuré par le constructeur pour la puissance nominale et pour un essai normalisé à 30 % de charge (rendement 30 % A reprendre dans les données PEB)

21

é * *( _é ‐

é *PCI

ou

é *PCS

ηPCI > 100 % si condensation

Pmax,

ηPCS< 100 % (toujours!)

Chauffage

PRODUCTION – Chaudières - Rendements 22

Où trouver ces valeurs ?

(12)

Chauffage 23

PRODUCTION – Chaudières - Rendements 23

● Ce rendement 30 % de charge, où le trouve-t-on ?

● Données fabricants (listes de rendements « PEB »)

● Fiches techniques

Chauffage

PRODUCTION – Chaudières - Rendements

● Le rendement saisonnierest le rapport entre l’énergie totale transmise à l’eau de chauffage pendant toute la saison de chauffe et l’énergie contenue dans le combustible. Ce rendement tient compte des pertes à l’arrêt:

● Pertes par rayonnement et convection

● Pertes par balayage (convection interne dans la cheminée)

Quand le brûleur fonctionne Quand le brûleur est à l’arrêt

24

Source : Formation à la PAE

(13)

Chauffage 25

PRODUCTION – Chaudières - Types

● Simplicité technique et connaissance du marché

● Types de chaudières

● Chaudière sol ou murale

● Chaudière atmosphérique ou à air pulsé

● Haute température, basse température ou à condensation

● Chaudière étanche ou non-étanche

● Modulante, deux allures ou on/off

● Combustibles : gaz naturel (ou propane), mazout, bois-énergie

● Large gamme de puissances disponibles

Petites puissances de 1 kW à des très grande puissance ( > 12 MW)

● Systèmes décentralisés (convecteurs au gaz, poêle à bois)

25

Chauffage

PRODUCTION – Chaudières – Sol/murale 26

Chaudière sol Chaudière murale

Demande plus d’espace dans son installation Moins encombrante – Faible poids et dimensions réduites

Pour des maisons individuelles mais aussi de gros immeubles

Bien adaptée aux appartements et maisons individuelles

Chaudières traditionnelles, basse température ou à condensation (au gaz, au mazout, au bois)

Principalement des chaudières à condensation au gaz ou au mazout (moins fréquent)

Large gamme de puissance 15 kW à 12 MW

de 700 W à 100 kW

Également la possibilité de mise en cascade pour de plus grandes puissances

(14)

Chauffage 27

PRODUCTION – Chaudières – Non-étanche

● Une chaudière est dite « non-étanche » lorsqu’elle prélève l’air dans le local de chaufferie

● Classification de la chaudière: type B

● Prévoir la ventilation des locaux de chaufferie

● Besoin d’air dans le local de chaufferie

 Normes NBN 61-001 et 61-002

27

Air 20 m³/h

Gaz 2 m³/h

22 m³/h fumées

20 kW

Chauffage

PRODUCTION – Chaudières – Non-étanche

● Normes cheminée et ventilation : NBN 61-001 et 61-002

28

Puissance Emplacement chaufferie pour chaudière non- étanche

< 30 kW De préférence dans un espace qui n'est pas desservi par le système de ventilation du bâtiment

30 kW < P < 70 kW

* Pour maisons unifamiliales : les chaudières ne peuvent pas être installées dans un espace qui a une fonction d'habitation (ex. living, cuisine, chambre, chambre à coucher)

* Pour autres bâtiments : les chaudières doivent être placées dans une chaufferie

P > 70 kW Une chaufferie est systématiquement requise

(15)

Chauffage 29

PRODUCTION – Chaudières – Etanche

● Une chaudière est dite « étanche » lorsque son fonctionnement est indépendant de l'air du local où elle est installée. Ce principe est également appelé « ventouse » ou « flux forcé ».

29

Air extérieur

Fumées

Chauffage

PRODUCTION – Chaudières – Etanche

● Classification: chaudière type « Cnm »

● Pour plus de précisions sur la classification « INFORGAZ, DOSSIER N° 3, INSTALLATIONS AVEC DES APPAREILS AU GAZ NATUREL ÉTANCHES – conformes aux normes NBN D 51-003 (2004) et NBN B 61-002 (2006) – Recommandations de l’ARGB »

30

Source : CSTC NIT235 Source : Cheminées

Poujoulat

(16)

Chauffage 31

PRODUCTION – Chaudières – Etanche 31

● Norme NBN D51-003 (07/2004) et NBN B61-002 (04/2006)

● Importance de l’emplacement des débouchés en façade et toiture

● Risque de recirculation de fumée

● Risque de brûlure

● Nuisances aux personnes (fumées, odeurs)

Chauffage

PRODUCTION – Chaudières – Etanche 32

● Distance minimale à calculer avec le facteur de dilution (f) :

) . ( ) .

( s

₁

l s

₂

h

f P

ⁿ



 

• Puissance nominale chaudière (Pn)

• Distance (l) et différence de hauteur (h) entre débouché et ouverture

• Coefficients de dilution (s1 et s2) selon différentes situations -> voir NBN B 61-002

● f < 0,01 pour le gaz

● f < 0,015 pour le mazout

(17)

Chauffage 33

PRODUCTION – Chaudières – on/off / modulant

● Brûleur on/off:

« Tout ou rien »

● Brûleur deux allures:

Enclenché en première allure, passe en seconde allure si nécessaire

● Brûleur deux allures progressives:

● présente deux niveaux de puissance

● Le passage de la première à la seconde allure est progressif

● Bruleur modulant:

● Toutes les allures de fonctionnement sont possibles

● Module dans une gamme de puissance (donné sur la fiche technique de

l’appareil – ex: entre 6 et 24 kW)

33

Chauffage

PRODUCTION – Chaudières – HT/BT/à condensation

● Chaudières haute température ou traditionnelles conçues pour éviter toute condensation des fumées (de moins en moins installées)

● L’eau est chauffée > 70°C

● Rendement annuel de production (PCI) : 90 %

● Chaudières (très) basse température où la température moyenne de l’eau peut descendre en-dessous d’une certaine valeur

● L’eau est chauffée à 40°C…60°C

● Rendement annuel de production (PCI) : 92…95 %

● Chaudières à condensation conçues pour favoriser la condensation des fumées

● Condensation lorsque la T° des fumées < 55°C pour le gaz et < 47°C pour le mazout

● Rendement annuel de production (PCI) : 100…108 %

34

(18)

Chauffage 35

PRODUCTION – Chaudières – HT/BT/à condensation

● Chaudières basse température ou très basse température ?

● Avantages d’installer une chaudière très basse température

● Possibilité de travailler en température glissante

● Diminution des pertes à l’arrêt

● Diminution des pertes de distribution

● Pas de contrainte sur la température de retour d’eau

 circuits hydrauliques moins complexes

35

Température moyenne d'eau

> 50 .. 60°C Aucune contrainte sur la température d’eau

Chauffage

PRODUCTION – Chaudières – HT/BT/à condensation

● Chaudières à condensation

● Conçues pour favoriser la condensation des fumées

● Température de retour la plus froide possible

● Influence de l’excès d’air

36

T°fumée≈ T°eau + 5°C

• Exemple pour un excès d’air de 20 % (càdλ=1,2):

- Le point de rosée est de 55°C - Pour une température de retour

d’eau de 40°C (càd la T° des fumées = 45°C), le rendement est de 103 %

- Si l’excès d’air↗, le rendement↘ - Si la température de retour

d’eau ↘, alors le rendement ↗

(19)

Chauffage 37

PRODUCTION – Chaudières - HT/BT/à condensation 37

Valeurs par défaut

(45°C > T° retour à 30 % de charge)

Valeurs de 30 °C = T° retour à 30 % de charge

Bonus pour une T° de retour conception la plus froide possible

Chauffage

PRODUCTION – Chaudières – HT/BT/à condensation

● Chaudière à condensation ou très basse température ?

● 6 .. 9 % d'économie sur la consommation annuelle avec une chaudière à condensation

● A comparer au surcoût d’une chaudière à condensation

● Chaudière bois-énergie (souvent basse température)

● Certains fabricants proposent des chaudières biomasse à condensation…

● La combustion du bois nécessite un excès d’air important (λ= 2)

 T°condensation basse (40 °C)

● Coût de la technologie très élevé (échangeur en graphite)

38

Source : Okofen INTRODUCTION TOUR D’HORIZON DES SYSTEMES PROCESSUS DE CONCEPTION ATELIER SYNTHESE

(20)

Chauffage 39

PRODUCTION – Chaudières – HT/BT/à condensation

● Chaudière à condensation en rénovation ? OUI

39

Source : energie+

Chauffage

PRODUCTION – Chaudières – HT/BT/à condensation

● Evacuation des condensats

Raccordement vers l’égout visible, avec siphon, neutralisation ?

• Il faut neutraliser les condensats dans certains cas (puissances > 200 kW, pour les petites puissances si pas de mélange avec des eaux usées ou rapport de dilution non suffisant, canalisations qui ne résistent pas à l’acidité…)

40

(21)

Chauffage 41

PRODUCTION – Chaudières – Gaz

Atmosphérique

41

Chauffage

PRODUCTION – Chaudières – Gaz

À brûleur pulsé

42

(22)

Chauffage 43

PRODUCTION – Chaudières – Gaz 43

Brûleur modulant

Cas d’une chaudière à condensation avec possibilité de découpler les circuits hydrauliques (retour haute T° et basse T°)

Chauffage

PRODUCTION – Chaudières – Gaz 44

Brûleur modulant (radiant)



Surface portée à haute température



Encombrement réduit



Faibles émissions de NO_x

(23)

Chauffage 45

PRODUCTION – Chaudières – Mazout

● Chaudières équipées de brûleurs mazout avec ventilateur

● Rendement de combustion 94 % pour les chaudières modernes

● Pertes à l’arrêt de 0,1 ... 0,4 % de la puissance nominale

45

Brûleur « flamme bleue »

Chauffage

PRODUCTION – Chaudières – Mazout 46

● L’alimentation en fioul est assurée par une pompe et le fioul est pulvérisé par le gicleur (pression suffisante!  modulation de puissance plus difficile)

● Le plus souvent 1 ou 2 allures

● Maintenant, existe aussi en modulant.

Source : Weishaupt

(24)

Chauffage 47

PRODUCTION – Chaudières – Bois

Différentes technologies sont disponibles selon le combustible et l’usage :

● La chaudière pellets, à bûches, à plaquettes…

● De 4-52 kW à plusieurs mégawatts

● η (PCI)  80…84 %

Pour en savoir plus, formation PEB « énergies renouvelables »

47

Brûleur cyclone

Chauffage

PRODUCTION – Chaudières – Bois

● Le poêle chaudière à pellets ou à bûches (ou mixte).

48

η (PCI) 80…84 %

(25)

Chauffage 49

PRODUCTION – Chaudières – Bois

● Le poêle à pellets ou à bûches (ou mixte - éventuellement de masse).

49

η(PCI)40…80 %

Chauffage

PRODUCTION – Chaudières – Bois 50

Stockage des pellets

Alimentation par vis Alimentation par système d’aspiration

Dans un silo

Dans une pièce de réserve

(26)

Chauffage 51

PRODUCTION – Chaudières – Bois 51

Rejets

● poussières,

● oxyde d’azote,

● de divers composés organiques volatils,

● de dioxines,

● de monoxyde de carbone,

● de métaux lourds, etc.

Problèmes de santé publique Causes

● Bois insuffisamment sec,

● Une combustion lente ou incomplète,

● Utilisation de bois souillés (traités contre insectes ou champignons, peints, etc…).

Solutions

● Utiliser du bois bien sec et non souillé (normes),

● Utiliser un matériel adapté et performant (norme),

● Assurer un bon tirage et une alimentation en air suffisante !

● Filtrer les fumées

● Favoriser les grosses chaufferiesMeilleure combustion et possibilité de filtrer les fumées,

● Eviter en milieu urbain ?

Chauffage

PRODUCTION – Chaudières – Ordre de grandeur de rendements 52

Type de chaudière Rendement annuel sur PCI

Rendement annuel sur PCS Chaudière gaz

atmosphérique 88 % 80 %

Chaudière gaz BT 92 à 95 % 83 à 86 %

Chaudière gaz à

condensation 102 % à 108 % 92 à 98 %

Chaudière mazout

conventionnelle 88 % 82 %

Chaudière mazout BT 92 à 95 % 86 à 89 %

Chaudière mazout à

condensation 97,5 à 106 % 91 à 98 %

Chaudières à bois 60 à 80 % 55 à 75 %

Chaudières

à gazéification de bois 75 à 95 % 70 à 87 %

Chaudière et poêles à

granulés de bois (Pellet) 85 à 95 % 78 à 87 %

Chaudière à plaquettes

forestières 75 à 90 % 70 à 83 %

(27)

Chauffage 53

PRODUCTION – Chaudières – Vecteur énergétique 53

Chauffage

PRODUCTION – Chaudières – Vecteur énergétique 54

Source : Renouvelle, juin 2012 INTRODUCTION TOUR D’HORIZON DES SYSTEMES PROCESSUS DE CONCEPTION ATELIER SYNTHESE

(28)

Chauffage 55

PRODUCTION – Chaudières – Vecteur énergétique 55

Source : Renouvelle, juin 2012

Chauffage

PRODUCTION – Chaudières – Vecteur énergétique 56

Combustible Fuel Gaz naturel Biomasse

Emissions de CO2

[kgCO2/kWhfin] 0,26 0,2 0

Emissions polluantes Suies, NOx, SOx Moins de NOx Suies, NOx, SOx, dioxine, COV…

Investissement

Chaudière et brûleur Cheminée Pompe à fuel, filtre,

raccordement de l’alimentation du

brûleur

Robinet d’isolement, filtre, Tuyauterie d’alimentation du

brûleur

Alimentation (vis ou système pneumatique),

ballon tampon

Cuve, risque de pollution

Raccordement au réseau de gaz naturel, certification, détection

de fuites de gaz, équipement de

protection

Stockage de la biomasse (cave, abri,

grenier,…)

Coût du combustible [c€/kWh] 8,4 6,0 à 9,1 3,6 à 5,5

Approvisionnement Disponible sur tout le territoire

Livraison continue mais n’est pas disponible

partout

Disponible partout, il existe camion souffleur Aspects énergétiques

Max 106 % Point de rosée vers

47°C

Max 111 % Point de rosée vers 55°C

Max 108 % Point de rosée vers 40°C INTRODUCTION TOUR D’HORIZON DES SYSTEMES PROCESSUS DE CONCEPTION ATELIER SYNTHESE

(29)

Chauffage 57

PRODUCTION – Chaudières – Fil rouge 57

7. Besoins nets en énergie pour le chauffage

=

-

+

= +

=

+

Guide PEB 3.2

Chauffage

PRODUCTION – Chaudières – Fil rouge 58

Définition des hypothèses communes pour la comparaison

● Besoin brut en énergie pour le chauffage

7. Besoins nets en énergie pour le chauffage

=

-

+

= +

=

+

Guide PEB 3.2

Fixe pour le fil rouge

= 12.000 kWh/an

= 90 %

= 0

Selon système de production

Selon facteur de conversion de la source d’énergie (fEP)

Variable selon le générateur

 Besoin brut = 13.333 kWh/an

Valeurs indicatives suivant la méthode PEB pas un dimensionnement !

(30)

Chauffage 59

PRODUCTION – Chaudières – Fil rouge 59

● Consommation d’énergie pour l’ECS dans chaque cas :

● 40 litres/jour/personne à 55°C

● 4 personnes

● Pertes de distribution et de stockage : 80 %

 Besoin brut pour l’ECS : 3820 kWh/an

● Consommation électrique (ménage de 4 personnes, cuisine électrique) : 3.150 kWh/an selon la CWAPE.

Chauffage

PRODUCTION – Chaudières – Fil rouge 60

Bilan en énergie primaire et CO₂

- Source 1 : « Coûts et émissions de CO₂ annuels caractéristiques pour un volume PER ou PEN », Lore Stevens, Dirk Van Orshoven, Peter D’Herdt, CSTC, 2005.

- Source 2 : « La définition des rendements annuels d’exploitation des installations modernes de référence, définis en application de l’article 2, 3° du décret du 12 avril 2001 relatif à l’organisation du marché régional de l’électricité - Emissions de dioxyde de carbone de la filière électrique classique, définis en application de l’article 38, § 2 du décret du 12 avril 2001 relatif à l’organisation du marché régional de l’électricité », CWAPE, 2005

- Source 3 : PHPP 2007, GEMIS 3.0

- Source 4 : Bruxelles, « Arrêté ministériel déterminant les hypothèses énergétiques à prendre en considération lors des études de faisabilité technico-économique », 24 juillet 2008.¹Formation IBGE « Bâtiment durable: passif et très basse énergie ».

- Source 5 : « Comment développer un plan d’action en faveur de l’énergie durable », JRC, Convenant of Mayors, 2010 Source

d’énergie

Energie primaire PEB

[kWhEprim/

kWhEfinale] Source 1

CSTC

Source 2 CWAPE

Source 3 PHPP

Source 4 BXL

Source 5 JRC (fACV)

Gaz naturel 1 0,2 0,251 0,25 0,217 0,237

Mazout 1 0,26 0,306 0,31 0,306 0,305

Pellets 1 0 0,05 0¹ 0,002-0,405

Electricité 2,5 0,7 0,456 0,68 0,395 0,402

Pour le CO2, valeurs différentes selon les sources !

Esprit critique !

(31)

Chauffage 61

PRODUCTION – Chaudières – Fil rouge

61

Consommation finale pour le chauffage

= 13.200 kWh (PCI) Pertes de transformation Facteur de conversion = 1

Consommation d’énergie primaire pour le chauffage = 13.200 kWh

=

+

=

Besoins bruts = 13.333 kWh Pertes de production

Rendement de production sur PCI = 101%

+

Guide PEB 3.2

Source d’énergie

Energie primaire [kWhEprim/ kWhEfinale]

Emission de CO_² [kg CO_²/kWh]

Gaz naturel 1 0,251

Pellets 1 0

Pas de soutien solaire

13.333

‐133

13.200 0

13.200

= 3.313 kg CO2

Chauffage

PRODUCTION – Chaudières – Fil rouge 62

13333 Source d’énergie

Rendement de production considéré (sur PCI)

Gaz naturel 101 %

Fuel domestique 99 %

Pellets 85 %

Le CO2 n’est pas le seul critère.

Il y a également d’autres rejets

Esprit critique !

(32)

Chauffage 63

PRODUCTION – Chaudières – Fil rouge 63

12000

13333 Source d’énergie Coût [€/kWh PCI]

Gaz naturel 0,075

Fuel domestique 0,084

Pellets 0,055

Chauffage

PRODUCTION – Quels générateurs de chaleur ? 64

● Chaudières

 Résistances électriques (effet Joule)

● Pompes à chaleur

● Cogénérations

(33)

Chauffage 65

PRODUCTION – Effet Joule

● Courant électrique qui traverse un conducteur avec une certaine résistance

 Production de chaleur

Convecteur électrique

65

Chauffage

PRODUCTION – Effet Joule

● Le plus souvent, systèmes décentralisés  régulation simplifiée

● Rendement de 100% qui comprend le rendement de production et le rendement d’émission (pas de rendement de régulation et de distribution)

● Faible coût d’investissement

● Faible encombrement

● Facteur de conversion en énergie primaire

● Coût écologique et coût d’utilisation élevés !

66

(34)

Chauffage 67

PRODUCTION – EFFET JOULE – Fil rouge 67

Consommation finale pour le chauffage

= 12.000 kWh

Pertes de transformation Facteur de conversion = 2,5

Consommation d’énergie primaire pour le chauffage = 30.000 kWh

=

+

=

Besoins bruts = 12.000 kWh Pertes de production

Rendement de production = 100 %

+

Guide PEB 3.2

Source d’énergie Energie primaire [kWhEprim/ kWhEfinale]

Emission de CO_² [kg CO_²/kWh]

Gaz naturel 1 0,251

Pellets 1 0

Pas de soutien solaire

12.000

0 12.000

18.000

30.000

= 5472 kg CO2

Chauffage

PRODUCTION – Effet Joule – Fil rouge 68

12000

13333

(35)

Chauffage 69

PRODUCTION – Chaudières – Fil rouge 69

12000

13333 Source d’énergie Coût [€/kWh ]

Gaz naturel 0,075

Fuel domestique 0,084

Pellets 0,055

Electricité 0,25

Chauffage

PRODUCTION – Quels générateurs de chaleur ? 70

● Chaudières

● Résistances électriques (effet Joule)

 Pompes à chaleur

● Cogénérations

(36)

Chauffage 71

PRODUCTION – Pompe à chaleur - Principe 71

● La pompe a chaleur permet de convertir, grâce à un cycle thermodynamique et à un apport d’énergie mécanique de l’énergie à basse température en énergie à plus haute température.

(source : Greentouch.be)

Chauffage

PRODUCTION – Pompe à chaleur – Captage 72

● On parle de source froide (celle à la plus basse température) :

● Le sol ( = géothermie de surface)

● L’air ( = aérothermie)

● L’eau ( = hydrothermie)

● La chaleur perdue (air vicié, process…)

Echangeur dynamique Echangeur statique

Eau souterraine Eau de surface Captage horizontal

Captage vertical

PAC aérothermique PAC géothermique PAC hydrothermique

(Source : EF4)

(37)

Chauffage 73

PRODUCTION – Pompe à chaleur – Les types 73

(source : Brochure PAC 2010, SPW)

En fonction de la puissance frigorifique et/ou de la quantité de fluide frigorigène (« agent réfrigérant ») présent dans le circuit, l’installation d’une pompe à chaleur peut-être soumise à un permis d’environnement ou à une déclaration.

 pour plus d’informations, voir le document « Synthèse sur les réglementations et permis relatifs à l’installation et à l’exploitation de pompes à chaleur en Région wallonne »

Chauffage

PRODUCTION – Pompe à chaleur – Les types 74

(Source : Brochure PAC 2010, SPW)

● PAC à détente directe ex: air/air, sol/sol

● PAC mixte

ex: air/eau, sol/eau

● PAC à fluide intermédiaire ex: eau/eau, eau glycolée/eau

(38)

Chauffage 75

● Indice de performance  : rapport entre l'énergie thermique utile délivrée au condenseur par rapport à l'énergie électrique fournie (et payée) au compresseur

● COP_test(Norme EN 14511): tient compte en plus de la consommation des auxiliaires propres à la pompe à chaleur, conditions standardisées.

● Coefficient de performance annuel (COP_saisonnier) : sur base de mesures annuelles sur site

● Facteur de Performance Saisonnier (FPS – Normes EN 15450 et EN15316-4-2): équivaut à un COP_saisonnier théorique

 3 en aérothermie

 de 3,7 en géothermie et hydrothermie

PRODUCTION – Pompe à chaleur – Les indicateurs 75

Dans la PEB, c’est le COPtest dans les conditions d’essais de la norme

Chauffage

De 3,7 en géothermie et hydrothermie

PRODUCTION – Pompe à chaleur – Les indicateurs 76

(Source : « Encoder une pompe à chaleur dans le logiciel PEB‐conditions concernant le COPtest », EF4, octobre 2011)

http://www.ef4.be/fr/pompes‐a‐chaleur/pac‐peb/

(39)

Chauffage 77

PRODUCTION – Pompe à chaleur – Les indicateurs 77

(Source : « Encoder une pompe à chaleur dans le logiciel PEB‐conditions concernant le COPtest », EF4, octobre 2011)

Exemple PAC air/eau – Quelle valeur de COP prendre ?

T°air/

T° eau

Écartement de 5K

Choisir le COPtestdans la fiche technique correspondant au système et aux conditions nominales fixées pour la PEB

Chauffage

PRODUCTION – Pompe à chaleur – Les indicateurs 78

(Source : « Encoder une pompe à chaleur dans le logiciel PEB‐conditions concernant le COPtest », EF4, octobre 2011) INTRODUCTION TOUR D’HORIZON DES SYSTEMES PROCESSUS DE CONCEPTION ATELIER SYNTHESE

(40)

Chauffage 79

Facteur d’influence sur la performance : la T°

T , COP 

T , puissance diminue

Exemple avec un diagramme de performances

T = T°départ chauffage – T°eau glycolée

PRODUCTION – Pompe à chaleur – Les indicateurs 79

Puissance chauffage

Puissance frigorifique

Puissance électrique absorbée

T° de départ d’eau du circuit chauffage

T° eau glycolée (source froide) [°C]

10,9

2,2

T = 35°C – 0°C = 35°C COP = 10,9 / 2,2 = 4,9

T = 55°C – 0°C = 55°C COP = 10 / 3,5 = 2,85

10

Si T°départ chauffage ,

3,5

Chauffage

PRODUCTION – Pompe à chaleur – Aérothermique 80

La PAC aérothermique (air/air ou air/eau)

● Fortes variations journalières et saisonnières de la température

● Température basse lorsque la demande est importante  performance réduite

● Influence de l’humidité de l’air (givre) sur l’efficacité de l’échangeur

● Renouvellement d’air autour du capteur (forcé ou naturel) : source dynamique et illimitée

Echangeur dynamique Echangeur statique

(41)

Chauffage 81

PRODUCTION – Pompe à chaleur – Aérothermique 81

Installation air/eau monobloc à l’intérieur ou à l’extérieur

Chauffage

PRODUCTION – Pompe à chaleur – Aérothermique 82

Installation bi-bloc air/eau avec unité extérieure

Le fluide frigorigène circule entre l’unité extérieure et intérieure (réalisation du circuit par un professionnel habilité, étanchéité du circuit, contrôle…)

(42)

Chauffage 83

PRODUCTION – Pompe à chaleur – Aérothermique 83

Installation air/air (à détente directe) – mono-split, multi-split

Le fluide frigorigène circule entre l’unité extérieure et le(s) unité(s) intérieure(s) (réalisation du circuit par un professionnel habilité, étanchéité du circuit,

contrôle par un frigoriste…)

Chauffage

PRODUCTION – Pompe à chaleur – Aérothermique 84

Dimensionnement de l’échangeur en aérothermie :

L’échangeur de l’évaporateur est dimensionné sur base de la température minimale de l’air extérieur et du besoin de puissance maximal.

(43)

Chauffage 85

Facteur d’influence de la température, principalement pour les PAC aérothermiques car :

T_ext, Pch, bâtiment 

et T de manière plus sensible Or :

T , COP 

T , puissance diminue Et inversement !

Cherchez l’erreur… Si la PAC est seule, elle sera dimensionnée sur la température la plus basse et sera donc d’autant plus surdimensionnée à

température intermédiaire  ON/OFF excessif et mauvais fonctionnement de la PAC !

PRODUCTION – Pompe à chaleur – Aérothermique 85

Puissance

Text

Courbe

caractéristique du bâtiment

Courbe

caractéristique de la PAC

Chauffage

Des solutions existent :

● Le ballon tampon : il permet de limiter le nombre de mises en marche et arrêts,

● L’inverter : le compresseur fonctionne à vitesse variable de manière à adapter la puissance de la PAC selon les conditions de T°,

● Système bivalent: en dessous d’une certaine température extérieure, un appoint prend le relai (appoint électrique ou chaudière)

PRODUCTION – Pompe à chaleur – Aérothermique 86

Puissance

Text

Courbe

caractéristique du bâtiment

Courbe

caractéristique de la PAC

Appoint Fonctionnement intermittent

(44)

Chauffage 87

PRODUCTION – Pompe à chaleur – Géothermique 87

La PAC géothermique (eau glycolée/eau ou sol/eau)

● Température stable et ‘élevée’ ~ 10°C

● Pas ou peu de renouvellement de la source (selon présence d’eau souterraine) : source statique  attention de ne pas épuiser le sol !

● Déterminer les caractéristiques du sol (nature des couches, présence d’eau, réponse thermique, …)

Captage horizontal

Captage vertical

● 0 – 5 m de profondeur : énergie fournie par le soleil et la pluie

● Puissance de 10 à 35 W/m²

● Energie 20 à 70 kWh/m².an

● 50 à 300 m de profondeur

● Puissance de 20 à 70 W/m.an

● Energie de 20 à 140 kWh/m.an

Chauffage

PRODUCTION – Pompe à chaleur – Géothermique 88

La PAC géothermique : capteur horizontal 10 W/m² (sol sec)

à 35 W/m² (sol/humide)

(Source : Techniques de l’ingénieur) INTRODUCTION TOUR D’HORIZON DES SYSTEMES PROCESSUS DE CONCEPTION ATELIER SYNTHESE

(45)

Chauffage 89

PRODUCTION – Pompe à chaleur – Géothermique 89

(Source : Eco confort Systèmes)

Chauffage

PRODUCTION – Pompe à chaleur – Géothermique 90

La PAC géothermique : placement des sondes horizontales

(Source : Techniques de l’ingénieur)

(46)

Chauffage 91

PRODUCTION – Pompe à chaleur – Géothermique 91

La PAC géothermique : placement des sondes horizontales

(Source : Eco confort Systèmes)

Chauffage

PRODUCTION – Pompe à chaleur – Géothermique 92

La PAC géothermique : placement des sondes verticales

(Source : Greentouch.be)

(47)

Chauffage 93

PRODUCTION – Pompe à chaleur – Géothermique 93

La PAC géothermique

● Une alternative…

(source : Rehau)

Chauffage

PRODUCTION – Pompe à chaleur – Hydrothermique 94

La PAC hydrothermique (Eau/eau)

● Température stable

● Température ‘élevée’ en souterrain  ~ 7-12°C, plus basse en surface

● Source statique (étang) ou dynamique (cours d’eau ou nappe souterraine)

● Attention à la compatibilité physico-chimique de l’eau avec les équipements

Eau souterraine Eau de surface

(48)

Chauffage 95

PRODUCTION – Pompe à chaleur – La production de froid 95

Pompe à chaleur = machine frigorifique « inversée »

 En modifiant la configuration de la pompe à chaleur, il est possible de refroidir le bâtiment (pompe à chaleur réversible)

Système moins performant qu’une machine frigorifique optimisée pour refroidir !

(Source : ECEE)

Chauffage

PRODUCTION – Pompe à chaleur - Configurations 96

Surdimensionnement ?

Double investissement ? En rénovation ou pour de grosses installations