Un bilan thermique sert au calcul des besoins en chauffage ou climatisation (n'est traité ici, que ce qui concerne le chauffage). Un bilan thermique peut être simple ou très compliqué selon ce que l'on recherche. Le calcul des déperditions thermiques, même simplifié, d'une pièce est un bilan thermique, celui de la pièce. Le calcul des déperditions thermiques, malgré la complexité de certaines formules, est assez simple et précis car les données d'entrée sont connues avec assez de précision. Là où le problème se corse, c'est de connaître les différents apports gratuits ou non, internes ou externes. Les apports internes (occupants, lumières, appareils ménager et autres, etc...) sont fonction du nombre d'occupants, de leurs comportements et de leur mode de vie. Les apports externes sont principalement les apports solaires (qui sont comptés seulement sur les parties vitrées, menuiserie comprise). Ces apports sont difficiles à quantifier, c'est pour cette raison que l'on utilise des valeurs par défaut.
Les pertes thermiques par le système de distribution, de production et de stockage sanitaire sont elles aussi assez difficiles à estimer. De même que celles du système de chauffage. Sur les pertes de ces deux systèmes, il y a ce que l'on appelle les "pertes récupérables", pertes par distribution, production et stockage et qui peuvent éventuellement être récupérées quand elles se font dans des locaux chauffés ou des locaux non chauffés mais vers lesquels des locaux chauffés ont des déperditions thermiques. Les pertes des systèmes ECS et chauffage sont difficiles à quantifier car il n'est pas facile de savoir dans quelle proportion elles participent au chauffage du logement. Une chaudière dans une cave a des pertes thermiques vers l'air ambiant de la cave qui elle en a vers l'extérieur. Mais en ayant une température ambiante supérieure (ce qui est due à la présence de la chaudière), elle réduit les déperditions de la pièce située au dessus d'elle, donc une partie des pertes thermiques de la chaudière est, pour ainsi dire, récupérée.
Un paramètre important entre aussi en ligne de compte, c'est l'inertie thermique du bâtiment. Cette inertie peut être de 5 classes, classe d'inertie très légère, légère, moyenne, lourde et très lourde. L'inertie joue surtout un rôle sur le confort des occupants. Avec une inertie lourde ou très lourde, si une pièce est équipée d'une grande baie vitrée ou d'une verrière tournée plein sud, l'énergie solaire captée par la surface vitrée va être absorbée par les planchers (haut et bas), les murs et le mobilier (les revêtements, planchers et murs jouent aussi un rôle non négligeable dans la capacité à absorber l'énergie). Ce stockage va éviter une montée rapide de la température ambiante de la pièce et donc un inconfort. Cette chaleur, stockée dans les parois, sera restituée sitôt que la température de la pièce commencera à être inférieure à celles des parois d'où une économie d'énergie par récupération de l'énergie solaire. Dans le cas d'une inertie légère, l'énergie ne pourra pas être stockée dans les parois, ce qui va provoquer un réchauffement rapide de l'air ambiant et causer un inconfort. L'occupant va alors ouvrir les fenêtres afin de limiter ce réchauffement ce qui va provoquer la perte de cette énergie gratuite.
Note : l'aide d'un outils informatique est fortement conseillé pour la réalisation d'un bilan thermique. Il est possible d'utiliser le classeur Excel "Bilan thermique.xls" fourni avec une aide au format ".chm"
Les pertes thermiques par le système de distribution, de production et de stockage sanitaire sont elles aussi assez difficiles à estimer. De même que celles du système de chauffage. Sur les pertes de ces deux systèmes, il y a ce que l'on appelle les "pertes récupérables", pertes par distribution, production et stockage et qui peuvent éventuellement être récupérées quand elles se font dans des locaux chauffés ou des locaux non chauffés mais vers lesquels des locaux chauffés ont des déperditions thermiques. Les pertes des systèmes ECS et chauffage sont difficiles à quantifier car il n'est pas facile de savoir dans quelle proportion elles participent au chauffage du logement. Une chaudière dans une cave a des pertes thermiques vers l'air ambiant de la cave qui elle en a vers l'extérieur. Mais en ayant une température ambiante supérieure (ce qui est due à la présence de la chaudière), elle réduit les déperditions de la pièce située au dessus d'elle, donc une partie des pertes thermiques de la chaudière est, pour ainsi dire, récupérée.
Un paramètre important entre aussi en ligne de compte, c'est l'inertie thermique du bâtiment. Cette inertie peut être de 5 classes, classe d'inertie très légère, légère, moyenne, lourde et très lourde. L'inertie joue surtout un rôle sur le confort des occupants. Avec une inertie lourde ou très lourde, si une pièce est équipée d'une grande baie vitrée ou d'une verrière tournée plein sud, l'énergie solaire captée par la surface vitrée va être absorbée par les planchers (haut et bas), les murs et le mobilier (les revêtements, planchers et murs jouent aussi un rôle non négligeable dans la capacité à absorber l'énergie). Ce stockage va éviter une montée rapide de la température ambiante de la pièce et donc un inconfort. Cette chaleur, stockée dans les parois, sera restituée sitôt que la température de la pièce commencera à être inférieure à celles des parois d'où une économie d'énergie par récupération de l'énergie solaire. Dans le cas d'une inertie légère, l'énergie ne pourra pas être stockée dans les parois, ce qui va provoquer un réchauffement rapide de l'air ambiant et causer un inconfort. L'occupant va alors ouvrir les fenêtres afin de limiter ce réchauffement ce qui va provoquer la perte de cette énergie gratuite.
Note : l'aide d'un outils informatique est fortement conseillé pour la réalisation d'un bilan thermique. Il est possible d'utiliser le classeur Excel "Bilan thermique.xls" fourni avec une aide au format ".chm"
Périodes de calcul.La période de calcul pour un bilan thermique est le mois. Les différents mois sont ensuite additionnés pour avoir la valeur annuelle. Les calculs sont effectués pour tous les jours d'une semaine. Les valeurs mensuelles sont ensuite obtenues par une moyenne journalière multipliée par le nombre de jours du mois considéré. Pour plus de précisions, on utilise trois sous périodes :
- période normale - période réduite - période vacances Il existe une quatrième période qui est la période Week-end mais ne concerne pas les logements. Le chauffage ne fonctionnant pas à la même température de jour comme de nuit, la journée va donc être scindée entre les deux premières périodes (normale et réduite), la période de fonctionnement en marche normale (jour) et celle en marche réduite (nuit). La période en marche normale est prise égale à 16 heures et la période en marche réduite à 8 heures. Ces durées sont des valeurs générales données dans la RT 2000 règles Th-C, si on connais avec précision les plages normales et réduites on peut les utiliser. Durant la période de vacances, si les occupants ne sont pas dans le logement, le chauffage est en mode réduit et la production d'ECS est arrêtée. Dans ce cas, les calculs doivent être réalisés séparément pour cette période. Les valeurs qui sont obtenues avec les différentes méthodes ci-dessous sont des valeurs journalières qu'il est nécessaire de multiplier par le nombre de jours du mois considéré. Si les plages normales et réduites sont différentes le Week-end du reste de la semaine, le Week-end peut être calculé séparément puis ajouté au reste de la semaine et ensuite obtenir une moyenne journalière afin de pouvoir la multiplier par le nombre de jours du mois considéré. Le nombre de jours du mois considéré est le nombre réel sauf pour février qui vaut 28,25 jours. Si le mois considéré a une période de vacances, les valeurs obtenues pour les jours restant doivent bien entendu être multipliées au prorata de ces jours restants. Pour la saison d'hiver, la France est divisée en trois zones, zone H1, zone H2 et zone H3. Pour déterminer dans quelle zone se trouve le logement, utiliser la carte en bas de page. | ||||||||||||||||||||||||||||||
Apports internes des occupants.Il est assez difficile de connaître les calories émises par le corps humain. On estime qu'une personne normalement habillée et assise, donc sans activité physique, dans une ambiance calme à environ 20 °C, émet à peu près 119 W, si la personne a une activité plus physique, cette émission peut monter jusqu'à 300 W. Bien évidemment ces valeurs ne sont pas absolues car les émissions dépendent du sexe, de la corpulence, du moment de la journée.
Comme il est assez difficile de définir la quantité d'énergie que peut produire les occupants et leurs modes de vie, une valeur par défaut de 4 Watts par m² de surface habitable est proposée par la RT 2000 dans les règles Th-C. : QI = 4 x ABât x 24 QI sont les apports thermiques, en Wh ABât est la surface habitable du logement 24 est la durée en heure de la journée. Cette valeur prend en compte les émissions corporelles des occupants, les appareils ménagés, etc... Exemple : Un logement de 115 m² occupé par quatre personnes. QI = 4 x 115 x 24 = 11040 Wh (11,04 kWh) Ce qui représente 460 W par heure. | ||||||||||||||||||||||||||||||
Apports solaires.Les apports solaires dépendent de l'ensoleillement du site considéré, des surfaces réceptrices équivalentes et de l'orientation. Pour le mois considéré, les apports solaires se calculent de la manière suivante :
QS = ∑(Isj x Asj) x 24 QS sont les apports thermiques, en Wh La somme s'effectue sur toutes les orientations J où : Isj est l'irradiation solaire pour l'orientation J, en W/m² (voir tableau 1) Asj est l'aire réceptrice équivalente d'orientation J, en m² 24 a la même signification que précédemment L'aire réceptrice équivalente As est obtenue de la manière suivante : As = A x Fs x S A est la surface de la baie en tableau en m² Fs est le facteur de correction pour l'ombrage, Nord, Fs = 0,89, Sud, Fs = 0,72, Est et Ouest, Fs = 0,67 S est le facteur solaire, menuiserie bois, S = 0,44, menuiserie PVC, S = 0,42, menuiserie métal, S = 0,46 Exemple : Logement situé en zone H1 (voir la carte), durant le mois de janvier, menuiseries bois, S = 0,44 Valeurs obtenues d'après le tableau 1 : IsNord = 18,4 IsEst = 25 IsSud = 44,3 IsOuest = 23,4 Surface des ouvertures coté Nord, 9,24 m² Surface des ouvertures coté Est, 4,6 m² Surface des ouvertures coté Sud, 5,72 6 m² Surface des ouvertures coté Ouest, 6 m² AsNord = 9,24 x 0,89 x 0,44 = 3,618 m² AsEst = 4,6 x 0,67 x 0,44 = 1,356 m² AsSud = 5,72 x 0,72 x 0,44 = 1,812 m² AsOuest = 6 x 0,67 x 0,44 = 1,769 m² QSNord = 18,4 x 3,618 = 66,571 W QSEst = 25 x 1,356 = 33,9 W QSSud = 44,3 x 1,812 = 80,271 W QSOuest = 23,4 x 1,769 = 41,394 W QS = (66,571 + 33,9 + 80,271 + 41,394) x 24 = 5331,264 Wh (5,331 kWh) | ||||||||||||||||||||||||||||||
Apports par pertes récupérables.Les pertes récupérables sont en fait les pertes thermiques des systèmes de chauffage et production ECS (eau chaude sanitaire).
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Durée de la saison de chauffage.On estime que le chauffage devient nécessaire quand les apports internes et externes ne permettent plus d'obtenir la température intérieure de consigne en période normale (Ti) + 1 °C. Attention, Les apports thermiques dus au système de chauffage ne doivent pas être pris en compte dans QG. La température extérieure à partir de laquelle le chauffage devient nécessaire est alors obtenue de la manière suivante :
Te = Ti - QG / H + 1 Ti étant la température intérieure de consigne en période normale QG sont les apports internes et externes pour le mois considéré H est le coefficient de déperdition du logement en W/K H = HT + HV HT est le coefficient de déperdition par transmission entre le volume chauffé d'une part et l'extérieur, le sol et les locaux non chauffés d'autre part en W/K. HV est le coefficient de déperdition par ventilation (renouvellement d'air voulu et parasite) Pour l'obtention de ces deux coefficients, voir la page "Calcul des déperditions (RT 2000)" au paragraphe "Coefficient UBât" pour le coefficient HT et le paragraphe "Déperdition par renouvellement d'air" pour le coefficient HV. En partant du même raisonnement, on estime que le chauffage n'est plus nécessaire quand les apports internes et externes permettent d'obtenir la température intérieure de consigne en période normale + 1 °C. Exemple : QG = 500 W H = 90 W/K Ti = 20 Te = 20 - 500 / 90 + 1 = 15,4 °C Quand la température moyenne extérieure (Te) atteindra 15,4 °C, le chauffage sera mis en route ou arrêté selon la période. Pour savoir à partir de quel mois le chauffage est nécessaire, le calcul peut être fait à partir du mois d'août. Il en va de même pour l'arrêt du chauffage, le calcul peut débuter par le mois de février ou mars. Les valeurs à utiliser pour les températures extérieures moyennes de chaque mois et pour chaque zones (voir la carte) se trouvent dans letableau 2. Les températures indiquées dans ce tableau, sont des températures moyennes, donc, considérées comme étant les températures extérieures situées en milieu de mois. Afin d'obtenir, avec plus de précision, le début et la fin de la période de chauffage, une interpolation linéaire est possible entre deux températures. Exemple : Admettons que la température moyenne extérieure à laquelle le chauffage doit être mis en route soit de 15,4 °C, et le logement situé en zone H1. La valeur pour le mois de septembre étant de 16 °C (immédiatement supérieure) et celle du mois d'octobre, de 10,6 °C. Ces températures étant sensées se situées en milieu de mois, donc, aux alentours du 15. Le nombre de jours séparant ces deux dates, est de 30 (15 pour septembre et 15 pour octobre) : 16 - 10,6 = 5,4 5,4 / 30 = 0,18 16 - 15,4 = 0,6 0,6 / 0,18 = 3,33 donc 3 jours (arrondi inférieur) Le premier jour de la saison de chauffe sera le 15 + 3 = 18 septembre. Pour la fin de la saison, admettons aussi, pour l'exemple, une température de 15,4 °C (ce qui est bien évidemment par forcément vrai car les apports ne sont pas forcément les mêmes) c'est le mois de mai qui a la valeur immédiatement inférieure, 13,1 °C. Pour le mois suivant, juin, la température est de 16,3 °C : Nombre de jours, 31 (16 pour mai et 15 pour juin) 16,3 - 13,1 = 3,2 3,2 / 31 = 0,103 15,4 - 13,1 = 2,3 2,3 / 0,103 = 22,33 donc 23 jours (arrondi supérieur) Le dernier jour de la saison de chauffe sera le 15 + 23 = 38, mai ayant 31 jours, 38 - 31 = 7 juin. En faisant le calcul à l'envers : 16,3 - 13,1 = 3,2 3,2 / 31 = 0,103 16,3 - 15,4 = 0,9 0,9 / 0,107 = 8,73 donc 8 jours (arrondi inférieur) Le dernier jour de la saison de chauffe sera le 15 - 8 = 7 juin. Ces températures étant des températures moyennes par zone, elle ne sont pas représentatives d'un lieu précis, si les températures du lieu considéré sont connues, se sont celles là qu'il faudra utiliser. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Les degrés jours et degrés heures.Afin de permettre la détermination de la quantité de chaleur nécessaire à la période de chauffage, il a fallu introduire la notion de "degré jour". Le nombre de degrés jours d'une période est égal au produit du nombre de jours chauffés par la différence de température (DeltaT) entre la température extérieure moyenne et la température intérieure de consigne. La température intérieure de consigne généralement utilisée pour le calcul des DJU est de 18 °C, donc, les DJU sont en base 18. Le problème avec cette méthode, c'est que l'intermittence n'est pas prise en compte ni le fait que les pièces n'ont pas toutes la même température. Afin de prendre en compte l'intermittence et la différence de température d'une pièce à l'autre, on peut introduire la notion de degrés heures. Le calcul doit alors être fait pour chaque période et pour chaque pièce. Si plusieurs pièces ont la même température de consigne, leurs surfaces peut être cumulées. Ces degrés heures seront ensuite cumulés pour donner la valeur en degrés jours,qui seront à leurs tours cumulés pour obtenir la valeur du mois considéré. Pour les mois de début et de fin de saison de chauffage, c'est le nombre de jours de chauffage qui doit être utilisé et non le nombre total de jours du mois. Si les périodes normales et réduites sont différentes d'un jour à l'autre de la semaine et le Week-end, un calcul sur 7 jours est nécessaire. La formule à utiliser pour les degrés heures est la suivante : DH = (Ti - Te) x (t / 24) x (Ap / ABât) DH sont les degrés heures de la période et surface considérée Ti est la température intérieure de consigne de la période considérée (Tinor pour la période normale, Tinuit pour la période réduite), en °C Te est la température extérieure moyenne du mois considéré, en °C t est la durée en heures de la période considérée (tnor pour la période normale, tnuit pour la période réduite) Ap est la surface de la ou des pièces considérées, en m² ABât est la surface habitable du logement, en m² Un exemple pour illustrer : Un logement situé en zone H1, toutes les pièces sont chauffées aux mêmes températures de consigne sauf la salle de bains. Valeurs pour toutes les pièces sauf la salle de bains : - période normale, durée tnor = 16 heures, Tinor = 20 °C - période réduite, durée tnuit = 8 heures, Tinuit = 16 °C Valeurs pour la salle de bain : - période normale, durée tnor = 16 heures, Tinor = 22 °C - période réduite, durée tnuit = 8 heures, Tinuit = 18 °C - Surface de la pièce = 10 m² Valeurs générales : - Surface habitable du logement = 115 m² - mois considéré; octobre, température extérieure moyenne = 10,6 °C degrés heures pour la salle de bains : période normale DHnor_S_de_B = (22 - 10,6) x (16 / 24) x (10 / 115) = 0,66 période réduite DHnuit_S_de_B = (18 - 10,6) x (8 / 24) x (10 / 115) = 0,21 degrés heures pour le reste du logement : période normale DHnor_Log = (20 - 10,6) x (16 / 24) x (105 / 115) = 5,72 période réduite DHnuit_Log = (16 - 10,6) x (8 / 24) x (105 / 115) = 1,64 degrés jour pour le logement : DJ = 0,66 + 0,21 + 5,72 + 1,64 = 8,23 °C En utilisant la formule simplifiée, on trouve : 18 - 10,6 = 7,4 °C. Si toutes les pièces avaient les mêmes températures de consigne, le résultat serait de 8,06 °C. Dans l'hypothèse où les périodes sont identiques pour chaque jours de la semaine, donc du mois, les DJU pour le mois d'octobre serait de : DJUoct = 8,23 x 31 = 255,13 °C. Dans l'exemple, la température de consigne est de 20 °C en période normale et de 16 °C en période réduite, la RT 2000, dans les règles de calcul Th-C, donne les températures respectives de 18 et 15 °C. Note 1 : Les DJU sont les degrés moyens horaire, ils seront multipliés par 24 dans la formule les utilisant (voir le paragraphe "Besoins en chauffage" ci-dessous). Il est possible de les avoir sur la journée (DJU x 24) mais attention à ne pas les multiplier une seconde fois. Note 2 : Il n'est pas obligatoire de calculer les besoins en chauffage à partir des DJU, il est aussi possible de les calculer en totalisant les déperditions thermiques du logement (voir le paragraphe "Besoins en chauffage" ci-dessous). | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Inertie thermique quotidienne.L'inertie thermique caractérise la capacité qu'a le bâtiment à absorber et restituer l'énergie thermique. L'inertie thermique peut être divisée en cinq classes :
- classe d'inertie très légère - classe d'inertie légère - classe d'inertie moyenne - classe d'inertie lourde - classe d'inertie très lourde Cette inertie quotidienne permet de définir la capacité thermique quotidienne (Cm) du bâtiment qui est ensuite utilisée pour la récupération des apports. Les valeur de Cm sont données dans le tableau ci-dessous en fonction de la classe d'inertie :
ABât est la surface habitable du logement.
La classe d'inertie est définie par niveau de bâtiment, et c'est la classe d'inertie la plus faible (niveau le plus défavorable souvent représenté par le dernier) qui doit être utilisée pour les calculs. Pour définir la classe d'inertie du bâtiment, utiliser le tableau ci-dessous en fonction des définitions des parois :
Définition :
Plancher haut lourd; - plancher sous toiture, béton plein avec une épaisseur minimale de 8 cm, isolation par l'extérieur. - sous face de plancher intermédiaire, béton plein avec une épaisseur minimale de 15 cm sans isolant et sans faux plafond. Plancher bas lourd; - face de plancher intermédiaire sans revêtement à effet thermique (grosse moquette de plus de 6 mm, parquet bois). Béton plein avec une épaisseur minimale de 15 cm sans isolant, chape ou dalle de béton sur entrevous lourds (parpaings, terre cuite), sur béton cellulaire armé. - plancher bas avec isolant en sous face et sans revêtement à effet thermique. Béton plein avec une épaisseur minimale de 10 cm, chape ou dalle de béton sur entrevous lourds (parpaings, terre cuite), sur béton cellulaire armé, dalle de béton avec une épaisseur minimale de 5 cm sur entrevous en matériau isolant Paroi verticale lourde; Une niveau de bâtiment possède une paroi verticale lourde si elle remplit l'une ou l'autre des conditions suivantes : 1) lorsque la surface du mur est au moins égale à 0,9 fois la surface du plancher, murs de façade et pignons isolés par l'extérieur avec à l'intérieur : - béton plein avec une épaisseur minimale de 7 cm, - ou parpaings d'épaisseur minimale de 11 cm - ou briques pleines ou perforées d'épaisseur minimale de 10,5 cm 2) murs extérieurs à isolation répartie d'une épaisseur minimale de 30 cm et cloisonnement intérieur autre que Placo plâtre (Placo style). 3) lorsque la taille moyenne des locaux est inférieure à 30 m². 4) lorsque l'ensemble du doublage intérieur des murs extérieurs (contre cloison) et du cloisonnement est réalisé en brique enduite de plâtre ou en carreaux de plâtre. Par défaut on considère que le bâtiment a une classe d'inertie moyenne. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Besoins en chauffage.Pour connaître les besoins de chaleur en chauffage, en W/h, il faut avoir défini :
- les apports externes (solaires) et internes (apports par pertes récupérables sur l'ECS, etapports des occupants) - la période ou saison de chauffage (voir "Durée de la saison de chauffage"). - les DJU, si on décide de les utiliser, (voir "Les degrés jours et degrés heures") pour la saison de chauffage en effectuant les calculs pour chaque mois de la saison de chauffage. - la capacité thermique quotidienne (Cm) qui dépend de l'inertie thermique quotidienne (voir "Inertie thermique quotidienne") - le coefficient H qui est le coefficient de déperdition du logement, en W/K H = HT + HV HT est le coefficient de déperdition par transmission entre le volume chauffé d'une part et l'extérieur, le sol et les locaux non chauffés d'autre part en W/K. HV est le coefficient de déperdition par ventilation (renouvellement d'air voulu et parasite) Pour l'obtention de ces deux coefficients, voir la page "Calcul des déperditions (RT 2000)" au paragraphe "Coefficient UBât" pour le coefficient HT et le paragraphe "Déperdition par renouvellement d'air" pour le coefficient HV. Comme indiqué plus haut, il est possible de déterminer les besoins en chauffage soit à partir des DJU soit à partir des déperditions thermiques pour chaque période. 1) A partir des déperditions thermiques : Le calcul des déperditions thermiques est à faire pour chaque période de la journée, si les journées ont des périodes de durées différentes, le calcul est à faire sur la semaine, si le mois considéré a une période de vacances et si les durées des périodes durant les vacances sont différentes des autres jours, les calculs doivent être fait séparément pour cette période. Les valeurs obtenues pour les jours restant doivent bien entendu être multipliées au prorata de ces jours restants. Les déperditions de la période considérée sont obtenues en multipliant le coefficient H par le DeltaT (différence de température entre la température de la période considérée et la température moyenne extérieure de la zone et du mois considéré) puis multipliées par la durée en heures de la période considérée : DPer = H x DeltaT x t Les déperditions de la journée s'obtiennent en totalisant les déperditions de chaque période : DJour = DPerNor + DPerNuit Si la durée des périodes est différente d'un jour à l'autre, le calcul est à faire pour chaque jour de la semaine puis une moyenne peut être faite et ensuite multipliée par le nombre de jours du mois considéré, ou la valeur de la semaine est à multipliée par le nombre de semaines du mois considéré : D = DSem x ( NB_Jours / 7) NB_Jours étant le nombre de jours du mois considéré ou, si il y a une période de vacances, des jours restants. Les besoins en chauffage sont alors égaux aux déperditions thermiques moins les apports de chaleur : QCH = D - n x QG 2) A partir des DJU : Si le calcul est fait en utilisant les DJU, la formule pour obtenir les besoins en chauffage est la suivante : QCH = (24 x DJU x H) - n x QG (attention, si les DJU ont déjà été multipliés par 24, ne pas le refaire ici) DJU sont les degrés jours du mois considéré, en °C H est le coefficient de déperdition du logement, en W/K QCH sont les besoins en chauffage, en Wh n est un facteur réducteur des apports de chaleur externes et internes afin de prendre en compte le comportement dynamique du bâtiment QG sont les apports de chaleur externes (solaires [QS]) et internes (occupants [QI], ECS [QECS_Rec], chauffage [QCH_Rec]) pour le mois considéré, en Wh : QG = QS + QI + QECS_Rec + QCH_Rec Méthode pour définir le coefficient n : - calcul du rapport q, apports / déperditions défini comme suit : q = QG / (H x DeltaT) DeltaT étant la différence de température entre la température moyenne extérieure du mois considéré (voir tableau 2) et la température moyenne journalière de consigne obtenue de la façon suivante : Ti = Tinor x (tnor / 24) + Tinuit x (tnuit / 24) ou Ti = (Tinor x tnor + Tinuit x tnuit) / 24 Note : si les pièces ont une température de consigne différentes les unes des autres, il est aussi possible de définir la température moyenne Ti en fonction et de la période et de la surface de ces pièces mais une précision aussi pointue n'est pas nécessaire pour obtenir le coefficient n. Tinor est la température de consigne durant la période normale, en °C tnor est la durée de la période normale, en heures Tinuit est la température de consigne durant la période réduite, en °C tnuit est la durée de la période réduite, en heures - le taux d'utilisation n se calcule comme suit : Si q différent de 1 n = (1 - qa) / (1 - qa+1) Si q égal à 1 n = a / (a + 1) - où a est un paramètre qui dépend de la constante de temps t caractérisant l'inertie thermique : t = Cm / H Cm est la capacité thermique quotidienne (voir paragraphe "Inertie thermique quotidienne") Si la durée de tnor est supérieure à 12 heures : a = 1 + t / 16 Sinon, a vaut 2,5 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Besoins en eau chaude sanitaire (ECS).Il est assez difficile de cerner avec suffisamment de précision les besoins en eau chaude sanitaire car ils sont fonction du standing, du nombre d'occupants, de leurs âges, de leurs professions, de leurs mode de vie, du jour (ouvrable, Week-end ou férié), de la saison, et bien d'autres circonstances encore. L'expérience a montrée que les besoins raisonnables ce situaient entre 25 et 60 litres d'eau chaude à 50 °C par jour et par personne.
Pour effectuer les calculs, deux valeurs par défaut peuvent être utilisées, 50 litres par personne et par jour, ou 1,75 litres par m² de surface habitable. Ces valeur sont pour tous les jours de la semaine (donc du mois). Si le volume est connu (compteur sur l'entrée d'eau froide du ballon ou de la chaudière si production instantanée), Il est possible d'utiliser ce dernier au lieu des valeurs par défaut. Le calcul des besoins en ECS doit être fait par jour puis multipliée par le nombre de jours du mois considéré. Si le volume est différent les jours de la semaine et le Week-end, une moyenne journalière peut être faite puis multipliée par le nombre de jours du mois considéré. La formule pour connaître la quantité de chaleur nécessaire à la production de l'ECS est : QECS = p x 1,1628 x Vecs x (Tecs - Tef) QECS est l'énergie nécessaire à la production de l'ECS pour la journée, en Wh p est la masse volumique de l'eau en fonction de sa température (Tef) elle peut être prise égale à 1 kg/l (comme elle est égale à 1, elle ne sera pas utilisée dans la formule) Vecs est le volume d'eau, Vecs = 50 x NBPers, ou 1,75 x ABât, ou valeur connue, en litres NBPers est le nombre de personnes occupant le logement ABât est la surface habitable du logement, en m² Tecs est la température de l'eau chaude au point de soutirage, en °C. (Température de l'eau stockée dans le ballon d'ECS moins les pertes en ligne, les pertes en ligne sont généralement prisent égales à 0 pour les logements, donc, Tecs = température de stockage ou en sortie chaudière pour les productions instantanées) Tef est la température moyenne de l'eau froide du mois considéré entrant dans le ballon ou le serpentin de production d'ECS (production instantanée), en °C (voir le tableau 3) Exemple : Mois de janvier en zone H1 Tef = 5,7 °C Nombre de jours, 31 Tecs = 48 °C Nombre d'occupants, 4 QECS = 1,1628 x 50 x 4 x (48 - 5,7) = 9837,29 (9,84 kW) L'énergie nécessaire pour le mois de janvier est : 9837,29 x 31 = 304956 Wh soit 305 kWh (ce qui représente en litres du fuel et en m3 de gaz naturel : 305 / 10,25 = 29,76 litres, ou 305 / 10,53 = 28,96 m3) |
Pertes thermiques et rendement des systèmes de chauffage et de production d'ECS.
Les pertes thermiques des systèmes de chauffage et production d'ECS peuvent être déterminées de deux façons : - pertes thermiques en valeurs absolues (méthode conseillée) : les valeurs sont obtenues en calculant les pertes thermiques réelles, elles ont l'avantage de pouvoir être additionnées. - pertes thermiques en valeurs relatives : les pertes thermiques sont représentées par un rendement en pourcentage qui est le rapport des besoins thermiques réels par l'énergie totale qui a été utilisée pour les satisfaire. Pour la première façon, les calculs doivent être réalisés pour chaque période et pour chaque mois, ce qui donnera un résultat assez précis. Pour la deuxième façon, les coefficients peuvent être définis à partir des calculs des pertes en valeurs absolues sur une journée (pour un peu plus de précision, sur une semaine) pour un mois type moyen, par exemple novembre ou février, ou alors, ils peuvent être définis par valeurs par défaut, ce qui permet un calcul rapide si on ne souhaite pas un résultat précis. Les deux façons sont expliquées dans les exemples qui suivent.
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Consommation des auxiliaires.Les auxiliaires sont principalement les circulateurs, circulateurs de bouclage ECS et circulateurs de chauffage, les moteurs des brûleurs à air soufflé et des ventilo convecteurs, ainsi que les moteurs des appareils de ventilation (VMC ou autres). Les consommations dues aux régulations et autres appareils électroniques peuvent être ignorées.
Les consommations des auxiliaires sont à calculer en fonction de leurs puissances multipliées par le nombre d'heures de fonctionnement par jour. Dans le cas où les heures sont différentes d'un jour par rapport à l'autre, le calcul est effectué sur 7 jours puis la moyenne hebdomadaire sera multipliée par le nombre de jours du mois considéré. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Coût d'exploitation.
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Architecture des calculs.Il n'y a pas de suite bien précise dans la chronologie des calculs mais ils peuvent être construits de la manière suivante (chronologie des paragraphes de cette page) :
1) Calcul des apports thermiques internes. 2) Calcul des apports thermiques externes. 3) Calcul des apports par pertes thermiques récupérables (système de chauffage et système ECS). 4) Calcul de la durée de la saison de chauffage. 5) Calcul des degrés jours (si on décide de les utiliser). 6) Calcul de l'inertie quotidienne. 7) Calcul des besoins en chauffage. 8) Calcul des besoins en ECS. 9) Calcul des pertes thermiques réelles (valeurs absolues) ou du rendement (valeurs relatives) de distribution et de génération. 10) Calcul de la consommation des auxiliaires 11) Calcul du coût d'exploitation. |
Pour définir la zone où se trouve le logement, voir la carte en bas de page.
Tableau 1Note : les valeurs du tableau 1 sont des valeurs horaires calculées sur une moyenne de 24 heures
Zones | orientation | valeurs d'irradiation solaire (Is) en W/m² | |||||||||||
Zone H1 | janvier | février | mars | avril | mai | juin | juillet | août | septembre | octobre | novembre | décembre | |
Is sud | 44,3 | 76,2 | 99,5 | 94,1 | 99,4 | 107,4 | 123,5 | 127,9 | 117,6 | 81,6 | 40,2 | 37,9 | |
Is ouest | 23,4 | 46,4 | 72,4 | 80,2 | 97,4 | 116,8 | 129 | 116,4 | 82,3 | 52,5 | 26,3 | 19,6 | |
Is nord | 18,4 | 30,9 | 46,7 | 60 | 75,7 | 86,5 | 86,1 | 71,2 | 55,7 | 35,5 | 18,6 | 14,8 | |
Is est | 25 | 42,6 | 71 | 83,8 | 101,7 | 116,8 | 136,5 | 119,8 | 85,5 | 47,7 | 21,7 | 19,8 | |
Is horiz. | 38,9 | 72,6 | 114,3 | 144,7 | 177,2 | 209,9 | 242,9 | 208,5 | 144,1 | 83,7 | 38,4 | 30,8 | |
Zone H2 | Is sud | 84,5 | 109,2 | 104,1 | 117 | 108,7 | 115,3 | 124, | 139,1 | 119 | 82,9 | 82,1 | 58,9 |
Is ouest | 37,8 | 59,3 | 74,5 | 102,9 | 114,8 | 135,2 | 148,5 | 133,7 | 88,6 | 52,6 | 42,1 | 30 | |
Is nord | 21,8 | 32,4 | 49,3 | 66 | 78,6 | 90 | 88 | 74,1 | 58,3 | 37,8 | 27,2 | 16,8 | |
Is est | 37 | 55,9 | 80,4 | 102,4 | 106,5 | 129,6 | 135,9 | 134 | 83,9 | 51,6 | 41,7 | 24,7 | |
Is horiz. | 57,7 | 90,4 | 123,7 | 179,5 | 203,4 | 243,8 | 257,9 | 227 | 154,1 | 88,4 | 64,7 | 40,3 | |
Zone H3 | Is sud | 82,2 | 71,3 | 130,1 | 133,4 | 138 | 122,8 | 136,6 | 135,4 | 139,2 | 132,8 | 141,8 | 109,8 |
Is ouest | 39,4 | 42,7 | 86,4 | 106,3 | 140,6 | 140,5 | 146,6 | 115,3 | 92,3 | 70,3 | 61,2 | 44,4 | |
Is nord | 23,3 | 31,2 | 49,2 | 69,5 | 83,1 | 90,6 | 86,7 | 72,3 | 60,4 | 41,1 | 29,9 | 22 | |
Is est | 39,3 | 42,2 | 94,5 | 119,5 | 143 | 141,4 | 156 | 132,8 | 101,4 | 71,9 | 59,8 | 39,7 | |
Is horiz. | 59,2 | 72,5 | 146,6 | 203,3 | 272,2 | 268,6 | 290,4 | 226,8 | 175,1 | 120,8 | 90,7 | 63,9 |
Zones | Moyenne mensuelle des températures extérieure (Te) en °C | |||||||||||
janvier | février | mars | avril | mai | juin | juillet | août | septembre | octobre | novembre | décembre | |
Zone H1 | 3,5 | 4 | 7,1 | 10,5 | 13,1 | 16,3 | 20,6 | 18,9 | 16 | 10,6 | 4,8 | 3,7 |
Zone H2 | 3,6 | 7,8 | 8,6 | 10,4 | 13,8 | 17,3 | 20,7 | 19 | 16,8 | 13 | 6,7 | 5,8 |
Zone H3 | 8 | 9,6 | 10,9 | 12,7 | 16,2 | 19,8 | 23,5 | 22,4 | 20 | 15,9 | 11,1 | 8,7 |
Zones | Moyenne mensuelle des températures de l'eau froide (Tef) en °C | |||||||||||
janvier | février | mars | avril | mai | juin | juillet | août | septembre | octobre | novembre | décembre | |
Zone H1 | 5,7 | 5,7 | 7 | 9,2 | 11,8 | 14 | 15,3 | 15,3 | 14 | 11,8 | 9,2 | 7 |
Zone H2 | 7,2 | 7,2 | 8,5 | 10,7 | 13,3 | 15,5 | 16,8 | 16,8 | 15,5 | 13,3 | 10,7 | 8,5 |
Zone H3 | 9,7 | 9,7 | 11 | 13,2 | 15,8 | 18 | 19,3 | 19,3 | 18 | 15,8 | 13,2 | 11 |
Carte indiquant les trois zones d'hiver
en bleu, Zone H1
en jaune, Zone H2
en rouge, Zone H3
en bleu, Zone H1
en jaune, Zone H2
en rouge, Zone H3
Note : en ce qui concerne les logements situés à plus de 800 mètres d'altitude, ils seront considérés comme étant en zone H1 lorsque qu'ils sont situés en zone H2 et seront considérés comme étant en zone H2 lorsque qu'ils sont situés en zone H3.
bilan thermique
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