dimensionner au mieux les equipements techniques

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GUIDE PRATIQUE POUR LA CONSTRUCTION ET LA RENOVATION DURABLES DE PETITS BATIMENTS - RECOMMANDATION PRATIQUE ENE18 -

DIMENSIONNER AU MIEUX LES EQUIPEMENTS TECHNIQUES Dimensionner les équipements des installations de chauffage et de ventilation en vue d’optimiser leur performance énergétique (chaudière, corps de chauffe, circulateurs.).

PRINCIPES CONTEXTE Le dimensionnement des équipements a un impact non négligeable sur la consommation finale des bâtiments. Par exemple : o

Une chaudière surdimensionnée a plus de pertes à l’arrêt, les cycles de fonctionnement du brûleur sont plus courts, entraînant des émissions polluantes (CO, NOx, suies, …) plus importantes.

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Un circulateur surdimensionné aura une consommation électrique supérieure et entraînera des problèmes hydrauliques dans l’installation (sifflement des vannes, diminution du rendement des chaudières à condensation, …).

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Par contre, plus les conduites sont dimensionnées largement, moins le circulateur sera consommateur. Il en va de même pour les conduites de ventilation, qui permettent une diminution de la consommation du ventilateur.

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Surdimensionner les radiateurs améliore le rendement des chaudières à condensation car elles pourront travailler à plus basse température. Le surdimensionnement des radiateurs n’est jamais dommageable d’un point de vue énergétique et du confort car il permet de travailler à plus basse température.

Les autres équipements, tels que les citernes d’eau de pluie, les corps de chauffe, les capteurs solaires ou photovoltaïques, les ballons d’eau chaude, etc, doivent bien entendu également être correctement dimensionnés. Vous trouverez plus d’informations sur ces équipements particuliers dans les fiches : o EAU03 - Récupérer l’eau de pluie pour l'arrosage, l'entretien des sols, les chasses d'eau, etc. o ENE19 - Envisager un chauffe-eau solaire o ENE21 - Envisager un système photovoltaïque

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INDICATEURS ET OBJECTIFS


Minimum : Il existe une série d’indicateurs permettant de se faire une idée du dimensionnement optimal des équipements (attention, il s’agit bien d’indicateurs de contrôle et non de méthodes de dimensionnement) : o

Pour les chaudières, vérifier si les données nécessaires au dimensionnement suivant la norme ont été récoltées : compositions et surfaces de l’ensemble des parois extérieures du bâtiment (y compris le sol), température extérieure et intérieures considérées. A titre de comparaison, le résultat du calcul ne dépassera guère 25 W/m³ chauffé pour une maison K55 et tendra vers 15 W/m³ pour une maison K35.

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Pour les circulateurs de chauffage, vérifier si la différence de température entre le circuit de départ de la chaufferie et le circuit de retour tend vers 15 .. 20°C lorsque la température extérieure est négative (pour une installation de chauffage par radiateurs ou convecteurs). En dessous de cet écart, il est conseillé de diminuer la vitesse du circulateur installé.

o

Pour les radiateurs : vérifier le régime d’eau choisi par l’installateur pour dimensionner les radiateurs. Les dimensionner pour une température maximale de 70°C permet de valoriser au mieux les chaudières à condensation.


Conseillé : Le dimensionnement doit se faire sur base d’évaluations des besoins les plus précises possibles. Il ne faut pas se contenter d’ordres de grandeur ou de ratios pour le dimensionnement final des équipements, mais toujours réaliser ou faire réaliser par le technicien un calcul détaillé et adapté au projet. Ce calcul doit être basé sur des normes reconnues. Le respect de ces normes par les concepteurs et installateurs doit être exigé par le maître d’ouvrage.

ELEMENTS DE CHOIX ASPECTS TECHNIQUES > Calcul o o

Le dimensionnement de la chaudière et des corps de chauffe se basera sur le calcul des déperditions selon la norme NBN B62-003. On se basera sur les températures de base suivantes : Température résultante sèche -8°C

Extérieure en Région Bruxeles-Capitale Séjour, cuisine, bureau, salle de classe, etc. Salle de bain

22 – 24°C

Chambre à coucher

16 – 18°C 16°C

Corridors, escaliers, etc. o

20°C

Les conduites d’eau chaude et de chauffage seront calculées sur base des vitesses d’eau suivantes :

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Exigence DN 20

Perte de charge maximale de 120 Pa/m (conseillée : max 100 Pa/m)

DN 20 < … < DN 100

Vitesse de circulation max 1 m/s

DN 100 < … < DN 150

Vitesse de circulation max 1,5 m/s

> DN 150

Vitesse de circulation max 2 m/s

Collecteur primaire

Vitesse de circulation max 0,3 m/s

o

Les circulateurs seront de préférence des circulateurs « électroniques » dont la vitesse de base sera choisie à l’installation de manière à obtenir le débit d’eau exactement souhaité. Une labellisation européenne des circulateurs est désormais mise en place (classement de A à G, comme pour l’électroménager). Nous recommandons bien évidemment les niveaux A et B.

o

Les conduites de ventilation situées dans un local de vie sont généralement dimensionnées sur base d’une vitesse d’air de 3 m/s. Ce choix est un compromis entre une vitesse élevée, qui permet de réduire le diamètre des conduites et une vitesse basse, qui permet un bon confort acoustique. Choisir une vitesse plus basse, par exemple 2 m/s, pour un même débit de ventilation, revient à surdimensionner la section de gaine nécessaire (nécessiter de prévoir des caissons ou des faux plafonds plus conséquents). Mais cela permet également de diminuer les pertes de charges des conduites, et donc de choisir un ventilateur plus petit ou, plus souvent, de fonctionner à plus bas régime. Ceci entraîne une réduction de la consommation d’énergie du ventilateur.

o

Les autres éléments du réseau de ventilation (échangeurs de chaleur ou aérateurs de châssis) seront dimensionnés pour correspondre au débit d’air neuf nécessaire.

ASPECTS ENVIRONNEMENTAUX Surdimensionner une chaudière d’un facteur 100% (cas fréquent) peut entraîner une perte de rendement de 2 à 5%, en fonction du type de chaudière et de sa régulation. Cela se traduit par une surconsommation pouvant aller jusqu’à 10%. Lorsque l’on utilise une chaudière à condensation, dimensionner des radiateurs en régime 70°C / 50°C (températures maximales de départ et de reto ur de l’eau quand la température extérieure est de -8°C) au lieu du régime 80°C / 60 °C permet un gain de consommation de 1,5 à 2 %, grâce à un fonctionnement à plus basse température durant l’année. Utiliser un circulateur surdimensionné entraîne forcément une surconsommation électrique. En plus, un surdébit provoque une augmentation de la température de retour vers les chaudières et en particulier les chaudières à condensation qui verront alors leur rendement de combustion diminuer. ASPECTS ECONOMIQUES Surdimensionner une chaudière a un impact énergétique négatif. C’est aussi un surinvestissement. Investissement et efficacité vont ici dans le même sens. Dans le secteur domestique, le dimensionnement correct du circulateur passera principalement par le choix d’un circulateur électronique dont la vitesse de base sera réglée à l’installation pour obtenir le débit nominal souhaité. Rien que ce réglage à la mise en route, justifie économiquement à lui seul le choix d’un tel circulateur.

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Choisir des radiateurs fonctionnant à un régime maximum de 70°C / 50°C maximum, au lieu de 80°C / 60°C demande une taille de radiateur de 70% plus importante. Ce surcoût de matériel sera remboursé en une dizaine d’année. En ventilation, surdimensionner les conduites entraîne un très léger surcoût. Par exemple, passer de 3 à 2 m/s entraîne une augmentation de la section de 50% et donc du diamètre de 22.5%. Par exemple, des conduites de section 125mm deviendront des conduites de 150mm, ce qui est un surcoût d’environ 2 à 3 €/m, et donc d’environ 100 € par logement, si le réseau est bien dessiné (longueurs de conduites limitées à quelques dizaines de mètres, avec peu de coudes ou de pièces spéciales, qui augmentent le coût). Le temps de retour sera variable selon la complexité et le dessin du réseau de ventilation, le débit d’air pulsé, sa durée de fonctionnement, etc. On peut considérer qu’au coût actuel de l’énergie il sera de l’ordre de 5 à 10 ans. ARBITRAGE Ce qui précède montre l’intérêt qu’il y a à dimensionner au mieux les équipements de chauffage. Le problème du surdimensionnement de la chaudière et des circulateurs a une implication sur le choix du système dans les immeubles de logement collectif : chaudières individuelles ou chaudière collective. Du fait du haut niveau d’isolation des parois et de l’éventuelle récupération de chaleur sur la ventilation, la puissance de chauffage nécessaire à chaque appartement peut être extrêmement faible en fonction de la disposition dans l’immeuble. Il est fréquent, dans un immeuble performant de descendre sous une puissance nécessaire de 3 kW dans un appartement en milieu d’immeuble (soit 1 kW en moyenne sur la saison de chauffe). Il existe actuellement sur le marché très peu de chaudières et de circulateurs pouvant assurer une si petite puissance. Une chaudière individuelle sera donc souvent fortement surpuissante (augmentation du nombre de démarrages, mauvaise condensation, surconsommation des circulateurs et bruits de distribution). La solution des chaudières gaz individuelles est donc, la plupart du temps à éviter dans les immeubles dont les besoins énergétiques ont été optimalisés. Le choix d’une chaudière commune permettra de meilleurs rendements de production. En termes de ventilation, dans un système mécanique, on a intérêt à limiter les pertes de charge par un surdimensionnement des sections de conduites mises en place. Si l’on considère que ce type de système de ventilation implique souvent la pose de faux-plafonds dans les espaces de circulation, il faut cependant reprocher à ce surdimensionnement une légère perte de volume habitable. Il faudra veiller à ce que la hauteur sous plafond reste confortable, soit au minimum 2.5m (source : Règlement Régional d’Urbanisme). > En résumé : Elément surdimensionné

Jugement

Chaudière




Circulateur




Conduite d’eau ou d’air Corps de chauffe

☺ ☺

Impact Augmentation des pertes à l’arrêt Augmentation des pollutions polluantes Augmentation de la consommation énelectrique Perte de rendement des chaudières à condensation Inconfort et mauvais fonctionnement de la régulation Diminution de la consommation des circulateurs ou ventilateurs Augmentation du rendement des chaudières à condensation

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Elément surdimensionné

Jugement

Impact Augmentation du confort

DANS LA PRATIQUE Des mesures doivent être prises aux différentes phases de développement et de réalisation de projet : PROJET D’EXECUTION, DOSSIER POUR LE PERMIS D’URBANISME Vérification des hypothèses de calcul utilisées pour le dimensionnement : o

o

De l’installation de chauffage : Surfaces des parois, composition des parois, températures intérieures, température extérieure minimale, régime de température d’eau des corps de chauffe, sur base de la norme NBN B62-003. De l’installation de ventilation : calcul des débits nominaux selon la norme NBN D50001 dans les logements, ratios débit/personne dans les autre types de locaux (voir fiches « Assurer la qualité de l’air des locaux »), vitesse d’air dans les conduites

SUIVI ET SURVEILLANCE DES TRAVAUX Vérifier les ordres de grandeur du dimensionnement : o o o

La puissance de chaudière installée ne devrait pas dépasser 15 .. 25 W/m³ chauffé (maison K35 .. K55). La puissance électrique du circulateur devrait avoisiner 1 à 2 millièmes de la puissance de la chaudière. Le taux de renouvellement d’air du bâtiment avoisine généralement 0.8 à 1 renouvellement horaire dans les logements, si le calcul est réalisé selon la norme D50001.

RECEPTION ET MISE EN EXPLOITATION o

o

La consommation finale d’un circulateur, principalement domestique, sera fonction du réglage de sa vitesse. La pratique montre que la plupart des circulateurs installés fournissent trop de débit. Il ne faut donc pas hésiter à les régler sur une vitesse intermédiaire, voire sur leur plus petite vitesse. Les installations de ventilation mécanique devront être équilibrée, pour s’assurer que la répartition de l’air entre les différents locaux est conforme au projet et que des bouches trop fermées ne causent pas de pertes de charges ponctuelles importantes.

ENTRETIEN o

o

o

Une chaudière surdimensionnée fonctionnera « en cycles courts », c’est-à-dire que dans son temps global de fonctionnement, la proportion prise par les cycles de démarrage/arrêt devient importante. Lors des démarrage, on observe des pics de pollution dus à une mauvaise combustion des premières gouttes de combustibles. De plus, dans le cas d’une chaudière fuel, ce fonctionnement en cycle courts peut provoquer un encrassement excessif de la chaudière (production plus importante de suie), qui demandera un entretien plus régulier. Il est utile de conserver un débit de ventilation minimal, même en l’absence des occupants, pour évacuer les pollutions apportées par la respiration des plantes, les émissions de certains matériaux, etc. Néanmoins, il n’est pas nécessaire de maintenir lors de ces périodes un débit similaire à celui appliqué en présence des occupants ou habitants. On veillera donc à réduire la vitesse des ventilateurs lors de départs en WE ou en vacance. Les grilles de ventilation (aérateurs, prises d’air centralisées, rejets d’air), filtres et conduites doivent être entretenus régulièrement (tous les 6 mois au moins), tant pour assurer la qualité de l’air introduit dans le bâtiment que pour limiter les pertes de charges.

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INFORMATIONS COMPLEMENTAIRES AUTRES ELEMENTS A GARDER A L’ESPRIT Voici une liste de fiches dont les thématiques croisent celles du dimensionnement des installations de chauffage : o o o o o o o

ENE14 - Choisir le meilleur mode de production de chaleur ENE15 - Réguler efficacement l'installation de chauffage ENE16 - Optimiser le réseau de distribution de chauffage ENE17 - Choisir un corps de chauffe adéquat ENE23 - Choisir un mode de ventilation énergétiquement efficace EAU02 - Faire un usage rationnel de l’eau EAU03 - Récupérer les eaux de pluie

BIBLIOGRAPHIE Informations générales sur les techniques de chauffage : o Guide conseil pour la construction énergétique et durable de logements collectifs, Bruxelles Environnement, 2006 : www.bruxellesenvironnement.be o Guide énergétique des installations, Bruxelles Environnement : www.bruxellesenvironnement.be

o

Energie+ : http://energie.wallonie.be/energieplus/entree.htm

Informations générales sur les techniques de ventilation : o Guide conseil pour la construction énergétique et durable de logements collectifs, Bruxelles Environnement, 2006 : www.bruxellesenvironnement.be o CSTC, « NIT 203 - La ventilation des habitations. 1ère Partie: Principes généraux», 1994 o CSTC, « NIT 192 - La ventilation des habitations. 2e Partie : Mise en oeuvre et performances des systèmes de ventilation », 1997 Normes et documents officiels : o J.Schietekat Dimensionnement des installations de chauffage central à eau chaude, CSTC, 1992. o Calcul des déperditions calorifiques des bâtiments, NBN B62-003, 1986. o « Dispositifs de ventilation dans les bâtiments d’habitation - NBN D50-001 », Institut Belge de Normalisation, Bruxelles, 1991 o « Ventilation des bâtiments non résidentiels – Exigences de performances des systèmes de ventilation et de conditionnement d’air – EN13779 », Comité Européen de Normalisation, Bruxelles, 2004 PAGE 6 SUR 6 – DIMENSIONNER AU MIEUX LES EQUIPEMENTS TECHNIQUES – FEVRIER 2007 GUIDE PRATIQUE POUR LA CONSTRUCTION ET LA RENOVATION DURABLES DE PETITS BATIMENTS RECOMMANDATION PRATIQUE ENE18