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Températures de distribution de chauffage du parc immobilier genevois
QUIQUEREZ, Loic, et al. & Partenariat SIG – UNIGE
Abstract
Nous présentons dans ce rapport une synthèse des mesures et analyses réalisées sur un échantillon de près de 70 bâtiments (ou chaufferies) et 140 boucles de distribution de chauffage (secteurs). Après avoir effectué une description de l'importance des niveaux de températures de chauffage et des caractéristiques météorologiques (chapitre 1), nous détaillons ensuite les informations générales sur les caractéristiques des bâtiments qui font partie de l'échantillon étudié (chapitre 2). Nous explicitons ensuite la méthodologie de mesures et de traitements des données (chapitre 3), avant de présenter les résultats globaux obtenus des mesures et analyses sur les températures de départ, de retour et les différences de température départ-retour, que l'on a mis ensuite en relation avec certaines caractéristiques des bâtiments comme le type d'émission de chaleur, l'époque de construction ou l'indice de dépense chaleur (chapitre 4 pour l'analyse de cas particuliers, chapitre 5 pour l'analyse sur l'ensemble de l'échantillon). Les résultats principaux des mesures et analyses de températures de [...]
QUIQUEREZ, Loic, et al. & Partenariat SIG – UNIGE. Températures de distribution de chauffage du parc immobilier genevois. Genève : Partenariat SIG – UNIGE, 2013, 77 p.
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http://archive-ouverte.unige.ch/unige:27989
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Températures de distribution de chauffage du parc immobilier genevois
Etat des lieux et évaluation du potentiel d’optimisation à partir de mesures in situ sur un échantillon de bâtiments
Loïc QUIQUEREZ Daniel CABRERA Bernard LACHAL Pierre HOLLMULLER
Avril 2013
Réalisé dans le cadre du Partenariat SIG – UNIGE Contrat spécifique « ExpTherm »
Responsable UNIGE : B. Lachal Responsable SIG : M. Monnard
Groupe Energie
Institut Forel / Institut des Science de l’Environnement Site Battelle - Bat D - 7 route de Drize - CH 1227 Carouge
www.unige.ch/energie
Remerciements
Nous tenons à remercier chaleureusement les très nombreuses personnes, que nous ne citerons pas pour cause de confidentialité, qui ont pris du temps pour nous fournir des données et qui nous ont permis d’accéder aux chaufferies pour effectuer des mesures.
Nous remercions aussi toutes les personnes du Groupe Energie de l’Université de Genève qui ont participé et aidé à l’élaboration de cette étude, en particulier Eric Pampaloni, Stefan Hunziker, Jad Khoury, Floriane Mermoud, Carolina Fraga, Jean-Luc Bertholet et Cindy Tinguely.
Table des matières
Contexte général ... 5
Cadre de l’étude ... 5
Objectifs de l’étude ... 5
Contenu du rapport ... 6
1 Chapitre introductif ... 7
1.1 Importance des niveaux de températures dans le bâtiment ... 7
1.2 Régulation du chauffage : Courbe de chauffe et débit ... 8
1.3 Niveaux de températures attendus ... 10
1.4 Caractéristiques climatiques ... 13
2 Description de l’échantillon ... 14
2.1 Echantillonnage ... 14
2.2 Bâtiments analysés ... 14
2.3 Situation géographique et époque de construction ... 16
2.4 Système d’émission de chaleur ... 17
2.5 Indice de dépense énergétique IDC ... 18
2.6 Agent énergétique ... 20
2.7 Affectation ... 20
2.8 Tableau récapitulatif ... 21
3 Méthodologie ... 23
3.1 Mesures au niveau du chauffage... 23
3.2 Données météorologiques ... 24
3.3 Traitement et analyse des données ... 25
3.4 Régressions linéaires et extrapolations ... 25
4 Résultats et analyses : cas particuliers ... 26
4.1 Températures de distribution... 26
4.1.1 Profils horaires ... 26
4.1.2 Températures de distribution et variables météorologiques ... 29
4.2 Températures de retour et différence de température départ-retour ... 36
5 Résultats et analyses : ensemble de l’échantillon ... 41
5.1 Niveaux des températures de distribution : valeurs observées ... 41
5.1.1 Données ... 41
5.1.2 Températures de départ ... 42
5.1.3 Températures de retour ... 47
5.1.4 Différences de température départ-retour ... 49
5.1.5 Relation entre températures de départ, de retour et ΔT ... 53
5.2 Températures de distribution de chauffage et caractéristiques du bâtiment : valeurs issues des régressions linéaires ... 56
5.2.1 Les données ... 56
5.2.2 Relation avec la période de construction et les rénovations ... 57
5.2.3 Relation avec l’IDC ... 58
5.2.4 Prédiction des niveaux de températures ... 60
Conclusions ... 61
Références : ... 62
Liste des tableaux : ... 63
Liste des figures : ... 63
Liste des annexes : ... 66
Contexte général
Avec la transformation du système énergétique, les filières thermiques (prestation de chaleur) sont amenées à évoluer en interaction de plus en plus forte avec les filières élec- triques : cogénération, utilisation de pompes à chaleur et réseaux hydrothermiques notamment.
Dans ce contexte, la gestion de la demande thermique (DSM : Demand Side Management) va prendre de plus en plus d’importance, en termes non seulement de quantité de chaleur, mais également de gestion des pointes et des températures. Ces questions dépasseront le cadre des bâtiments pris un à un, pour prendre une dimension territoriale, liée au parc immobilier dans son ensemble ou ses parties.
A cet égard, les niveaux de température de distribution de chauffage joueront un rôle de plus en plus fondamental, puisque ceux-ci conditionnent directement l’intégration des énergies renouvelables et la performance des transformateurs (coefficients de performance des pompes à chaleur, rendements des réseaux de chauffage à distance,…).
Cadre de l’étude
Le présent travail fait partie de l’ensemble d’expertises thermiques qui s’inscrivent dans le cadre du Partenariat établi entre SIG et l’Université de Genève souscrit en avril 2010.
Objectifs de l’étude
Les niveaux de températures de distribution de chauffage sont importants mais leur connaissance à l’échelle du parc immobilier reste faible. Partant de ce constat, l’objectif général de cette étude est d’acquérir une meilleure connaissance des niveaux de températures utilisés actuellement dans le parc immobilier genevois. Les questions auxquels cette étude tentera de répondre sont les suivantes :
- Quels sont les niveaux de températures de distribution de chauffage pratiqués (départs et retours) ?
- Est-il possible de prédire les niveaux de températures de distribution, et si oui, sur la base de quelles informations ?
- Est-il possible de baisser les températures de distribution, et comment ? Dans le but de répondre à ces objectifs, une campagne de mesures et d’analyses sur un échantillon de bâtiments (chaufferies) a été effectuée pendant les hivers 2010-2011 et 2011- 2012. Sont aussi inclus les données de six bâtiments, dont le suivi énergétique a été réalisé dans le passé par le groupe énergie.
Contenu du rapport
Nous présentons dans ce rapport une synthèse des mesures et analyses réalisées sur un échantillon de près de 70 bâtiments (ou chaufferies) et 140 boucles de distribution de chauffage (secteurs). Après avoir effectué une description de l’importance des niveaux de températures de chauffage et des caractéristiques météorologiques (chapitre 1), nous détaillons ensuite les informations générales sur les caractéristiques des bâtiments qui font partie de l’échantillon étudié (chapitre 2). Nous explicitons ensuite la méthodologie de mesures et de traitements des données (chapitre 3), avant de présenter les résultats globaux obtenus des mesures et analyses sur les températures de départ, de retour et les différences de température départ-retour, que l’on a mis ensuite en relation avec certaines caractéristiques des bâtiments comme le type d’émission de chaleur, l’époque de construction ou l’indice de dépense chaleur (chapitre 4 pour l’analyse de cas particuliers, chapitre 5 pour l’analyse sur l’ensemble de l’échantillon).
Les résultats principaux des mesures et analyses de températures de chauffage pour chaque bâtiment étudié sont placés en annexe (cf. annexe 8). Les résultats y sont présentés sous forme de fiches et contiennent une description du bâtiment et de la chaufferie, des séries chronologiques des mesures de température, des graphiques montrant les profils horaires, des graphiques montrant les températures de départ en fonction de la température externe et des courbes de régression linéaires pour l’extrapolation des mesures au conditions-type.
1 Chapitre introductif
1.1 Importance des niveaux de températures dans le bâtiment
Bien que le gisement brut d’énergie renouvelable est presque illimité, sa transformation jusqu’en énergie utile est compliquée car confrontée à plusieurs contraintes techniques, notamment des contraintes de qualité. En ce qui concerne l’énergie thermique, sa qualité dépend du niveau de température. Le type de ressource, de transformateur et de moyen de transport définissent entre autre ces niveaux de températures qui doivent, au final, permettre de satisfaire les besoins énergétiques. Selon la ressource, les contraintes liées aux niveaux de températures sont plus importantes. C’est notamment le cas pour la géothermie de faible profondeur, le solaire, certains rejets de chaleur, les ressources hydrothermiques, etc.
Les niveaux de température pour le chauffage des bâtiments revêtent une importance cruciale tout particulièrement lorsque le bâtiment est chauffé par une pompe à chaleur, une chaudière à condensation ou un réseau de chauffage à distance. Dans ces cas, une optimisation des niveaux de températures, départs et retours, peut avoir un impact significatif sur la performance énergétique des systèmes (Zinko, 2005).
En ce qui concerne les pompes à chaleur, les températures requises pour le chauffage vont déterminer en partie les coefficients de performances. Dans ce genre de cas, il apparaît fondamental de travailler avec les niveaux de températures les plus bas possibles du côté de la source chaude pour améliorer l’efficacité énergétique des systèmes. Il en va de même pour les installations solaires thermiques.
Les niveaux de température de chauffage des bâtiments équipés d’une chaudière à condensation, gaz ou mazout, vont conditionner le rendement des chaudières. En effet, les niveaux de température de retour déterminent le refroidissement des fumées dans la chaudière. Pour récupérer la chaleur latente des fumées par condensation, la température de ces dernières doivent ainsi descendre sous le point de rosée qui se situe aux alentours de 55°C pour le gaz et 47.5°C pour le mazout (Energie plus). Des études ont montré que l’on gagne 0.3% de rendement au niveau des chaudières par degré en moins en entrée de chaudière (Branco et al., 2002).
Pour les bâtiments connectés à un réseau de chauffage à distance, les niveaux de température ont une grande importance dans la mesure où ils déterminent en partie les niveaux de température du CAD, en particulier les retours. Une baisse des retours sur les réseaux thermiques permet non seulement de limiter les pertes de distribution, mais
également d’améliorer l’efficacité au niveau de la production : amélioration des rendements de chaudière et augmentation de la production électrique dans les centrales de cogénération ; amélioration de l’efficacité des PAC etc. Pour une température aller égale et à même puissance, la baisse des retours sur un CAD impliquent également une baisse des débits et donc une baisse de la consommation électrique pour le pompage. Les niveaux de température de départ dans les bâtiments sont eux particulièrement importants lorsqu’un CAD basse température est envisagé.
1.2 Régulation du chauffage : Courbe de chauffe et débit
La régulation du chauffage doit permettre de satisfaire la demande thermique du bâtiment.
Cette régulation repose principalement sur l’ajustement de deux paramètres : les niveaux de températures de distribution et les débits.
La régulation du chauffage se fait souvent à partir des courbes de chauffe (Figure 1). La courbe de chauffe est basée sur une correspondance entre la température de départ de l’installation et les conditions météorologiques, en général, seulement la température externe. Elle dépend principalement de la température ambiante désirée (usuellement 20-21°C) ; des caractéristiques du bâtiment (en particulier de la performance thermique de son enveloppe); et de l’installation de distribution de chauffage (en particulier les caractéristiques des corps de chauffe).
Figure 1: Courbe de chauffe. Source: Energie plus
La puissance de chauffage émise par les corps de chauffe dépend également du débit d’eau (Figure 2). Dans la plupart des bâtiments, des pompes de circulation à plusieurs vitesses (généralement trois) permettent de faire circuler l’eau dans le circuit hydraulique. Ces pompes fonctionnent à débit constant1. Dans certains bâtiments, des pompes à débit variable sont utilisées. En présence de vannes thermostatiques, les débits dans les corps de
1 Cette situation peut changer dans les années à venir, notamment grâce au programme Eco21.
chauffe peuvent ensuite être sensiblement ajustés en fonction des besoins. Il s’agit toutefois d’un réglage final qui nécessite au préalable un bon réglage au niveau de la courbe de chauffe et de la vitesse des pompes de circulation et un bon équilibrage hydraulique.
Figure 2: Puissance émise par un radiateur en fonction de son débit en eau. Source : DGTRE.
En conditions normales, les débits devraient être adaptés en fonction des caractéristiques des corps de chauffe (dimensionnement) et du circuit hydraulique (pertes de charge) afin de délivrer la puissance thermique adéquate et d’assurer l’irrigation de l’ensemble du système.
La puissance électrique absorbée par les pompes de circulation devrait représenter 1‰ de la puissance thermique maximale de chauffage (OFEN). Dans la réalité, une étude a démontré que les pompes de circulation sont d’une manière générale surdimensionnées (Figure 3). En moyenne, le surdimensionnement des débits est de 2,5. Outre les surconsommations électriques qui en découlent, ceci implique des débits dans les circuits hydrauliques trop importants par rapport aux besoins ce qui affecte directement les différences de températures départ-retour et donc les niveaux de températures des retours (Keller et Appelt, 1993).
Figure 3: Surdimensionnement des circulateurs en fonction de la puissance thermique maximale.
Source : Keller et Appelt (1993)
Une des raisons pouvant expliquer ces débits trop importants est un déséquilibrage hydraulique des installations de chauffage. Ce problème peut également influencer les niveaux de température de chauffage (départs et retours).
La conséquence d’un déséquilibre hydraulique entraine un manque de chaleur dans un secteur du bâtiment. Comme soulevé dans le portail « énergie environnement »2, quelques techniciens contournent le problème du manque de chaleur en augmentant soit la vitesse des pompes et donc les débits, soit la consigne de température de départ : « Si une régie reçoit la plainte d'un locataire dont l'appartement est en dessous des 20°C qui sont l'usage, elle demande généralement au concierge ou à l'entreprise de maintenance de pousser le chauffage. Mais cet ajustement réchauffera tout l'immeuble: dans les appartements où la température était convenable, il fera désormais trop chaud. Or, les locataires qui ont trop chaud se plaignent rarement. Beaucoup règlent leur problème en vivant avec les fenêtres ouvertes en plein hiver. Du moment qu'elle ne reçoit pas de plaintes, la régie est en droit de croire que tout va bien... Ainsi, le chauffage d'un immeuble est trop souvent réglé sur l'appartement le plus froid, … ».
1.3 Niveaux de températures attendus
S’il existe à l’heure actuelle des statistiques relativement fiables quant à la consommation de chaleur et les profils de consommation des bâtiments à Genève, il existe peu d’information concernant les températures réelles de distribution de chauffage. Pour les cas normaux, les niveaux de température dépendent principalement des conditions météorologiques, du type de système d’émission et de l’époque de construction du bâtiment. D’après SuisseEnergie, on s’attendrait ainsi à retrouver les valeurs suivantes (Figure 4) :
Figure 4: Températures de distribution (TVL) en fonction du système d'émission, de l'époque et de la température externe (TA). Source : SuisseEnergie (a)
Notons qu’aujourd’hui, pour les bâtiments équipés de radiateurs, la norme SIA 384/1 de 2009 recommande une valeur limite de 50°C et une valeur cible de 40°C aux conditions de dimensionnement (-5°C de température externe pour Genève). Ces recommandations (Tableau 1) sont également valables pour le remplacement d’un corps de chauffe. Pour le
2 Source : http://www.energie-environnement.ch/fr/le-saviez-vous/321-beaucoup-dimmeubles-ont-un-chauffage-mal-equilibre)
chauffage au sol, la norme recommande une valeur limite de 35°C et une valeur cible de 30°C (SIA 384/1, 2009). Ces valeurs limites ont été reprises dans le règlement d’application de la loi sur l’énergie à Genève. La première version de la norme SIA 384/1 de 1982 recommandait déjà d’opter pour des systèmes à basse température, c’est-à-dire 60°C et moins (SIA 384/1, 1982).
Système d’émission de chaleur Valeur limite Valeur cible Emission de chaleur générale, sans chauffage au sol 50°C 40°C
Chauffage au sol 35°C 30°C
Tableau 1: Températures de départ dans les conditions de dimensionnement. Source : SIA 384/1 (2009)
Loi sur l’Energie, Genève
Règlement d’application de la loi sur l’énergie (REn) L 2 30.01 Chapitre IV, section 1
Art. 12I Prescriptions en matière de chauffage
…..
4 Les systèmes d'émission de chaleur neufs ou mis à neuf sont dimensionnés et exploités de manière à ce que les températures de départ ne dépassent pas 50°C lorsque la température extérieure atteint la valeur servant au dimensionnement; pour les chauffages au sol, ce seuil est de 35°C. Sont dispensés le chauffage de halles au moyen de panneaux rayonnants, les systèmes de chauffage des serres et des constructions semblables, pour autant qu'elles réclament effectivement une température de départ plus élevée.
Une étude sur les niveaux de températures de distribution a déterminé, à partir de mesures, les courbes de chauffage de 30 bâtiments en Suisse romande (Utzmann et al., 1995). Il est ressorti de cette étude qu’il n’y avait pas de corrélation entre l’année de construction ou la typologie des bâtiments et les niveaux de température de distribution de chauffage (Figure 5).
Figure 5: Température de distribution de chauffage en fonction de l'année de construction. Elaboré à partir des résultats de Utzmann et al.
Une autre étude sur des bâtiments équipés de pompes à chaleur (Erb, Hubacher et Ehrbar, 2004) a cherché à déterminer s’il existait une corrélation entre l’indice énergétique et les niveaux de température de distribution en comparant les valeurs de planification pour l’indice et les températures de distribution (valeurs programmées) sur un échantillon de bâtiments neufs et de bâtiments rénovés (Figure 6). Aucune corrélation n’est ressortie de cette étude. En revanche, elle a permis de montrer que les températures de départ mesurées et planifiées (au niveau de la régulation) se recoupent bien, mais qu’elles sont d’une manière générale trop élevées par rapport aux besoins réels, laissant place à un potentiel d’optimisation.
Figure 6: Températures de distribution planifiées en fonction de l'indice thermique pour les nouveaux bâtiments (gauche) et pour les bâtiments rénovés (droite). Source : Erb, Hubacher et Ehrbar
30 35 40 45 50 55 60 65 70
1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000
Température de distribution (°C)
Année de construction
Températures de distribution à -5°C de température externe
Les températures de distribution ainsi que les températures de retour dépendent en grande partie du dimensionnement des corps de chauffe. Ainsi, un grand nombre de bâtiments sont équipés de radiateurs standards dimensionnés à l’origine en régime 80/60 (température départ/retour). Certains vieux radiateurs étaient même prévus initialement pour fonctionner en régime 90/70 avant d’être adaptés en régime 80/60 et même plus bas dans certains cas.
Ces adaptations ont été possibles grâce à des corps de chauffe généreusement dimensionnés pour des raisons de sécurité (Lauenburg et Wollerstrand, 2010). Ces niveaux de températures relativement élevés s’expliquent en partie à cause des anciennes chaudières en fonte ne supportant pas des températures inférieures à 55-60°C. Aujourd’hui, avec les différentes normes en vigueur et les progrès techniques, les températures sont plus basses et l’on trouve des radiateurs dimensionnés pour des régimes 60/45 et 55/40 notamment. Pour le chauffage au sol, les régimes de dimensionnement sont plus bas encore, typiquement 40/30 aujourd’hui.
Nous n’avons pas trouvé d’études sur l’ensemble d’un parc concernant les températures retours et les différences de températures départ-retour (ΔT). Toutefois, selon le type de système d’émission de chaleur, les ΔT attendus pour la température externe qui sert au dimensionnement (-5°C à Genève) sont les suivants (Tableau 2) :
Système de chauffage au sol Radiateurs basse température Radiateurs standards/anciens
ΔT = 10°C ΔT = 15°C ΔT = 20°C
Tableau 2: ΔT à la température externe de base (-5°C). Source : SuisseEnergie(b)
1.4 Caractéristiques climatiques
Comme cela a été mentionné ci-dessus, dans la majorité des cas, les températures de chauffage sont régulées en fonction des conditions climatiques, en particulier la température externe. Au regard de la consommation énergétique pour le chauffage, la gestion des températures de distribution lorsque la température externe est comprise entre 0 et 10 °C est particulièrement importante sous nos climats, car le nombre d’heures pendant lesquelles la température externe est comprise entre ces valeurs est conséquent. En revanche, les températures de distribution requises pendant les pics de grand froid (-10°C) auront une influence sur les puissances, mais moins sur la consommation d’énergie annuelle. Ci-dessous, nous pouvons observer la distribution des températures externes durant la saison de chauffe pour plusieurs années à Genève (Figure 7). Les distributions pour les saisons de chauffe 2010-11 et 2011-12 ainsi que les degrés-jours observés à Genève depuis 1992 figurent en annexe (cf. annexes 1 et 2).
Figure 7: Distribution de Text durant les saisons de chauffe 2005-2010. Elaboré à partir de données provenant de Meteosuisse
2 Description de l’échantillon 2.1 Echantillonnage
L’échantillonnage des bâtiments a été effectué à partir de listes de bâtiments préétablies délivrées par des contacts nous permettant l’accès à leurs bâtiments. A partir de ces listes, les bâtiments intéressants ont été sélectionnés en fonction de leur localisation, leur époque de construction, leur agent énergétique, leur système d’émission de chauffage et leur affectation notamment. La sélection a été orientée afin d’avoir un échantillon diversifié et représentatif du parc de bâtiments du canton.
2.2 Bâtiments analysés
L’échantillon est composé de bâtiments localisés dans différentes communes du canton (Genève ville, Onex, Carouge, Grand-Saconnex, Plan-les-Ouates, Vernier, Versoix, Thônex, Satigny, Confignon, Meyrin et Lancy) ; de différentes périodes de construction (d’avant 1900 jusqu’à 2010) ; de différents niveaux d’IDC (entre 97 et 1054 MJ/m2·an), chauffés avec différents types de production de chaleur (gaz naturel, bois, mazout, etc.), et utilisant différents systèmes d’émission de chaleur (radiateurs, chauffage sol).
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450
-15 -13 -11 -9 -7 -5 -3 -1 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29
Nombre d'heures
Température externe (°C)
Distribution des températures externes à Genève pendant la période de chauffe (15 septembre à 15 mai
)
Text_05 Text_06 Text_07 Text_08 Text_09 Text_10
Quelques-uns de ces bâtiments ont fait l’objet d’un suivi détaillé de la part du groupe énergie et des données concernant les températures de distribution étaient déjà disponibles (Branco et al, 2002 ; Mermoud, Khoury et Lachal, 2012 ; Zgraggen, 2010). Les autres bâtiments, qui ont été choisis par groupes se trouvant à proximité les uns des autres, ont été instrumentés pour collecter les données en question durant les hivers 2010-11 et 2011-12.
La décision de choisir des groupes de bâtiments se trouvant proches répond principalement à un souci d’efficacité en temps pour l’installation, le suivi et la collecte de données.
Sources des données :
Indice de dépense chaleur Office Cantonal de l’Energie et études CUEPE Agent énergétique Office Cantonal de l’Energie et observations
Année de construction Service de la Mensuration Officielle et Département de l’Urbanisme
Année de rénovation Département de l’Urbanisme et observations Système d’émission Observations
Affectation Office Cantonal de la Statistique, Service de la Mensuration Officielle et observations
Nombre d’habitants Service de la Mensuration Officielle
2.3 Situation géographique et époque de construction
La carte suivante (Figure 8) montre la situation géographique des bâtiments pour lesquelles les températures de distribution de chauffage ont été analysées alors que le graphique ci- dessous caractérise la distribution de l’échantillon par époque de construction (Figure 9).
L’époque de construction des bâtiments a été obtenue de la base de données du service de la mensuration officielle qui s’appuie sur les dépositions de requêtes en autorisation de construire. Les rénovations de bâtiments ont été identifiées directement via la base de données des requêtes en autorisation de construire du département de l’urbanisme et confirmée par observations. Néanmoins, il est difficile de savoir exactement quel type de rénovation a été entreprise (totale, partielle etc.).
Figure 8: Situation géographique des chaufferies étudiées
Figure 9: Distribution de l'échantillon par époque de construction
2.4 Système d’émission de chaleur
Les systèmes d’émission de chaleur de l’échantillon sont essentiellement le chauffage au sol et les radiateurs, et dans le cas de quelques secteurs la ventilation. Comme les bâtiments sont d’époques différentes, les techniques et les dimensionnements des corps de chauffe sont hétérogènes pour un même système d’émission. De plus, pour certains bâtiments, il se peut qu’il y ait différents systèmes d’émissions (radiateurs et système par ventilation). Dès lors, nous avons indiqué le système principal pour lequel les mesures ont été effectuées (Figure 10).
Figure 10: Système d'émission de chaleur de l'échantillon 0
5 10 15 20 25
Nombre de bâtiments
Distribution de l'échantillon par époque de construction
54 14
Système d'émission de chaleur de l'échantillon de bâtiment
Radiateurs
Chauffage au sol
2.5 Indice de dépense énergétique IDC
L’indice de dépense de chaleur de l’échantillon étudié varie entre 97 et 1054 MJ/m2·an, la moyenne des indices se situant près de 450 MJ/m2·an. L’échantillon se trouve donc légèrement biaisé (nous avons plutôt des bâtiments performants) étant donné que la moyenne des IDC du canton se trouve actuellement autour de 500 MJ/m2·an. D’une autre part, nous avons une proportion relativement importante de bâtiments connectés à un réseau de chaleur à distance (cf. 1.5) pour lesquels l’IDC a diminué sans forcément que cela soit directement lié à une amélioration de la qualité de l’enveloppe. En effet, c’est la consommation d’énergie finale qui est relevée pour le calcul de l’IDC des bâtiments équipés d’une chaudière individuelle (pertes de production incluses), alors que pour les bâtiments connectés à un CAD tarifié c’est l’énergie utile auquel un facteur correctif est appliqué (Figure 11). Notons encore que l’IDC comptabilise également la part d’énergie dédiée à l’eau chaude sanitaire. Cette consommation, rapportée à la surface de référence énergétique, dépend entre autre de la densité d’habitant.
Figure 11: Directive pour le calcul de l'IDC. Source : OCEN
L’information concernant l’indice de dépense de chaleur de l’échantillon étudié a été obtenue de la base de données de l’office cantonal de l’énergie (OCEN), excepté pour les bâtiments ayant été étudiés auparavant par le groupe énergie et pour lesquels cette information est disponible dans les rapports correspondants. L’IDC est disponible pour 49 bâtiments soit 72% de l’échantillon. Le graphique ci-dessous montre la distribution de l’échantillon par tranches d’IDC (Figure 12).
Figure 12: Distribution de l'échantillon en fonction de l'IDC
A titre de comparaison, nous pouvons observer ci-dessous (Figure 13) la répartition des bâtiments (en %) du parc genevois en fonction de l’IDC (en rouge). Cela concerne uniquement les bâtiments avec plus de 5 preneurs.
Figure 13: Distribution des bâtiments en fonction de l'IDC, comparaison entre notre échantillon et l’ensemble du parc du canton (OCEN)
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
Nombre de bâtiments
IDC (MJ/m2·an)
Distribution de l'échantillon en fonction de l'IDC
0%
5%
10%
15%
20%
25%
30%
35%
40%
IDC (MJ/m2·an)
Distribution des bâtiments en fonction de l'IDC
Canton de Genève Echantillon étudié
2.6 Agent énergétique
Les bâtiments de l’échantillon étudié sont alimentés par différentes sources d’énergie (Figure 14). Les agents énergétiques les plus fréquents sont le gaz (34%), le réseau de chaleur CADIOM (31%) et le mazout (18%). A noter que certains bâtiments ont plusieurs systèmes de production de chaleur. Dans ces cas, c’est l’agent principal qui a été indiqué.
Figure 14: Distribution de l'échantillon en fonction de l'agent énergétique
2.7 Affectation
La gestion des températures de distribution de chauffage ainsi que la demande de chauffage peut varier en fonction de l’affectation du bâtiment. Plus de la moitié (56%) des bâtiments étudiés dans cette étude sont destinés à l’habitation (Figure 15). Le reste de l’échantillon est principalement constitué de bâtiments mixtes (21%), de collèges ou autres établissements scolaires (13%) et de bureaux (9%).
Figure 15: Distribution de l'échantillon en fonction de l'affectation 23
4 21
4 12
2 1 1
Distribution de l'échantillon en fonction de l'agent énergétique principal
Gaz CAD lignon CADIOM Autres CAD Mazout PAC Bois PAC-Solaire
38 14
9
6 1
Distribution de l'échantillon en fonction de l'affectation du bâtiment
Habitation Mixte Collège Bureaux Tertiaire
2.8 Tableau récapitulatif
Sur le tableau suivant figure la liste des bâtiments faisant partie de l’échantillon avec la période de construction, la période de rénovation pour ceux qui ont été rénovés, la surface de référence énergétique, l’indice de dépense de chaleur, l’agent énergétique, le système d’émission de chaleur, l’affectation et la commune où ils sont localisés (Tableau 3).
ID Année Réno SRE IDC Agent Système d 'émission Affectation Commune
m2 MJ/m2·an
1 BatD 1969 3195 325 Gaz Radiateurs Bureaux Carouge
2 BatF 1974 Gaz Radiateurs Bureaux Carouge
3 BatC 1958 Gaz Radiateurs Bureaux Carouge
4 BatA 1963 4500 500 Gaz Radiateurs Bureaux Carouge
5 RDG15 1900 1997 2320 610 Gaz Radiateurs Mixte Genève
6 RDG27 1993 2397 410 Gaz Radiateurs Mixte Genève
7 MB16 1996 Gaz Radiateurs Habitation Genève
8 GP1 1958 18281 441 CAD lignon Radiateurs Habitation Vernier 9 GP2 1958 21032 374 CAD lignon Radiateurs Habitation Vernier
10 LGT1 1963 35765 430 CAD lignon Radiateurs Mixte Vernier
11 LGT2 1963 35765 430 CAD lignon Radiateurs Mixte Vernier
12 GC40 1961 2007 5357 392 CADIOM Radiateurs Habitation Onex
13 GC36 1961 5357 597 CADIOM Radiateurs Habitation Onex
14 POM 2004 4605 209 Autre CAD Radiateurs Habitation Gd-Saconnex
15 PLO 1995 11116 246 Gaz Radiateurs Mixte Plan-les-Ouates
16 CG10_a 1961 10720 520 Mazout Radiateurs Habitation Onex
67 CG10_p 1961 1989 10720 418 CADIOM Radiateurs Habitation Onex
17 DUF 1961 Mazout Radiateurs Bureaux Genève
18 DRI 2007 Gaz Radiateurs Collège Carouge
19 SECH 1970 Gaz Radiateurs Collège Genève
20 DeSTA 1982 Gaz Radiateurs Collège Carouge
21 CALHOD 1980 Gaz Radiateurs Collège Genève
22 CALDAL 1980 Gaz Radiateurs Collège Genève
23 CAND 1877 Gaz Radiateurs Collège Genève
24 FOR 1955 Gaz Radiateurs Bureaux Versoix
25 SAU 1977 Mazout Radiateurs Collège Lancy
26 MAR 1966 Mazout Radiateurs Collège Onex
27 COL 1965 Mazout Radiateurs Collège Versoix
28 BdC11 1971 13452 564 CADIOM Radiateurs Habitation Lancy
29 BdC13 1971 10267 510 CADIOM Radiateurs Habitation Onex
30 BdC15 1971 11904 438 CADIOM Radiateurs Mixte Onex
31 BdC94 1993 4259 410 CADIOM Radiateurs Habitation Onex
32 CAL38 1961 10505 487 CADIOM Radiateurs Habitation Onex
33 CAR15 1961 2523 607 CADIOM Radiateurs Habitation Lancy
34 CAR2 1962 8342 508 CADIOM Radiateurs Mixte Lancy
35 ESS11 1983 3923 426 CADIOM Radiateurs Habitation Lancy
36 CG17 1961 1990 14994 491 CADIOM Radiateurs Habitation Onex
37 GC29 1962 14767 481 CADIOM Radiateurs Mixte Onex
38 GC46 1960 1990 10728 498 CADIOM Radiateurs Mixte Onex
39 RAC33 1965 9381 487 CADIOM Radiateurs Habitation Onex
40 CAL23 1962 1990 10728 506 CADIOM Radiateurs Mixte Onex
41 PRA26 1980 3308 469 CADIOM Radiateurs Habitation Onex
42 LOU2 1952 4525 613 CADIOM Radiateurs Habitation Onex
43 LOU3 1954 3456 525 CADIOM Radiateurs Habitation Onex
44 BOS14 1960 28492 599 CADIOM Radiateurs Mixte Onex
45 LYO62 1971 1026 411 Mazout Radiateurs Mixte Genève
46 MAL3 1919 1225 514 Mazout Radiateurs Habitation Genève
47 STA9 1961 4012 705 Mazout Radiateurs Mixte Genève
48 COU11 1991 1663 347 Gaz Chauffage au sol Habitation Genève
49 MAR17 1991 1466 298 Gaz Chauffage au sol Mixte Genève
50 BAI29 1991 2509 268 Gaz Chauffage au sol Habitation Genève 51 BAI31 1991 1481 278 Gaz Chauffage au sol Habitation Genève 52 BAI43 1991 3084 186 Gaz Chauffage au sol Habitation Genève
53 ROC32 2004 189 Gaz Chauffage au sol Habitation Meyrin
54 ROC34 2004 290 Gaz Chauffage au sol Habitation Meyrin
55 ROC36 2004 300 Gaz Chauffage au sol Habitation Meyrin
56 ROC38 2004 344 Gaz Chauffage au sol Habitation Meyrin
57 SON30 2007 PAC Chauffage au sol Habitation Gd-Saconnex
58 SON36 2007 Bois Chauffage au sol Habitation Gd-Saconnex
59 NOI2 Mazout Chauffage au sol Habitation Founex (Vd)
60 LOE75 2010 CADIOM Chauffage au sol Habitation Confignon
61 StJ8 1947 1018 1054 Mazout Radiateurs Habitation Carouge
62 PEC14 1900 1432 798 Mazout Radiateurs Habitation Genève
63 SolCit4 2008 927 198 PAC-Solaire Chauffage au sol Habitation Satigny 64 2COM7 1964 15246 654 Autre CAD Radiateurs Habitation Thônex 65 JUS10 1964 8988 654 Autre CAD Radiateurs Habitation Thônex
66 POL 1960 2008 3668 97 PAC Radiateurs Tertiaire Genève
68 LYO49 1919 Mazout Radiateurs Habitation Genève
Tableau 3: Echantillon et ses caractéristiques
3 Méthodologie
3.1 Mesures au niveau du chauffage
Les mesures de température de chauffage ont été réalisées sur les conduites de chauffage (départ et retour) après mitigeur (Figure 16 et Figure 17). Des sondes de température ont été installées dans les doigts de gant prévus pour les thermomètres à aiguille. Ceci permet de garantir une excellente qualité des données. La fréquence d’enregistrement des données est de 5 minutes.
Figure 16: Schéma d'une installation avec les sondes de températures 1 Sondes de
températures 2 Thermomètres à aiguille
3 Circulateur 4 Vanne mélangeuse
Figure 17: Système de distribution et sondes de températures
Les mesures ont généralement été effectuées sur de courtes périodes de temps (2-3 semaines) durant lesquels une attention particulière a été portée sur la plage de température externe afin que celle-ci soit significative et permette de représenter une courbe de chauffe (cf. annexe 4). Ce choix a été pris dans l’optique de pouvoir instrumenter un plus grand nombre de bâtiments.
Un mesurage des débits, malgré sa relative importance, n’a pas pu être réalisé dans cette étude. Un mesurage systématique de cette variable représente une difficulté supplémentaire significative compte tenu de la difficulté de la pose des appareils de mesure de débit et de leurs coûts.
3.2 Données météorologiques
Plutôt que l’installation sur place d’une sonde de température externe, nous avons préféré nous baser sur les mesures de température externe obtenues de nos stations météorologiques3 situées à Prairie, Battelle et Bernex (Figure 8). La sélection de la station a été effectuée en fonction du milieu (urbain, suburbain et rural). Ceci permet de garantir une précision qui reste dans des limites acceptables dans le cadre de cette étude. De plus, d’autres données météorologiques ont pu être utilisées, notamment le rayonnement solaire global horizontal. Le pas de temps pour ces données est d’une heure.
3Données en ligne sur le web : http://www.unige.ch/energie/forel/energie/activites/data-num.html Sondes de
température
Les mesures de température de chauffage enregistrées toutes les cinq minutes ont été moyennées par heure puis mise en relation avec les données météorologiques.
3.3 Traitement et analyse des données
A partir des mesures effectuées toutes les cinq minutes, il est possible d’identifier les heures de transition pour la relance matinale et l’abaissement nocturne. La jointure des données de température de chauffage avec les données météorologiques permet d’observer la relation qui existe entre les températures de chauffage et la température externe ainsi que l’influence éventuelle de l’ensoleillement sur les niveaux température.
Des filtres ont été appliqués afin de séparer les différents régimes (jour – nuit), d’enlever les mesures en phase de transition (par exemple lors de la relance matinale) ainsi que les mesures de température influencées par l’ensoleillement ou encore par un arrêt des pompes.
Pour chaque secteur, la médiane, la moyenne et l’écart-type des valeurs horaires de température de chauffage (départ, retour et différence départ-retour) ont été déterminés pour les températures externes suivantes (±1°C) : -10, -5, 0, 5, 10 et 15°C (cf. annexes 3 et 5).
Pour comparer les différents bâtiments entre eux, la médiane a été utilisée (cf. point 5.1)
3.4 Régressions linéaires et extrapolations
Dans le but de comparer les niveaux de température de distribution de l’ensemble des bâtiments avec l’époque de constructions et l’IDC (cf. 5.2), des régressions linéaires permettant l’extrapolation des températures de distribution sur des plages de températures externes qui n’avaient pas été rencontrées lors des mesures ont été effectuées. Toutefois, comme la relation entre la température de départ de chauffage et la température externe n’est pas toujours linéaire, d’autres filtres ont été appliqués au cas par cas afin d’éviter les éventuels plafonnements et ruptures de pente qui biaisent les extrapolations, en particulier aux températures externes de -10 et 15°C (cf. 4.1.2).
4 Résultats et analyses : cas particuliers
4.1 Températures de distribution
4.1.1 Profils horairesL’analyse des profils journaliers des températures de départ de chauffage (données toutes les 5 minutes) montre plusieurs cas de figures représentés dans les graphiques ci-dessous (superposition de 7 jours).
Le premier graphique (Figure 18) représente la majorité des cas analysés et une tendance générale de la gestion horaire : l’abaissement nocturne et la relance matinale réalisés en général tard le soir (entre 22 et 23h) et tôt le matin (entre 5 et 6 heures). Dans cet exemple, ceux-ci sont bien marqués à 22h30 et 5h45. Pour les bâtiments avec chauffage au sol, les horaires sont légèrement décalés à cause d’une inertie thermique plus grande. Pour les bâtiments administratifs et les établissements scolaires notamment, l’abaissement est souvent maintenu durant une partie ou l’ensemble du weekend.
Figure 18 : Profil journalier avec abaissement nocturne. GC29, secteur 29-31 nord.
Dans quelques cas, le chauffage est totalement coupé durant la nuit. Dans le graphique suivant (Figure 19), on remarque l’arrêt du chauffage vers 23h. A partir de ce moment, les températures mesurées tendent vers la température ambiante jusqu’à la relance matinale.
20 30 40 50 60 70
01:00 02:00 03:00 04:00 05:00 06:00 07:00 08:00 09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 00:00
Température (°C)
Heure
Figure 19: Profil journalier avec arrêt du chauffage durant la nuit. CAL38, secteur sud.
On observe parfois une gestion journalière plus complexe avec un régime diurne, un abaissement nocturne et une pointe matinale (Figure 20). Toutefois, les cas avec pointes matinales sont relativement rares (seulement trois bâtiments sur l’ensemble de échantillon) et celles-ci ne durent jamais très longtemps.
Figure 20: Profil journalier avec trois régimes. BAI43, chauffage au sol.
Il arrive que des fluctuations continues de la température de départ rendent plus difficile l’identification de la gestion horaire utilisée, comme nous pouvons le constater dans le graphique suivant (Figure 21). Dans l’échantillon étudié, ce cas arrive peu fréquemment.
Figure 21: Profil journalier avec fluctuations. MAR, secteur S-E.
20 30 40 50 60 70
01:00 02:00 03:00 04:00 05:00 06:00 07:00 08:00 09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 00:00
Température (°C)
Heure
20 25 30 35 40 45 50 55 60
01:00 02:00 03:00 04:00 05:00 06:00 07:00 08:00 09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 00:00
Température (°C)
Heure
35 40 45 50 55 60 65
01:00 02:00 03:00 04:00 05:00 06:00 07:00 08:00 09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 00:00
Température (°C)
Heure
Dans certains bâtiments, il n’y a pas d’abaissement nocturne. Le chauffage fonctionne au même régime 24 heures sur 24, comme on peut le voir sur le graphique ci-dessous (Figure 22). Il y a là probablement un potentiel d’économie d’énergie.
Figure 22: Profils journalier sans abaissement nocturne. CAR15, secteur nord.
Dans de rares situations (deux bâtiments), il arrive que le régime nocturne soit plus élevé que le régime diurne (Figure 23). Cela révèle clairement un problème de gestion.
Figure 23: Profil journalier avec abaissement diurne. CG17, secteur est.
30 35 40 45 50 55 60 65 70
01:00 02:00 03:00 04:00 05:00 06:00 07:00 08:00 09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 00:00
Température (°C)
Heure
20 30 40 50 60 70 80
01:00 02:00 03:00 04:00 05:00 06:00 07:00 08:00 09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 00:00
Température (°C)
Heure
