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.
o
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, …).
o
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.
o
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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GUIDE PRATIQUE POUR LA CONSTRUCTION ET LA RENOVATION DURABLESDE PETITS BATIMENTS
RECOMMANDATION PRATIQUE ENE18
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.
o
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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RECOMMANDATION PRATIQUE ENE18
Exigence
<= DN 20
Vitesse de circulation max. 0,4m/s
> 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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RECOMMANDATION PRATIQUE ENE18
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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GUIDE PRATIQUE POUR LA CONSTRUCTION ET LA RENOVATION DURABLES DE PETITS BATIMENTS
RECOMMANDATION PRATIQUE ENE18
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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RECOMMANDATION PRATIQUE ENE18
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
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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
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