Maîtrise de l`énergie dans les bâtiments

Maîtrise de l’énergie dans les bâtiments
Techniques
par
Robert ANGIOLETTI
Diplômé de l’École supérieure d’ingénieurs de Marseille (ESIM)
Chef du Département maîtrise de la demande d’électricité à ADEME
et
Hubert DESPRETZ
Ingénieur de l’École centrale de Lyon
Coordonnateur secteur bâtiment à ADEME
1.
1.1
1.2
1.3
Aspects économiques et environnementaux ...................................
Confort des occupants ................................................................................
Conservation des bâtiments et des biens..................................................
Préservation de l’environnement ...............................................................
BE 9 021 - 2
—
2
—
2
—
2
2.
2.1
2.2
2.3
Techniques de maîtrise de l’énergie ...................................................
Économies d’énergie...................................................................................
Économies liées aux tarifs ..........................................................................
Approche « système » .................................................................................
—
—
—
—
3
3
16
17
3.
3.1
3.2
3.3
Aide à la décision.....................................................................................
Réglementation énergie des constructions neuves..................................
Audit énergétique des bâtiments ...............................................................
Gestion énergétique ....................................................................................
—
—
—
—
17
17
18
19
4.
4.1
4.2
Rentabilité des investissements d’économie d’énergie ................
Temps de retour brut...................................................................................
Coût global actualisé ...................................................................................
—
—
—
20
20
20
Pour en savoir plus ........................................................................................... Doc. BE 9 023
L
a maîtrise des consommations d’énergie dans les bâtiments repose, d’une
part, sur des actions comportementales qui relèvent principalement de
l’information et de la formation des acteurs et, d’autre part, sur la mise en œuvre
de techniques ou procédés spécifiques qui, tout en préservant le service ou le
confort rendu, visent à réduire les consommations d’énergie de façon pérenne.
Ces techniques sont présentées pour chacun des usages de l’énergie, et leur
intérêt ainsi que leur rentabilité peuvent être appréciés selon différents critères
économiques et environnementaux.
L’étude complète du sujet comprend les articles :
— BE 9 020 – Maîtrise de l’énergie dans les bâtiments. Définitions. Usages.
Consommations ;
— BE 9 021 – Maîtrise de l’énergie dans les bâtiments. Techniques (le présent
article) ;
— Form. BE 9 022 – Maîtrise de l’énergie dans les bâtiments. Tarifs de
l’énergie ;
— Doc. BE 9 023 – Maîtrise de l’énergie dans les bâtiments.
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BE 9 021 − 1
MAÎTRISE DE L’ÉNERGIE DANS LES BÂTIMENTS ______________________________________________________________________________________________
1. Aspects économiques
et environnementaux
1.1 Confort des occupants
Le confort des occupants comporte plusieurs aspects liés directement à la consommation d’énergie pour traiter l’ambiance thermique, l’ambiance lumineuse, la qualité de l’air et, plus globalement,
les impacts sur santé. On aborde ici essentiellement la notion de
« confort thermique ». Il s’agit d’une notion physiologique qui
s’appuie sur les définitions et éléments suivants.
L’humidité : la teneur en eau de l’air d’un local est un élément
du confort ; ses limites dépendent cependant du niveau de température requis et sont habituellement présentées sous la forme
d’une zone sur un diagramme, par exemple celui de Mollier (cf.
article Air humide dans le traité).
Les taux d’humidité couramment rencontrés dans les locaux
sont variables ; ils augmentent avec la température extérieure,
le nombre d’occupants et certaines activités telles que la cuisson
ou les soins sanitaires.
L’effet de paroi : les parois d’une pièce rayonnent de l’énergie,
laquelle contribue largement à la sensation de confort thermique. Les parois intérieures, sensibles à la température du local,
introduisent peu de perturbation. Il n’en est pas de même des
parois extérieures : leur température dépend de leur isolation ;
cela est particulièrement vrai pour les parois vitrées.
Un tel effet, généralement appelé effet de paroi froide,
entraîne, par manque de rayonnement de la paroi, un malaise
qui conduit à augmenter la température ambiante.
Le gradient thermique : sans brassage suffisant, l’air chaud
s’accumule près du plafond et la température moyenne du local
est supérieure à celle de la zone effectivement occupée.
Sous nos climats, le confort thermique le plus usuel entraîne deux
besoins essentiels :
— le chauffage en hiver et en mi-saison (environ 7 mois au total) ;
— la ventilation dans les locaux petits, afin d’y maintenir un taux
d’humidité et de dioxyde de carbone suffisamment bas, et d’éliminer les odeurs.
■ Conservation des bâtiments et de leurs installations
Certaines contraintes nécessitent un conditionnement des locaux
afin d’assurer le maintien en bon état du bâtiment et de ses installations.
La plus fréquente est le maintien hors gel : la plupart des bâtiments comportent des circuits de distribution d’eau ; en cas d’inoccupation, il faut donc soit ajouter de l’antigel dans les canalisations,
soit vidanger, soit maintenir la température des locaux au-dessus de
0 ˚C.
Les activités humaines génèrent de la vapeur d’eau (respiration,
toilette, cuisson, etc.). Si cette génération dépasse les possibilités
d’évacuation par ventilation, le taux d’humidité de l’air augmente et
il y a condensation sur les parois froides, ce qui entraîne la dégradation de ces dernières. Cela nécessite une ventilation suffisante
(mécanique si nécessaire) et l’élimination ou l’isolation renforcée de
certains points plus froids de la paroi appelés ponts thermiques.
1.3 Préservation de l’environnement
La consommation d’énergie pour satisfaire les besoins dans les
bâtiments, outre son impact financier sur le revenu des ménages ou
les charges d’exploitation des entreprises, a des conséquences sur
l’environnement qui justifient à elles seules que des mesures d’économie soient prises dans une logique de préservation des ressources et de développement durable. Les principaux impacts globaux
sur l’environnement sont les suivants :
1.3.1 Effet de serre
L’effet de serre est causé par la présence, dans l’atmosphère, de
gaz qui absorbent et réémettent une partie du rayonnement infrarouge émis par la surface de la terre, conduisant ainsi à un échauffement de la partie basse de l’atmosphère. Ce phénomène n’est pas
nouveau et sans lui aucune vie ne serait possible sur terre. Mais le
risque potentiel d’augmentation est dû à la présence accrue dans
l’atmosphère de dioxyde de carbone, de méthane, de composés
chlorés (CFC, HCFC) ou d’oxyde nitreux NO2 (le seul CO2 est passé
d’une concentration de 310 p.p.m. en 1960 à 350 p.p.m. en 1993 et
cette concentration croît à un rythme de 0,5 % par an). La consommation d’énergie dans les bâtiments est responsable d’émissions de
gaz à effet de serre, principalement CO2, et cette contribution peut
être estimée sur la base des équivalences du tableau 1.
(0)
À ces deux besoins s’ajoutent parfois :
— le rafraîchissement en période de canicule, surtout dans le Sud
du pays ;
— le rafraîchissement dans les locaux fermés comportant de
nombreux apports thermiques inévitables (grands bâtiments tels
que tours, magasins, salles de spectacles, ateliers avec de nombreuses machines, etc.) ;
— le conditionnement d’air dans des bâtiments de prestige ou
d’usage spécifique (grands hôtels, magasins, hôpitaux, etc.).
1.2 Conservation des bâtiments
et des biens
Tableau 1 – Bilan des émissions de CO2 selon les énergies
Combustible
CO2
(g/kWh)
Fioul domestique ........................
266
Fioul lourd ...................................
281
Gaz naturel ..................................
198
Propane .......................................
252
Charbon .......................................
356
Bois ..............................................
0 (1)
Électricité :
■ Conservation des biens abrités
– pointe ........................................
383
On rencontre cette exigence dans des entrepôts de matériels ou
de produits fragiles (musées, bibliothèques...) où la température
doit être maintenue entre certaines limites par une installation de
chauffage ou de climatisation.
– autres ........................................
66
BE 9 021 − 2
(1) Par convention, il est considéré que le bilan d’émission de CO2 du bois
est nul compte tenu du stockage pendant la croissance du végétal.
Sources : CEA/DSE, CITEPA - ADEME
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— la convection sur la paroi en contact avec l’extérieur.
NOx (mg/kWh)
400
300
200
100
0
300
On ne tient pas compte, du fait des températures considérées, des
échanges par rayonnement (ce qui ne serait plus vrai, par exemple,
pour le calcul de l’isolation d’un four de cuisson domestique) :
110
Chaudière
standard
Dp = hint S (θi − θpi) = λ S/e (θpi − θpe) = hext S (θpe − θe)
240
Chaudière à
condensation
Chaudière
bas NOx
90
Chaudière à
condensation bas NOx
avec
Figure 1 – Émissions de NOx selon le type de chaudière, source BRE
(Building Research Establishment)
1.3.2 Pluies acides
Lors de la combinaison, dans la haute atmosphère, des oxydes
d’azote (et de soufre) avec de l’eau, il se forme des composés acides
qui retombent sous forme de pluies « acides ». Ces précipitations
sont responsables de dommages aux plantes, à la vie aquatique et
aux bâtiments. Les générateurs à combustion du secteur du bâtiment utilisent des combustibles contenant très peu de soufre et sont
donc seulement responsables d’émissions d’oxydes d’azote (NOx).
Les NOx sont générés durant la combustion lorsque l’azote atmosphérique se combine à l’oxygène sous l’effet des hautes températures du brûleur. La quantité de NOx générée par une chaudière est
principalement fonction de la conception du brûleur. Les différences
sont illustrées (pour une chaudière de 300 kW fonctionnant 1 200 h/
an) sur le graphique de la figure 1.
1.3.3 Couche d’ozone
Les chlorofluorocarbones (CFC), les hydrochlorofluorocarbones
(HCFC) et les halons sont des composés chimiques utilisés à divers
titres dans les bâtiments et principalement :
— pour les halons, dans les extincteurs et équipements de lutte
contre les incendies ;
— pour les composés carbonés chlorés ou chlorofluorés, comme
agents de moussage pour la fabrication d’isolants, et comme fluides
réfrigérants dans les installations de froid domestique, industriel et
commercial, les installations de conditionnement d’air et les pompes à chaleur.
Ces composés, lorsqu’ils sont relâchés dans l’atmosphère, détruisent la couche d’ozone stratosphérique qui protège la terre du
rayonnement UV. L’ODP d’une substance (ozone depletion potential) est le pouvoir destructeur relatif de la substance, sachant qu’a
été attribuée la valeur 1 au CFC 11.
S
surface de la paroi,
e
épaisseur de la paroi,
λ
coefficient de conductivité thermique,
θ i, θ e
respectivement températures des ambiances
intérieures et extérieures,
θpi, θpe
respectivement températures de surface de la
paroi côté intérieur et côté extérieur,
hint, hext
respectivement coefficients d’échanges par
convection de la paroi à l’intérieur et l’extérieur.
■ En pratique, on utilise des paramètres globaux.
●
Le coefficient de transfert global K :
1
e
1
1
---- = --------- + --- + ---------K
h int λ h ext
qui permet d’écrire :
Dp = KS (θi − θe)
et qui caractérise une paroi donnée, simple ou complexe, la formule
pouvant comporter plusieurs termes en e/λ, pour chaque couche de
matériau homogène.
● Le coefficient volumique de déperditions thermiques G comporte la somme de deux déperditions :
— la première relative à la déperdition de l’enveloppe et calculée
à partir de la somme des déperditions de chaque paroi ; on calcule
ces déperditions en sommant celles de chacune des parois (Ki x Si),
puis en rapportant cette somme au volume V du local :
G1 =
∑
i
Ki ⋅ Si
--------------V
— la seconde relative à la déperdition thermique due à la ventilation (§ 2.1.4.2 et [BE 9 020] § 2.2).
En pratique, le coefficient G permet d’avoir un accès rapide à la
puissance maximale P (en W) nécessaire au chauffage d’un bâtiment de volume V (en m3) à la température extérieure minimale θb
par la relation :
P = G · V (θi − θb) x 10−3
2. Techniques de maîtrise
de l’énergie
2.1 Économies d’énergie
2.1.1 Isolation de l’enveloppe
■ Le calcul des déperditions thermiques à travers les parois Dp (en
W) repose sur la loi générale du transfert de chaleur à travers une
paroi. Les déperditions sont dues à trois modes de transferts qui ont
lieu en cascade :
— la convection sur la paroi intérieure du local ;
— la conduction à travers la paroi ;
On peut aussi avoir une estimation de la consommation annuelle
Q (en kWh/an) nécessaire au chauffage du même bâtiment, pour un
climat de degrés-heures DH (en K · h), par la relation :
Q = B · V · DH x 10−3
Le coefficient B, qui exprime les besoins nets du bâtiment, c’est-àdire tenant compte des apports gratuits, s’obtient, à partir du coefficient G précédemment défini, par la relation :
B = [G − 1,5/(θi − θe)](1 − F )
Le premier terme tient compte des apports gratuits internes ; θe
est la température extérieure moyenne en saison de chauffe.
Le second terme tient compte des apports solaires ; F est un coefficient de couverture solaire. On se reportera aux méthodes de calcul réglementaires pour la construction neuve, publiées par le CSTB
dans les Cahiers techniques du bâtiment, pour la détermination de
ce coefficient.
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2.1.1.1 Parois opaques
2.1.1.1.2 Construction existante
Pour toutes les parois opaques, la plupart des isolants employés
doivent leur faible conductivité thermique à la présence d’air emprisonné dans leur masse :
— soit sous forme de bulles fermées (mousse expansée) ;
— soit sous forme d’un entrelacs de fibres, ce qui leur confère
une grande légèreté, mais une résistance mécanique faible les rendant impropres au support de charges.
■ Isolation par l’extérieur (prix de revient en 2000 de l’isolation par
l’extérieur : de 500 à 800 F/m2)
Le Centre Scientifique et Technique du Bâtiment (CSTB) classe les
parois, en fonction de leur coefficient K, en neuf classes. Ce coefficient augmente de classe en classe avec une progression d’environ
0,3 W · m−2 · K−1 :
— la classe I va de 1 à 1,3 W · m−2 · K−1 ;
— la classe IX va de 3,41 à 3,7 W · m−2 · K−1.
2.1.1.1.1 Construction neuve
■ Mur homogène
Le mur est construit en employant des matériaux suffisamment
isolants pour en limiter l’épaisseur à une valeur acceptable.
Pour un mur de classe IV (1,9 à 2,1 W · m−2 · K−1), le tableau 2
donne, en fonction du matériau utilisé, une épaisseur e de matériau
à mettre en œuvre.
(0)
Tableau 2 – Conductivité thermique et épaisseur
équivalente pour divers matériaux de construction
Matériau
Conductivité λ
(W · m−1 · K−1)
Épaisseur e
(cm)
Granit ...........................................
3,5
170
Calcaire ........................................
1,5
70
Maçonnerie tout venant .............
0,9
40 à 50
Béton banché ..............................
0,6
30
– creux .........................................
0,45
22
– alvéolaires ................................
0,38
20
Béton en blocs :
Briques :
– pleines ......................................
0,5
25
– creuses ......................................
0,42
20
Bois ..............................................
0,15
7à8
Seuls les matériaux très isolants ( λ < 0 ,45 W · m Ð1 · K Ð1 ) sont
encore employés dans ce mode de construction.
■ Mur hétérogène
Le mur est composé d’une paroi support, généralement en béton,
doublée de parois isolantes ; ce type de réalisation est très employé
actuellement, car il permet des isolations de haut niveau avec une
épaisseur faible et un coût raisonnable. On y parvient :
— par construction au moyen de matériaux différents accolés ;
— par montage d’éléments composites préfabriqués.
En cours de mise en œuvre, un contrôle du bon raccordement des
différents éléments isolants est indispensable. Dans les deux cas,
une attention particulière devra être accordée à certains points de
grande transmission thermique (abouts de dalle ou de refends,
poteaux, linteaux de poutres, balcons, bardeaux d’acrotères, etc.),
que l’on nomme ponts thermiques, afin d’en limiter les déperditions.
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Sur le plan technique, c’est la façon la plus satisfaisante de procéder car :
— elle assure une isolation complète et supprime la plupart des
ponts thermiques ;
— elle conserve une bonne inertie au local.
Par contre, elle modifie souvent l’aspect de la façade.
Sur le plan économique, cette solution est onéreuse et nécessite
la mise en place d’un échafaudage ; elle est donc difficilement rentable sauf si un ravalement de façade s’impose.
On y parvient de différentes façons :
— par un isolant en plaques collées au mur ou empalées sur des
tiges ; le tout est alors protégé par un bardage (tôles métalliques ou
plastiques, ardoises, bardeaux, etc.) fixé à distance sur une ossature
afin qu’une lame d’air permette la respiration du mur ;
— par un isolant en plaques collées au mur et recouvertes d’un
enduit plastique armé de toile de verre ;
— par revêtement d’un isolant projeté, plus épais qu’un simple
enduit de façade.
■ Isolation par l’intérieur (prix de revient en 2000 de l’isolant posé :
de 250 à 400 F/m2)
La réalisation de l’isolation, techniquement plus accessible et
moins onéreuse que la précédente, rencontre d’autres
inconvénients :
— elle diminue la surface du local ;
— elle nécessite la réfection de la décoration intérieure ;
— elle dérange les occupants ;
— elle diminue l’inertie thermique du local, ce qui rend plus difficile la régulation de son chauffage.
On a le choix entre deux techniques :
— des plaques en plâtre intégrant l’isolant et le parement ;
— un isolant caché par une cloison en carreaux de plâtre ou de
briquettes, ce qui conduit à des épaisseurs plus grandes.
Dans les deux cas (isolation par l’extérieur ou l’intérieur) pour une
construction existante, l’isolation de l’ensemble des murs n’est pas
toujours nécessaire. Un calcul des déperditions permet souvent de
limiter cette action aux façades Nord ou ventées, surtout si ce sont
des murs pignons dépourvus de fenêtres, cas où la mise en œuvre
de l’isolation est beaucoup plus facile.
2.1.1.1.3 Terrasses
Deux techniques sont employées :
— un isolant placé sous l’étanchéité soit directement sur le plancher support, soit directement sous l’étanchéité ;
— un isolant placé au-dessus de l’étanchéité. Seuls certains isolants peuvent convenir.
Les déperditions du dernier étage d’un bâtiment dépendent fortement de cette isolation et sa mise en place facilite l’équilibrage thermique de l’installation.
2.1.1.1.4 Combles
S’il s’agit de combles perdus, l’isolation sur plancher est
préférable : la surface est plus faible, la pose est plus facile et l’isolant est moins exposé à se détériorer ; de plus, la ventilation des
charpentes reste bien assurée. On utilise alors très généralement
des fibres minérales en rouleaux.
S’il s’agit de combles habités, l’isolant est placé sous la toiture et
protégé de la condensation par un pare vapeur (feuille étanche en
plastique) placé sous l’isolant. On utilise alors soit des isolants de
fibres minérales en rouleaux placés sous le rampant, soit des plaques de mousse expansée.
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2.1.1.1.5 Plancher bas
Il s’agit du plancher inférieur sur sous-sol, vide sanitaire ou terreplein. L’isolation se fait de deux façons :
— entre le plancher porteur et la chape ;
— en sous-face du plancher porteur, éventuellement intégré
comme voûtain isolant.
Les matériaux généralement employés sont alors des plaques de
mousse expansée. Une autre possibilité est le flocage (projection)
de laine minérale.
2.1.1.2 Parois vitrées
2.1.1.2.1 Ouvrants
Les parois vitrées constituent une zone particulière dans l’enveloppe du bâtiment :
— d’une part, ce sont des points faibles pour l’isolation, inconvénient limité par l’ampleur de leur surface habituelle (15 à 20 % des
parois) ; les constructions des années 1955 à 1975 ont souvent des
surfaces très supérieures (baies vitrées) ;
— d’autre part, elles permettent des échanges de rayonnement
avec l’extérieur, globalement bénéficiaires au bâtiment (apports
gratuits).
Il y a donc lieu de bien analyser ce phénomène. Les déperditions
dépendent :
— de la structure du vitrage : simple vitrage (K = 3,6 à
3,8 W · m−2 · K−1), double vitrage (K = 0,9 à 1,3 W · m−2 · K−1) ;
— du matériau de l’encadrement : bois ou plastique sont
satisfaisants ; le métal introduit un pont thermique non négligeable ;
— de la qualité de l’étanchéité : les ouvrants modernes répondent
à des classes de qualité, les ouvrants anciens sont souvent très
défectueux.
Deux échanges thermiques opposés traversent les vitrages :
— le rayonnement solaire, qui est une source d’apport gratuit soit
par action directe, soit par action réfléchie ou diffusée sur d’autres
immeubles ;
— en période froide, un rayonnement à effet inverse qu’il
convient d’atténuer par des voilages ou des persiennes.
De nuit, il est donc bon de se rapprocher de l’isolation d’une paroi
opaque par l’emploi de rideaux ou mieux de volets étanches.
2.1.1.2.2 Vérandas
Le phénomène décrit pour les ouvrants (§ 2.1.1.2.1) est alors
amplifié : l’apport gratuit et le rayonnement déperditif peuvent
devenir importants, voire excessifs, et poser de sérieux problèmes
de confort, nécessitant l’emploi de vitrages isolants ou de moyens
d’occultation efficaces. Sinon, cela conduit à la fermeture et à l’inoccupation périodique de la véranda.
8
11
9
1
7
6
5
2
3
4
10
Figure 2 – Recensement des ponts thermiques sur un logement
(source CSTB)
Rendement et pertes sur PCI
Rendement et pertes sur PCS
100
107
Pertes par eau non condensée
100
90
Fumées
Excès d'air
balayage
Rayonnement
Convection
90
80
80
70
70
2.1.1.2.3 Immeubles largement vitrés
Leur conception doit alors intégrer correctement ces phénomènes
afin de s’en prémunir de façon efficace : gestion centralisée, éventuellement complétée par une climatisation.
2.1.1.3 Ponts thermiques
Taux de charge mi-saison
Les ponts thermiques sont fortement dépendant du nombre de
planchers ou murs de refend ainsi que du procédé constructif et de
l’isolation associée. Les possibles ponts thermiques sont répertoriés
sur l’exemple de maison individuelle de la figure 2.
Taux de charge en hiver
0
50
100
Taux de charge (%)
2.1.2 Générateurs
2.1.2.1 Pertes thermiques
Les principales causes de pertes thermiques des générateurs thermiques à combustion sont indiquées sur le graphique de la figure 3.
Taux de charge =
charge utile
puissance nominale
Figure 3 – Pertes d’un générateur à combustion
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2.1.2.1.1 Pertes par les parois (rayonnement, convections)
Elles sont inévitables, sauf dans le cas du générateur divisé,
lequel est lui-même émetteur.
On les minimise :
— en calorifugeant au mieux le générateur (gain de 3 à 6 % pour
les chaudières récentes, on va jusqu’à une épaisseur de 10 cm, ce
qui réduit les pertes à 1 % de la génération ;
— en baissant le plus possible la température de fonctionnement
du générateur, ce qui nécessite de grandes surfaces d’émission et
un retour de distribution à basse température.
2.1.2.1.2 Pertes par les produits de combustion ou fumées
On les minimise en maintenant au plus bas la température de sortie des fumées (gain de 2 à 4 %) :
— vers 180 ˚C avec une chaudière classique ;
— vers 150 ˚C avec une chaudière basse température ;
— vers 40 à 50 ˚C avec une chaudière en période de condensation
totale ; dans ce cas, on récupère en plus la chaleur de condensation
d’une partie plus ou moins importante de la vapeur d’eau contenue
dans les fumées : le gain dépend alors du combustible utilisé et de
la température de sortie des fumées avec un maximum de 9 % avec
le gaz naturel, 8 % avec le propane et 6 % avec le fioul domestique.
La limite dans ce domaine est donnée par :
— la capacité du matériau de la chaudière à résister à la corrosion
sulfurique, au-dessous de la température de rosée ;
— les possibilités de tirage de la cheminée.
2.1.2.1.3 Pertes par balayage
Au cours de l’arrêt de fonctionnement du brûleur, le tirage de la
cheminée entraîne un balayage du foyer qui le refroidit. L’installation
d’un clapet coupe-tirage peut éliminer une grande partie de ces pertes (de 3 à 10 %).
2.1.2.1.4 Pertes par les imbrûlés
On les minimise par une adaptation du brûleur : optimisation de
l’excès d’air et fragmentation la meilleure possible des combustibles concernés :
— pour le fioul domestique, le gicleur doit être adapté à la puissance désirée ;
— pour le charbon, il faut utiliser, des grains de bonne taille ;
— pour le bois, il faut une découpe adaptée au foyer de la chaudière.
Le gain peut être variable, de 2 à 5 % selon les cas.
Dans le cas d’un matériel domestique trop usagé, son remplacement s’impose, car les chaudières modernes procurent des gains de
rendement parfois spectaculaires (de 0,7 à 0,9 pour le générateur).
Il existe également des générateurs à combustion localisée, sous
des formes diverses :
— poêles ou radiateurs de cheminées, fonctionnant avec différents combustibles : gaz naturel, propane, fioul domestique, charbon ou bois. Ces appareils sont de plus en plus réservés aux
résidences secondaires ;
— radiateurs à ventouse, fonctionnant au gaz naturel ou au
propane.
Ces générateurs ont l’avantage d’être localisés et de permettre
facilement un chauffage adapté à chaque pièce, d’où une économie
de consommation.
2.1.2.2 Générateurs à résistance électrique
Les plus courants sont les convecteurs. Leur avantage principal
provient de leur simplicité et de leur qualité de générateur émetteur,
laquelle procure d’excellents rendements.
Il existe également des générateurs radiants sous deux formes
principales :
BE 9 021 − 6
— des panneaux rayonnants à infrarouge ;
— des panneaux rayonnants à basse température et grande surface dont la version la plus répandue est un film plastique en rouleau, d’origine nordique.
L’intérêt énergétique majeur de ces générateurs réside dans le fait
qu’ils sont localisés, ce qui leur permet une grande souplesse de
fonctionnement et autorise une forte intermittence. De plus, les panneaux radiants de grande surface conduisent, généralement, à une
température ambiante plus faible. À confort égal, ces générateurs
permettent une économie de consommation comprise entre 5 et
15 % à condition d’utiliser une régulation ayant un thermostat
adapté à ce type d’émission.
Il existe également des chaudières à résistance électrique pour
chauffage central ; leur encombrement et l’entretien qu’elles nécessitent sont faibles mais elles ne procurent pas les avantages ci-dessus.
2.1.2.3 Générateurs thermodynamiques
Ce sont les pompes à chaleur pour le chaud et les groupes frigorifiques pour le froid (cf. articles spécialisés dans ce traité). Un même
appareil peut assurer les deux fonctionnements successivement.
Deux grandes catégories sont actuellement utilisées :
— les générateurs à compression, entraînés par un moteur électrique (petites et moyennes puissances) ou thermique (moyennes et
grandes puissances) ; dans ce dernier cas, la récupération de la chaleur perdue est importante ;
— les générateurs à absorption, nécessitant une source de chaleur à température moyenne ou élevée.
La deuxième famille d’appareils est nettement moins répandue
que la première.
Pour assurer leur fonctionnement, il est nécessaire de disposer
d’une source thermique extérieure froide pour la pompe à chaleur
(sol, eau, air extérieur ou extrait, capteur statique, etc.) ou chaude
pour le groupe frigorifique (condenseur à eau ou à air).
Cycle thermodynamique et source thermique entraînent des
appareils de complexité plus grande et donc des coûts plus élevés.
Ces coûts sont compensés par :
— une performance nettement supérieure à 1 ; par exemple, 2,4 à
2,8 pour une pompe à chaleur sur air extérieur et 2,6 à 3,5 pour une
pompe à chaleur sur eau ;
— une possibilité de réversibilité, c’est-à-dire une génération
alternative de chaud ou de froid.
La performance de ces machines est très sensible à leurs conditions d’installation, la meilleure étant obtenue pour une faible différence de température des sources : source froide la plus chaude
possible [de 10 à 25 ˚C (1)] et source chaude (distribution) la plus
froide possible (de 30 à 45 ˚C) [cas du chauffage].
Nota (1) : un tel niveau de température est rarissime (cas de stations thermales par
exemple) et, à ce niveau de température, on peut utiliser directement et simplement un
échangeur).
2.1.2.4 Générateur par échange
2.1.2.4.1 Sous-station
Il s’agit alors d’un échangeur de chaleur interposé entre un réseau
primaire de transport de chaleur (par eau ou par vapeur) et le circuit
de distribution du bâtiment. La seule économie possible réside dans
une bonne isolation de la sous-station.
La sous-station fait en général partie du réseau de chaleur et un
compteur placé sur la distribution de l’immeuble permet la facturation de la chaleur fournie (cf. articles spécialisés dans ce traité).
2.1.2.4.2 Récupérateur de chaleur sur les déperditions
Les pertes thermiques du bâtiment peuvent faire l’objet d’une
récupération ; celle-ci viendra en diminution de la génération.
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Sonde extérieure
Sonde capteur
Régulation
du chauffage
d'appoint
Soupape
Soupape
Chaudière
d'appoint
Capteurs
Sonde
température
départ
Vase d'expansion
Pompe
Pompe
Clapet
antiretour
Vase
d'expansion
Ballon de
stockage
eau
chaude
solaire
Sonde dalle
Régulation
différentielle
Bouteille
casse-pression
Clapet
antiretour
Sonde de
température
maximale
de la dalle
Réseau
de plancher
chauffant
Sonde ballon
Compteur
volumétrique
Figure 4 – Schéma de principe de plancher solaire direct avec appoint chaudière
Les systèmes les plus employés portent sur les déperditions de
l’air extrait avec récupération :
— par échangeur avec l’air neuf : cette technique est d’autant
plus efficace que l’air extérieur est plus froid. Pour les petites puissances, on utilise des échangeurs à plaques ; pour les puissances
plus importantes, on utilise également des échangeurs à caloducs
ou des échangeurs rotatifs à silicagels ou à saumure ;
— par évaporateur de pompe à chaleur sur air extrait : la récupération est plus importante en climat tempéré, mais elle nécessite
une bonne constance de la température de l’air extrait (occupation
permanente du bâtiment).
Certains systèmes se développent pour la récupération de chaleur
à travers l’enveloppe ; on parle alors d’isolation dynamique. Pour y
parvenir, on fait circuler un fluide à l’intérieur de cette paroi, généralement de l’air ; selon le mode de circulation de ce fluide, on les
divise en deux catégories :
— isolation pariétodynamique qui comporte des cavités parallèles à la paroi ;
— isolation perméodynamique où le mouvement du fluide est
perpendiculaire à la paroi, au travers d’un isolant poreux.
Exemple : l’air extérieur se réchauffe dans cette circulation avant
d’être introduit dans le local ou de venir céder sa chaleur à un évaporateur de pompe à chaleur.
Les capteurs vitrés, de construction soignée, sont conçus pour
produire de l’eau à une température comprise entre 40 et 80 ˚C, destinée essentiellement à la fourniture d’eau chaude sanitaire.
Les capteurs nus, de construction simplifiée, sont soit en tubes,
soit en tapis plastique. Ils sont conçus pour fournir de l’eau à une
température comprise entre 15 et 50 ˚C, destinée plutôt au préchauffage d’eau chaude sanitaire ou au chauffage de bassin de piscine.
Ils peuvent également servir de source froide pour pompe à
chaleur ; on en rencontre alors de deux sortes :
— de véritables capteurs solaires nus ;
— des capteurs à tubes, généralement métalliques, exposés à la
ventilation naturelle ; leur captation provient alors plus de l’air extérieur que du solaire proprement dit.
Beaucoup fonctionnent à l’eau glycolée mais certains sont de
véritables évaporateurs où circule directement le fluide frigorigène.
Certains de ces capteurs sont enterrés et récupèrent la chaleur accumulée dans le sol durant la saison chaude.
Un système de recours à l’énergie solaire est particulièrement
bien adapté au chauffage des logements, il s’agit du plancher solaire
direct. Dans le principe, il repose sur une circulation directe du fluide
(eau glycolée), chauffé par les capteurs, dans les tuyauteries noyées
dans les dalles des planchers. Le schéma de la figure 4 illustre ce
dispositif avec un appoint par chaudière.
2.1.2.6 Bi-énergie
2.1.2.5 Générateurs par rayonnement solaire
Les capteurs utilisés dans le bâtiment sont des capteurs plans de
deux types principaux.
Les énergies sont de types différents : stockable ou de réseau, à
tarif constant ou périodique, fossile ou renouvelable, etc. De même,
les générateurs ont leur qualité propre ; par exemple, complexe
mais performant, simple et bon marché, etc.
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Les combiner peut apporter des avantages car on met à profit ces
différences pour employer chaque générateur et chaque énergie
dans les meilleures conditions :
— 1er cas : on utilise le générateur le plus performant en base,
c’est-à-dire pour assurer, durant toute la saison de chauffage,
l’essentiel de la génération ; on utilise l’autre en appoint, durant la
saison. Avec 40 % de la puissance de base, on peut assurer 80 % du
besoin utile. Par exemple : chaudière à condensation en base et
chaudière normale en appoint ;
— 2e cas : on utilise une chaudière en pointe lorsque sa charge
est élevée et une pompe à chaleur sur air extérieur en relève lorsque
sa performance est élevée ;
— 3e cas : on utilise en fond un chauffage central à eau chaude et
l’on évite de rencontrer des problèmes d’équilibrage thermique par
l’emploi en complément de convecteurs électriques.
2.1.3 Distribution et émission de chaleur
ou de froid
La distribution s’effectue à l’aide d’un fluide caloporteur dont
le débit est inversement proportionnel à la capacité thermique
volumique du fluide : deux fluides simples sont couramment
employés pour cet usage : l’eau (1 160 Wh · m−3 · K−1) et l’air
(0,38 Wh · m−3 · K−1).
À cause de sa grande capacité thermique volumique, le fluide le
plus employé, notamment en France, est l’eau en raison de sa mise
en œuvre facile, de la détection rapide de ses fuites et d’une longue
habitude.
L’air nécessite des débits beaucoup plus importants, ce qui
entraîne des conduites de plus gros diamètre dont les fuites sont
plus difficilement décelables et il peut générer des bruits gênants ;
par contre, il supprime la fonction émission et son inertie thermique
relativement faible est avantageuse dans les locaux très isolés.
Cependant, le système est ouvert sur l’extérieur, ce qui le rend très
sensible aux perturbations (ouvrants, vent, etc.) et diminue grandement sa stabilité de fonctionnement.
2.1.3.2 Inertie de la distribution
On prend en compte une inertie volumique IV (Wh · m−3 · K−1). Sa
valeur dépend des paramètres suivants :
— volumes et capacités thermiques du fluide contenu et du matériau contenant ;
— différence de température entre fluide de distribution et
ambiance à traiter.
Elle dépend donc beaucoup de la structure de la distribution (par
eau ou par air).
Cependant, sa valeur relativement faible par rapport à l’inertie
structurelle limite son influence aux variations de température rapides que la régulation impose à la distribution. Cela peut entraîner
une émission plus ou moins pulsée, avec une période de l’ordre de
quelques dizaines de minutes.
2.1.3.3 Émission
Les émetteurs de chaleur sont de plusieurs types : certains fonctionnent par convection naturelle ou forcée, d’autres par radiation et
beaucoup combinent les deux.
Le choix d’un émetteur est capital ; il conditionne la bonne adaptation de l’installation de chauffage au besoin utile et à ses variations. Le choix doit se faire en fonction des caractéristiques du local
à chauffer (volume, hauteur, inertie, etc.) et de l’activité qui s’y
exerce (sédentaire, mobile, bruyante, selon les conditions d’habillement, etc.). Cette remarque est d’autant plus vraie que l’activité est
plus spécifique (entrepôt, élevage, piscine, etc.).
En règle générale, il y a lieu de rechercher, selon le local :
— l’homogénéité de température, par convection, si la hauteur de
plafond est basse ;
2.1.3.1 Pertes dans le circuit
— le chauffage des objets et des personnes par rayonnement si la
hauteur de plafond est élevée, afin de ne pas y accumuler, des
masse d’air plus chaud (gradient vertical de température). Cet objectif peut être atteint par l’emploi de grandes surfaces d’émission à
basse température (plancher, ou plafond chauffant, à eau chaude ou
électrique). L’effet de rayonnement permet de baisser un peu la température de l’air de la pièce et conduit alors à une légère économie
de chauffage ;
Compte tenu des surfaces de conduites très importantes, les pertes devraient être énormes : en fait, dans tout le volume chauffé, les
conduites ne sont pas isolées et jouent partiellement le rôle d’émetteur.
— une inertie d’émission adaptée aux variations de besoin utile :
si ces dernières sont lentes, une forte inertie (plancher chauffant ou
gros radiateurs) favorise le confort par un maintien de la
température ; si elles sont rapides, une faible inertie est préférable
(petits radiateurs, convecteurs ou chauffage par air) ;
La vapeur d’eau et l’eau surchauffée sont des fluides parfois
employés à cause de leurs grandes capacités thermiques ; elles sont
plutôt utilisées dans les réseaux de chaleur.
En dehors des volumes chauffés, il y a lieu :
— de limiter la longueur des conduites ;
— de les isoler soigneusement (gains de 2 à 4 % en maison individuelle et de 4 à 8 % en bâtiment collectif) ;
— de veiller à leur bonne étanchéité, surtout avec l’air (pertes
potentielles très importantes) ;
— enfin, de distribuer à la température la plus basse possible.
Le chauffage à basse température (de 25 à 40 ˚C) est une tendance
qui se répand rapidement. Il présente de nombreux avantages : utilisation de générateurs modernes à haut rendement, diminution de
pertes en distribution, facilité de régulation et augmentation du
confort due à une température plus régulière.
Un circuit de distribution est souvent complexe ; il comporte des
vannes qui permettent un équilibrage correct des débits. On peut
ainsi répartir les débits afin d’assurer un niveau de température
convenable dans toutes les pièces du bâtiment ; cette opération se
dénomme équilibrage thermique. En immeuble collectif et dans les
bâtiments du tertiaire, cette opération délicate à réaliser, doit être
relativement fréquente, mais peut améliorer sensiblement les résultats (gains de 3 à 8 %).
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— une émission à basse température diminue le gradient d’émission et rend cette dernière plus sensible à toute variation de température du local, d’où une autorégulation de l’émission favorable à
son rendement et au confort de l’occupant ;
— un niveau sonore de l’émetteur adapté à celui du milieu : tout
local de séjour (lieu de passage, bureau, salle de séjour, etc.) tolère
un léger niveau sonore à l’émission [30 à 35 dB(A), ventilation par
exemple] ; dans un local calme (chambre à coucher), il faut l’éviter.
Parmi les générateurs-émetteurs, on peut signaler deux grandes
catégories de matériels :
— les appareils de faible puissance, destinés au chauffage d’une
seule pièce, tels que les convecteurs électriques ;
— les appareils plus puissants, qui assurent en plus, surtout en
demi-saison, le chauffage des pièces voisines : poêles, radiateurs à
gaz (avec cheminée ou à ventouse), pompe à chaleur réversible airair, etc. Ce mode de chauffage, très utilisé dans les maisons individuelles campagnardes, impose certaines contraintes (ouverture permanente des portes) et n’assure par une distribution de chaleur très
équilibrée, ce qui n’est pas forcément un inconvénient.
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2.1.4 Ventilation économe
Le renouvellement d’air d’un local est nécessaire afin d’y maintenir la qualité de l’air, surtout s’il y a des occupants. Les principaux
défauts à combattre sont :
— l’accumulation de dioxyde de carbone et de vapeur d’eau due
à la respiration, à la combustion, à la cuisson ou aux soins
sanitaires ;
— l’accumulation de mauvaises odeurs.
D’autres contraintes peuvent également intervenir : par exemple,
risques de fuite de gaz combustible.
Le taux de renouvellement d’air suscite un débat qui n’est pas
achevé : diminuer les débits de ventilation permet de réduire les
déperditions thermiques, mais nuit à la qualité de l’air intérieur. De
nombreux travaux internationaux sont en cours mais aucune position définitive n’est retenue. Il importe, du point de vue des économies d’énergie, de maîtriser le débit de renouvellement d’air et de le
maintenir le plus exactement possible, à chaque moment, au minimum hygiénique fonction de la présence des occupants.
Ce renouvellement d’air se fait de diverses façons.
2.1.4.1 Ventilation naturelle
La ventilation est dite naturelle si elle est simplement due à de
petites ouvertures spécialement aménagées à cet effet, reliées ou
non à des gaines, et complétée par les défauts d’étanchéité des
ouvrants (portes ou fenêtres) ou par leur ouverture temporaire ; elle
est donc variable et très sensible au vent.
Pour fixer les idées, on peut retenir les ordres de grandeur suivants, pour une ouverture de 1 cm2 :
— 0,3 m3/h en site urbain ;
— 0,5 m3/h en site rural ;
— 1 m3/h en site venté.
L’amélioration de l’étanchéité des ouvrants se fait aisément et à
peu de frais à l’aide de joints :
— soit en injectant des pâtes élastiques au silicone ;
— soit avec des lames métalliques souples clouées, de fiabilité
meilleure.
Quant aux parois opaques hétérogènes, leur étanchéité n’est pas
toujours bonne ; des fuites se décèlent souvent aux joints et en particulier dans les angles. Dans ce cas, des points froids apparaissent,
avec condensation et dégradation rapide.
2.1.4.2 Ventilation mécanique
Dans un local très étanche, la ventilation doit être mécanique,
soit :
— par extraction simple placée dans les pièces de service avec
entrée d’air dans les pièces principales au moyen de petites
ouvertures ;
— par insufflation d’air placée dans les pièces principales et évacuation par les pièces de service ;
— par double flux (insufflation et extraction) au moyen d’un double circuit de gaines et de ventilateurs ; on parle alors de ventilation
mécanique contrôlée (VMC). Celle-ci n’a de sens que si l’étanchéité
du bâtiment est suffisante et l’ouverture des ouvrants limitée au
strict minimum. Cette disposition est nécessaire dans le cas d’un
local climatisé.
Les déperditions thermiques par ventilation Dv, sont importantes
et données par la relation :
Dv = QCp (θi − θe)
avec
Q
θi
θe
Cp
débit d’air renouvelé,
température intérieure,
température extérieure,
capacité thermique de l’air.
Dans le cas de la ventilation mécanique, un abaissement nocturne
du débit d’air (par exemple de 30 %) se justifie par la diminution des
activités ; il est souvent réalisable et procure des économies d’énergie intéressantes (de 5 à 10 %).
Renouveler, en permanence, un débit d’air de 1 m3/h consomme
25 kWh/an (déperditions thermiques plus consommation électrique
du ventilateur). Cela représente une part non négligeable des déperditions thermiques d’un bâtiment : de 10 à 30 % selon le degré de
l’isolation de l’enveloppe. Dans bien des cas, à l’exception de celui
des petits logements, les débits d’air renouvelés peuvent être diminués de 20 à 30 %.
Modifier l’état de la ventilation d’un local coûte très cher ; en particulier, y installer des gaines techniques non prévues à l’origine est
très difficile. On peut cependant signaler qu’il existe des expériences
où des gaines ont été installées à l’extérieur des bâtiments, à l’occasion d’une réhabilitation de façades.
2.1.4.3 Interventions sur la ventilation
Les interventions ont été évoquées (§ 2.1.4.1 et § 2.1.4.2). Elles
sont de deux types essentiellement, interventions sur les bouches et
interventions sur l’extracteur.
Les interventions sur les bouches consistent au nettoyage ou au
remplacement des unités terminales lorsqu’elles sont encrassées
ou hors d’usage. Ces interventions ne sont pas chiffrées, simplement parce que l’état des bouches varie d’un local à l’autre, et que la
visite d’un expert n’aura pas permis d’affecter un coefficient de mauvais fonctionnement à chacune d’entre elles. Plus qu’une économie,
il s’agit par cette intervention de conserver en bon état le bâti : une
mauvaise aération des locaux porte préjudice à la conservation du
bâtiment, et par là même au moral et à la santé des occupants.
Les interventions sur l’extracteur, mis à part ici aussi l’entretien
nécessaire au bon fonctionnement, concernent d’abord la marche
de l’appareil. La possibilité d’arrêter la marche du ventilateur ou de
réduire son débit pendant certaines périodes ne peut s’appliquer
qu’à des locaux à usage intermittent, c’est-à-dire les bureaux et les
locaux d’enseignements. Ces interventions, surtout l’arrêt, entraînent des économies non négligeables sur la consommation électrique du ventilateur et sur la consommation de chauffage.
Le remplacement des appareils anciens avec un mauvais cosinus
ϕ, ou la pose de condensateurs, entraîne une diminution de l’énergie réactive.
Une économie financière est réalisable dans le cas d’un tarif vert
[Form. BE 9 022] avec une tangente ϕ supérieure à 0,40. On peut
trouver le cas, la nuit lorsque la VMC est seule à fonctionner.
La récupération de chaleur obtenue par l’installation d’un échangeur sur l’air extrait offre de l’énergie thermique gratuite pour le
réchauffage de l’air introduit (échangeur air/air) ou le préchauffage
de l’eau (échangeur air/eau), mais la consommation électrique du
ventilateur est majorée à cause de l’augmentation de perte de
charge due à l’échangeur.
2.1.5 Eau chaude sanitaire (ECS)
Hors une réduction des besoins, les économies d’énergie sur le
service d’eau chaude sanitaire proviendront d’une intervention ou
d’une combinaison des interventions sur les systèmes (encadré 1).
Comme pour le chauffage, la génération peut être :
— divisée, c’est-à-dire située près des points de puisage ;
— centralisée par logement ou individuelle ;
— centralisée par immeuble ou collective ;
— centralisée et distribuée à chaque immeuble par un réseau.
Il est souvent pratique de lier la production d’eau chaude sanitaire
à celle du chauffage, sur le plan du choix de l’énergie et aussi sur
celui de la génération. En fait, pour les petites installations (génération individuelle ou collective en petit immeuble), on utilise un
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générateur mixte afin de diminuer les investissements. Son choix
dépend de la disponibilité et du coût de l’énergie.
Encadré 1 – Interventions eau chaude sanitaire
1. Sur la tarification
• Autorisation de marche par horloge tarifaire
• Accumulation de nuit
• Fonctionnement du brassage en fin de période nuit
2. Sur la production
• Abaissement de la température de production
• Détartrage des épingles chauffantes
• Calorifugeage des ballons
• Adaptation du stockage aux besoins
• Décentralisation suivant les usages ou les principes
• Comptage eau froide du ballon ECS
• Comptage électrique
• Remplacement des appareils vétustes
• Systèmes de récupération de chaleur
3. Sur la distribution
• Calorifugeage des tuyauteries
• Remplacement du bouclage par le traçage
• Séparation du réchauffage de la boucle
• Température de boucle autorisée pendant l’inutilisation
• Pose d’un mitigeur thermostatique au départ
• Production terminale ou décentralisée
Le deuxième critère retenu dans ce choix est celui du confort,
lequel s’apprécie par les caractéristiques souhaitées pour le
puisage : débit, fréquence, niveau et constance de la température.
Le troisième critère pris en compte est celui de la longueur de la
distribution : mieux vaut un générateur supplémentaire qu’une longue distribution. On peut même envisager une solution mixte :
génération, stockage et distribution à température faible (35 à 40 ˚C)
et surchauffe près du point de puisage.
Les rendements de génération sont très variables ; en particulier,
ceux des générateurs instantanés sont assez faibles car il y a des
pertes importantes à la fin de chaque puisage. Pour les générateurs
mixtes :
— en période de chauffage, les pertes à l’arrêt sont récupérées
par le chauffage ;
— en période de non-chauffage, ce sont de véritables pertes.
2.1.5.1 Stockage
Son volume doit être calculé en fonction des caractéristiques du
puisage (débits et périodicité) et des tarifs de l’énergie (heures creuses). Dans l’habitat, on constate deux grandes périodes de pointe
pour l’utilisation : le matin et le soir, avec une petite pointe complémentaire en milieu de journée.
En stockage individuel, un ballon de forme cylindrique vertical,
avec une arrivée d’eau froide à la base et un départ d’eau chaude en
tête, permet un fonctionnement du stockage avec effet piston : l’eau
froide déplace l’eau chaude avec un front à fort gradient de température et sans mélange ; cette disposition permet une fourniture
continue d’eau à la température désirée malgré un chauffage périodique de durée limitée.
En stockage collectif, un effet voisin peut être obtenu par l’emploi
de deux ballons en série, le premier servant au préchauffage et le
second au chauffage définitif.
L’isolation du ballon de stockage est le principal élément dont il
faut tenir compte dans l’appréciation du rendement ; l’isolation soignée des points de fixation et celle des tuyauteries de raccordement
sont également des éléments importants. Enfin, ces déperditions
étant, en gros, proportionnelles à la surface, elles sont proportionnelles à V 2/3 ; les stockages de grand volume ont donc des pertes
relativement plus faibles que ceux de petit volume.
BE 9 021 − 10
2.1.5.2 Distribution
Comme pour le chauffage, les pertes sont proportionnelles à la
longueur du circuit de distribution. En saison de chauffe, ces pertes
sont récupérées pour le chauffage des locaux dans la mesure où ce
circuit passe dans le volume chauffé. En dehors de cette période et
hors du volume chauffé, ces pertes ne sont pas récupérées.
Pour réduire les pertes, les mesures suivantes sont conseillées :
— pour la partie privative de la distribution, limiter la longueur
du circuit : au-delà d’une longueur de 10 m environ, il est préférable
d’installer un générateur instantané proche du point de puisage (par
exemple, cas d’un évier situé loin de la salle de bain) ;
— pour la partie collective, la boucle de distribution constitue la
source principale de pertes thermiques, surtout si elle est localisée
dans les parties communes (cage d’escalier) ; ces pertes représentent de 30 à 60 % de l’énergie consommée. Afin de les minimiser, il
convient :
• de calorifuger soigneusement les tuyauteries de distribution
soit par des coquilles, soit par insufflation de mousse ou empilage
de granulés dans les gaines de passage des tuyauteries,
• de colmater les gaines pour éviter une circulation d’air, par
tirage naturel,
• dans la mesure où l’on accepte une fourniture d’eau tiède ou
froide la nuit, de diminuer, ou de supprimer le bouclage nocturne,
ce qui apporte une économie proportionnelle à la durée de cette
diminution.
Si de telles mesures ne peuvent être prises, il convient alors
d’envisager de remplacer la boucle par une production individuelle.
Un traçage de la boucle par un cordon électrique permet d’en
diminuer, voire d’en annuler le débit, tout en conservant une fourniture rapide d’eau chaude. Cela réduit ou annule la consommation de
la pompe de circulation mais diminue peu les pertes thermiques de
cette boucle.
2.1.5.3 Émission
Deux techniques sont possibles :
— produire l’eau chaude sanitaire à la température désirée ;
encore faut-il que cette demande soit identique pour chaque
puisage ;
— produire l’eau chaude à une température plus élevée et adapter cette dernière par mélange avec de l’eau froide. Le rendement
global sera un peu plus faible, mais le service rendu sera meilleur ;
les mitigeurs thermostatiques modernes sont précis et fiables.
Une cause importante de pertes est constituée par les fuites au
robinet (ou ailleurs) : une goutte par seconde correspond à une
consommation de 1 à 2 m3/an, soit 2 à 5 % d’une consommation
familiale ; un entretien périodique de l’installation est nécessaire.
Le coût de production d’eau chaude sanitaire dépend de l’énergie
employée ; elle est également liée à la consommation de chauffage.
Pour fixer les idées, on peut citer les chiffres (en F TTC/m3, hors
coût de l’eau) concernant l’habitat (tableau 3).
2.1.5.4 Contrôle
2.1.5.4.1 Régulation
En production instantanée au gaz, la régulation comporte une
vanne qui règle le débit du gaz selon la température désirée. Un système aussi rudimentaire s’adapte mal aux variations des débits
d’eau et la température obtenue est assez variable, d’où un rendement et un confort moyens.
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(0)
Tableau 3 – Coût (1995) de l’ECS en logement individuel
(en F TTC/m3)
— ne pas dépasser 160 à 180 ˚C comme température de cuisson
pour une friteuse, etc.
2.1.6.2 Appareils performants
Maison
individuelle
(70 m2)
Habitat
collectif
(65 m2)
– par ballon électrique ..........
36
39
– au gaz individuel ................
18
16
– au fioul domestique ...........
22
24
Four à convection forcée : l’action du ventilateur favorise l’homogénéité de la température et la rapidité de la cuisson. Cette technique permet une économie d’énergie allant jusqu’à 50 %.
37
39
Brûleur séquentiel à gaz : il permet de bien maîtriser l’apport de
chaleur tout en conservant un rendement optimal car le rapport
combustible sur comburant est peu modifié.
Caractéristiques
Bâtiment construit avant
1955 ; production :
Bâtiment construit depuis
1983 ; production :
– par ballon électrique ..........
– au gaz individuel ................
21
15
– au fioul domestique ...........
20
22
Source : fiches ADEME
En production à accumulation électrique, c’est un thermostat qui
commande le fonctionnement du générateur : selon l’abonnement
souscrit, ce dernier est susceptible :
— d’un fonctionnement potentiel continu ;
— d’un fonctionnement potentiel discontinu, par exemple en
heures creuses.
La sonde de température se recouvre peu à peu d’un dépôt de calcaire et le point de consigne du stockage dérive vers le haut, ce qui
entraîne une baisse du rendement si, de temps en temps, on ne procède pas soit à un nettoyage du capteur, soit à un réajustement du
point de consigne.
2.1.5.4.2 Programmation
En génération individuelle électrique, il devient avantageux d’utiliser le tarif heures creuses dès que la consommation devient suffisante (supérieure à 35 L/j). De plus, il peut être intéressant de
programmer la période de chauffage à l’aide d’un relais-décaleur
pour assurer la mise en température optimale juste avant la fin de
cette période ; les déperditions du ballon seront alors limitées le
plus possible, ce qui optimise le rendement (gains de 2 à 3 %).
2.1.6 Cuisson
2.1.6.1 Bonnes pratiques de gestion
Les économies les plus importantes peuvent être obtenues par
une bonne utilisation des appareils existants, au moyen des recommandations suivantes :
— arrêter le fonctionnement des appareils en dehors des périodes de cuisson ;
— limiter la durée de préchauffage des appareils, de 5 à 20 min
selon le cas ;
— donner la priorité à la propreté des appareils : nettoyer les filtres toutes les semaines, les ailettes des échangeurs tous les mois,
et périodiquement les gaines de ventilation ;
— ne pas laisser la porte du four à rôtir ouverte ;
— vérifier périodiquement le bon fonctionnement du ventilateur
du four à convection forcée et le garnir au maximum en enchaînant
les cuissons ;
— mettre en veilleuse la marmite dès l’ébullition ;
— respecter exactement le temps de cuisson pour un cuiseur à
vapeur et l’utiliser pour la cuisson de divers aliments en même
temps ;
Récupérateurs de chaleur : placés sur la gaine d’extraction d’air
de la cuisine, ils récupèrent une quantité de chaleur importante. La
difficulté rencontrée est celle de leur encrassement par les graisses ;
les échangeurs à plaques de verre paraissent les mieux adaptés à
cet usage.
La chaleur récupérée peut servir à réchauffer l’air frais de renouvellement ou à préchauffer l’eau chaude sanitaire, en particulier en
utilisant une pompe à chaleur air/eau.
Machine à laver la vaisselle avec récupérateur de chaleur : l’air
extrait est très humide ce qui rend efficace une récupération pour le
préchauffage de l’eau.
2.1.7 Usages spécifiques de l’électricité
2.1.7.1 Éclairage performant
Il est aisé de classer les interventions conduisant à un éclairage
performant en six familles :
— le remplacement des lampes et des luminaires ;
— la réduction des temps de fonctionnement ;
— l’optimisation de l’éclairage en fonction de la lumière
naturelle ;
— l’adaptation du tarif électrique ;
— le remplacement du matériel de distribution et de commande ;
— le comptage.
2.1.7.1.1 Maintenance
L’efficacité des systèmes d’éclairage n’est pas constante dans le
temps : elle diminue pour les raisons suivantes :
— salissure des lampes et luminaires : de la poussière plus ou
moins grasse selon l’activité du local se dépose et absorbe le flux
lumineux de façon importante : de 25 % par an dans les pièces propres (habitat, bureaux, etc.) jusqu’à 50 % par an dans les ateliers ;
— baisse de l’efficacité des lampes par vieillissement, essentiellement due à des dépôts internes.
Exemple : on peut retenir, comme durée d’usage d’une lampe,
1 000 h pour une lampe à incandescence, 2 500 h pour un tube fluorescent.
Dans les grands bâtiments, un programme de maintenance systématique pour nettoyage et remplacement des lampes en fonction
de leur durée de vie est nécessaire pour le maintien du confort sans
augmentation de la consommation des lampes.
2.1.7.1.2 Contrôle
En production de lumière, les perturbations ne constituent pas un
phénomène essentiel ; aussi la régulation est-elle peu développée.
Dans le bâtiment, on pourrait adopter des techniques récentes
pour adapter la génération de lumière à l’éclairement, au moyen de
photomètres. Une telle régulation permettrait d’intégrer les apports
gratuits naturels et fluctuants tout en conservant un éclairement
constant.
La programmation est, par contre, très utilisée ; elle peut générer
des économies d’énergie importantes :
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— par l’emploi de minuteries qui enregistrent une demande de
lumière et l’accordent durant une période prédéterminée de quelques minutes (couloirs, escaliers, etc.) ;
— par la division en zones d’un bâtiment complexe dont l’éclairage est assuré, au moyen d’une horloge, durant des périodes prédéterminées.
Les économies d’énergie obtenues par de telles méthodes sont
difficiles à chiffrer car elles dépendent beaucoup des comportements.
Certaines économies ne nécessitent aucune modification de
l’installation ; pour cela, il suffit d’appliquer des notions simples :
— utiliser au mieux l’éclairage naturel ;
— éteindre l’éclairage inutile ;
— régler et entretenir les minuteries ;
— maintenir l’efficacité des luminaires par un entretien régulier.
Certaines font appel à un investissement léger, telles que :
— fractionner les circuits pour limiter le nombre de lampes allumées pour un usage donné ;
— limiter la durée d’éclairage par des minuteries ou des
horloges ;
— installer des luminaires bien adaptés à l’éclairement recherché.
D’autres, enfin, nécessitent des modifications notables de l’installation telles que le remplacement de lampes à incandescence par
des lampes fluorescentes. La puissance comparée des lampes pour
un même éclairement est donnée [BE 9 020], tableau 5.
Coefficient de performance
9
8
7
6
5
4
Température de
condensation 40 °C
Température de
condensation 50 °C
Température de
condensation 30 °C
3
2
1
0
-- 30
-- 25
-- 20
-- 15
-- 10
-- 5
0
5
10
Température d'évaporation (°C)
Figure 5 – Influence des températures d’évaporation
et de condensation sur l’efficacité du système frigorifique (d’après
Les meubles frigorifiques de vente, G. RIGOT chez PYC édition)
tionnant au R22 pour un sous-refroidissement de liquide de 5 K et
une surchauffe utile à l’entrée du compresseur de 10 K.
2.1.7.2.1 Volet ou rideau en protection nocturne
2.1.7.2 Froid alimentaire
Pour le froid domestique (réfrigérateur, congélateur ménager) les
économies d’énergies, outre l’entretien régulier des surfaces
d’échanges – dégivrage de l’évaporateur, nettoyage dépoussiérage
du condenseur – et les précautions d’installation (éloignement des
sources chaudes, fours de cuisson, vitrages fortement ensoleillé...),
résident essentiellement dans le choix des appareils qui se trouve
maintenant facilité par l’étiquette énergie (voir [BE 9 020], § 3.4,
« Best practice » – Pratiques performantes).
Les installations de froid alimentaire professionnelles (souvent
dénommées froid alimentaire commercial) se trouvent principalement dans les commerces et les activités de restauration. Elles
recouvrent deux familles distinctes :
— les équipements à « groupe logé », qui sont des systèmes
autonomes et s’apparentent de ce fait aux appareils domestiques et
pour lesquels on fera les recommandations analogues (mais il
n’existe pas encore de système d’étiquetage des performances
énergétiques) ;
— les systèmes centralisés où divers équipements (meubles frigorifiques de vente) sont raccordés à un système unique de compression par un large circuit de distribution de froid.
Pour ces derniers systèmes les voies de réalisation d’économies
d’énergie sont (hors modification profonde de l’installation (2)) de
trois types :
— action sur les températures d’évaporation : mise en place de
volets ou rideaux sur les meubles frigorifiques de vente (MFV) ;
— action sur les températures de condensation : haute pression
flottante ;
— amélioration du cycle frigorifique : accroissement du sousrefroidissement.
Nota (2) : l’examen de l’ensemble des paramètres de dimensionnement et de fonctionnement des installations de froid alimentaire commercial centralisées, ainsi que des configurations alternatives à la solution dite « à détente directe » dépasse le cadre de cet article ;
on n’abordera ici que les actions d’économies d’énergie qu’il est possible de mettre en
œuvre sur des installations existantes et sans modification des principes généraux de fonctionnement ni des organes ou composantes principales (compresseurs, condenseurs,
MFV...).
Le coefficient de performance du système frigorifique est directement lié à l’écart de température entre évaporateur et condenseur
comme illustré sur la figure 5. Ce graphique est caractéristique d’un
groupe motocompresseur hermétique ouvrable du commerce fonc-
BE 9 021 − 12
La température d’évaporation maximale est déterminée par la
nature des produits à conserver et l’efficacité de l’échangeur. Toutefois, dans la distribution alimentaire, comme il est fait appel à des
meubles réfrigérés ouverts, les transferts de chaleur de l’ambiance
s’en trouvent augmentés ce qui impose d’abaisser la température
d’évaporation ; en outre dans les magasins, les produits sont soumis à d’importants apports par rayonnement (du fait de l’éclairage
notamment). Un moyen de lutter contre ces différents apports, et
donc d’éviter d’avoir à abaisser inutilement la température d’évaporation, consiste à mettre en place, en période d’inoccupation, des
systèmes de volets ou de rideaux isolants pour fermer les meubles
une partie du temps (tableau 4).
(0)
Tableau 4 – Utilisations préconisées des protections
nocturnes (1)
Type de MFV
Horizontal
Vertical
Application
Type de protections
Froid négatif Rideau de nuit à
enrouleur manuel
Froid positif
Économie
d’énergie
(durant
l’utilisation)
15 à 25 %
Couverture souple
8 à 15 %
Couverture rigide
non isolée
15 à 30 %
Couverture rigide
isolée
25 à 45 %
Rideau de nuit à
enrouleur manuel
12 à 30 %
Rideau de nuit
motorisé
10 à 25 %
Couverture rigide
non isolée
(1) D’après Les meubles frigorifiques de vente. RIGOT (G.),
PYC Édition.
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5à8%
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2.1.7.2.2 Haute pression flottante
Comme on l’a vu précédemment (figure 5), la température de
condensation a aussi une influence notable sur l’efficacité du système frigorifique. Cette température dépend essentiellement de
celle du médium de rejet et, dans le cas de l’air extérieur, peut varier
selon la saison. Toutefois, la variation de la température de condensation a des répercussions sur le cycle frigorifique – modification de
la haute pression – qui ne sont pas compatibles sans modification
avec le fonctionnement des compresseurs, la bonne alimentation
des évaporateurs, etc. Pour mettre en œuvre cette haute pression
flottante, il est nécessaire de remplacer les détendeurs thermostatiques classiques :
— par des détendeurs à orifices multiples qui permettent des
variations de la section de l’orifice de détente en fonction de l’évolution de la haute pression ;
— par des détendeurs électroniques qui offrent le même service
que les précédents mais avec une variation progressive plus fine
(mais à un coût supérieur).
Pression p
Fluide réfrigérant
u4 u3
4
p
L’accroissement du sous-refroidissement du liquide frigorigène
entrant dans le détendeur d’un cycle à compression est toujours
bénéfique à ce cycle (voir figure 6). En effet cet accroissement
(θ3 − θ4) est obtenu par une diminution de la température θ4 donc de
l’enthalpie. La variation utile d’enthalpie dans l’évaporateur (h6 − h5)
est donc accrue alors que le point 6 étant inchangé, le débit aspiré
par le compresseur reste le même. La puissance frigorifique a donc
augmenté alors que les conditions de fonctionnement du compresseur sont les mêmes, c’est-à-dire que la puissance qu’il absorbe est
inchangée. Le coefficient de performance est augmenté et ce gain
est d’autant plus important que l’enthalpie avant vaporisation du frigorigène est plus réduite. Pour un frigorigène donné et un écart de
température entre condensation et évaporation fixé, le gain croît à
peu près linéairement avec le sous-refroidissement.
Exemple : pour du R22 dans un cycle à compression monoétagé
entre − 10 ˚C et + 30 ˚C, le gain (en %) est :
g = 0,75∆θ
avec
∆θ
le sous-refroidissement (en K).
Il convient cependant d’insister sur le fait que le raisonnement cidessus n’est valable qu’à la condition de garder une température de
condensation constante pour une température d’évaporation donnée. Augmenter le sous-refroidissement impose alors d’augmenter
la surface d’échange du condensateur ou l’efficacité du transfert
thermique par des processus divers. Sans intervenir dans ce sens,
l’augmentation du sous-refroidissement se traduit par une augmentation de la température de condensation donc une augmentation
de la puissance de compression. Le gain est alors aléatoire.
2.1.7.3 Moteurs et auxiliaires
De nombreux moteurs électriques sont en usage dans les bâtiments. Il est possible d’envisager des économies d’énergie sur les
consommations de ceux dont le fonctionnement est permanent
comme, par exemple, les pompes de circulation de chauffage ou les
pompes de bouclage des circuits d’ECS.
Toutes les installations modernes comportent une distribution
accélérée au moyen d’un circulateur (pour l’eau) ou d’un ventilateur
(pour l’air). Bien que la puissance électrique de ces appareils soit faible (de 50 à 150 W par logement), leur fonctionnement ininterrompu
durant 4 000 à 5 000 h entraîne une consommation non négligeable
(de 300 à 600 kWh/an par logement).
uX
Condensation 2
u3
u2
u4
Compression
Refroidissement
Les économies entraînées par ces dispositifs sont de 15 à 20 %
des consommations des systèmes frigorifiques avec des économies
financières allant jusqu’à 25-30 %, car l’électricité est surtout économisée en hiver et en demi-saison, au moment où l’énergie électrique est au tarif le plus élevé.
2.1.7.2.3 Accroissement du sous-refroidissement
3
condensation
u1
u6
p
5
u0
1
0
Évaporation
h5
6
h6
Enthalpie massique h
Figure 6 – Cycle thermodynamique monoétagé dans le diagramme
enthalpie/pression
Le fonctionnement d’un circulateur de bouclage d’ECS est également continu : 24 h sur 24 et 365 j/an. Sa consommation d’énergie
est donnée figure 7 pour l’habitat collectif et pour les hôtels.
En immeuble collectif, leur consommation peut être réduite par
l’emploi de deux circulateurs de puissance différente fonctionnant
simultanément ou alternativement selon l’importance du besoin
utile.
À cela s’ajoute, dans le cas du fioul, le fonctionnement du brûleur
(de 200 à 500 kWh/an par logement) et, s’il s’agit de fioul lourd, le
réchauffage des bacs et des lignes. Pour des combustibles solides
(bois ou charbon), il convient également d’alimenter la chaudière et
d’en extraire les cendres ; cela entraîne aussi une consommation
électrique.
2.1.7.4 Autres usages
On décrit essentiellement ici, les interventions d’amélioration de
la performance énergétique relatives à la bureautique.
2.1.7.4.1 Interventions sur l’informatique
Les interventions sur l’informatique classées par familles sont :
— le remplacement des matériels ;
— la mise en place d’un dispositif de compensation de l’énergie
réactive ;
— la réorganisation des réseaux de distribution ;
— la mise en place d’un onduleur centralisé ;
— la mise en place de dispositifs « antigaspillages » ;
— le comptage.
■ Remplacement des matériels
Des constructeurs proposent des matériels répondant à un label
« économie d’énergie » désigné « Energy Star » (§ 2.1.7.4.2). Ce label
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Puissance (kW)
0,2
0,15
0,1
0,05
Habitat 0
50
100
150
Hôtels 0
120
240
380
200
250
0
300 Nombre de logements
Nombres de chambres
Figure 7 – Pompe de bouclage ECS
fixe la puissance maximale appelée en mode « veille » d’un microordinateur et celle d’une imprimante « standard » (matricielle, laser
noir et blanc...).
Le choix de ce type d’équipement en micro-informatique est
conseillé lors de l’achat de nouveaux matériels. Des gains sensibles
peuvent, en particulier, être apportés dans le cas d’une utilisation
ponctuelle du matériel (environ 50 % d’économie d’énergie pour 4 h
d’utilisation discontinue dans la journée).
■ Mise en place de dispositifs « antigaspillages »
Des programmateurs « antigaspillages » peuvent être mis en
place dans les zones où l’équipement informatique est groupé et où
l’alimentation électrique le permet (réseaux de distribution électrique spécifiques pour l’informatique).
■ Mise en place d’un onduleur centralisé
Des gains sur les consommations électriques de l’ordre de 10 %
sont envisageables par la mise en place d’un onduleur centralisé. En
effet, son rendement est meilleur que ceux d’onduleurs de faible
puissance installés sur chacun des postes.
Il faut envisager une telle solution lorsque les équipements informatiques sont groupés sur un réseau de distribution électrique
réservé à cet usage.
■ Comptage
Pour des équipements groupés, il est conseillé de mettre en place
un compteur divisionnaire pour mieux suivre les consommations
électriques à mesure que le parc d’équipements bureautiques croît
dans le bâtiment.
— 30 W pour les boîtiers contenant l’unité centrale des microordinateurs ;
— 30 W pour les écrans ;
— 30 W pour les imprimantes à capacité d’impression de
15 pages par minutes ;
— 45 W pour les imprimantes de capacité supérieure à 15 pages
par minutes ainsi que pour les imprimantes couleurs « haut de
gamme » (lasers, sublimation...).
Pour information, en octobre 1994 la pénétration des produits
« Energy Star », en terme de ventes, sur le marché nord-américain
était de 40 % pour les micro-ordinateurs et de 85 % pour les imprimantes. En 1999, la quasi-totalité des appareils proposés à la vente
sur ce même marché est « Energy Star ».
2.1.7.4.3 Label « Énergie 2000 »
Un autre label élaboré par la Suisse pourrait prévaloir sur le label
« Energy Star ». En 2000, tous les matériels informatiques commercialisés doivent être conformes aux valeurs de puissance suivantes
en mode « veille » :
— 10 W pour les boîtiers contenant l’unité centrale des microordinateurs ;
— 30 W pour les écrans ;
— 2 W pour les imprimantes.
2.1.7.4.2 Label « Energy Star »
EPA (Environnemental Protection Agency), l’agence pour la Protection de l’Environnement des États-Unis a lancé en 1992 le programme « Energy Star Computer » en partenariat avec des
constructeurs d’appareils informatiques afin de fixer des spécifications au niveau des puissances maximales à atteindre en mode
« veille ».
Les matériels se référant à ce label doivent se mettre en mode
« veille » au bout d’un temps d’inactivité paramétrable par l’opérateur.
Les niveaux à ne pas dépasser dans ce mode sont de :
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2.1.7.4.4 Recommandations STEM (ex NUTEK)
Depuis 1990, NUTEK (maintenant STEM), l’agence suédoise de
Développement Industriel et Technique, met en œuvre des programmes de maîtrise de la demande en électricité (MDE).
L’un de ces programmes s’appuie sur la labellisation des matériels informatiques. Le tableau 5 présente les valeurs maximales de
puissance proposées pour les deux modes suivants : « veille » et
« extinction ».
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(0)
Tableau 5 – Les deux alternatives du label NUTEK
concernant les puissances des écrans en mode « veille »
et « extinction »
Alternative
Délai
de déclenchement
Puissance maximale
et souhaitée
1re alternative :
– mode veille ............ 5 à 60 min après la
dernière opération
30 W maxi, 15 W
souhaités
– mode extinction .... 70 min après la
dernière opération
8 W maxi, 3 W
souhaités
2e
alternative :
– mode veille ............ 5 à 30 min après la
dernière opération
30 W maxi, 15 W
souhaités
– mode extinction .... 70 min après la
dernière opération
8 W maxi, 3 W
souhaités
Les valeurs recommandées par NUTEK pour les autres équipements informatiques sont identiques à celles fixées dans le label « Energy Star ».
2.1.8 Régulation et gestion
Adapter la production au besoin n’est pas simple. Si l’on est exigeant, on ne peut plus se contenter des automatismes simples mis
en place lors de l’apparition du chauffage central et l’on doit faire
appel à une régulation, à une programmation, voire à une centrale
programmable de contrôle.
2.1.8.1 Régulation
■ Système par tout ou rien
Les régulations anciennes comportent un thermostat placé sur le
générateur, maintenant sa température au niveau désiré ; une modification manuelle de la consigne permet d’adapter sa puissance au
besoin saisonnier.
Les régulations plus récentes ont ajouté un thermostat dans le
local chauffé, qui maintient la température entre les deux niveaux de
coupure (différence de 0,5 à 1,5 K selon sa qualité).
■ Système par loi de chauffe
Il s’agit d’un système qui fait correspondre la température du
fluide de chauffage à une température de référence, généralement la
température de l’air extérieur, au moyen d’une sonde de température. Le générateur fonctionne en circuit fermé à température constante et l’on règle la température du fluide distribué au moyen d’une
vanne trois voies.
L’amélioration obtenue provient du fait que le système est continu
et réagit à la source, à partir de la température extérieure. Cependant, il ne tient aucun compte des apports gratuits, lacune que l’on
peut corriger en ajoutant une autre sonde sur la température intérieure ou par l’utilisation de robinets thermostatiques sur les émetteurs à eau chaude.
La détermination des paramètres de la loi de chauffe est délicate,
car on doit tenir compte de l’influence de l’inertie du bâtiment ; la
meilleure façon d’y parvenir est l’expérience et le réglage par
approximations successives en hiver et en mi-saison.
Avec l’apparition des microcalculateurs, on peut aisément mettre
sur pied un système qui réalise de lui-même ces tests et se règle en
quelques semaines. De plus, la loi de chauffe n’est plus linéaire et
tient mieux compte des courbes d’émission de chaleur.
Le coût de ces différents systèmes va croissant, de 250 F pour
un thermostat d’ambiance à 2 000 F-3 000 F pour une régulation
par loi de chauffe et jusqu’à plusieurs dizaines de milliers de
francs pour une régulation complexe (prix 2000). Dans ce dernier cas, ils sont réservés aux bâtiments à usage tertiaire.
2.1.8.2 Programmation d’intermittence
Pour de nombreuses raisons, on peut désirer changer le point de
consigne d’un local chauffé : c’est le phénomène d’intermittence.
■ Si le changement est périodique, on peut utiliser une horloge
mécanique à programme journalier et/ou hebdomadaire ; des cavaliers permettent alors de déclencher la commande désirée. Ce type
de programmateur convient bien à un ralenti nocturne ou de fin de
semaine. Il est cependant souhaitable de tenir compte de l’inertie du
bâtiment pour anticiper judicieusement la commande.
■ Si les changements sont complexes, soit que le bâtiment possède plusieurs zones chauffées à usages différents, soit que la périodicité est plus compliquée, il faut faire appel à une horloge
électronique complétée d’un microcalculateur programmable.
Dans un tel cas, il importe de tenir compte soigneusement des
inerties du bâtiment et de l’installation ainsi que du supplément de
puissance demandé au générateur par les remontées en température. Si ce dernier utilise une bi-énergie ou un tarif multiple, il
convient également d’en tenir compte pour consommer en utilisant
au mieux les possibilités tarifaires.
Une alimentation du programmateur sur batterie autochargeable
est indispensable pour assurer un fonctionnement continu de l’horloge en cas de coupure de secteur.
L’économie d’énergie apportée par une intermittence dépend
essentiellement de la durée de celle-ci et de l’inertie thermique
du bâtiment :
— de 1 à 3 % pour une intermittence journalière,
— de 3 à 5 % pour une intermittence de fin de semaine.
Par contre, le coût d’une horloge est faible : quelques centaines de francs.
2.1.8.3 Suivi de gestion
Tout système présentant un microcalculateur permet, à moindre
coût, d’apporter une aide précieuse à la gestion de l’exploitation
par :
— la détection automatique des défauts de fonctionnement avec
émission d’une alarme ou déclenchement de l’installation ; la mise
en mémoire de l’état antérieur au défaut autorise même une recherche accélérée des causes de la panne ;
— l’enregistrement de chiffres clés (température, débit, pression)
caractérisant le fonctionnement de l’installation, et qui permet d’en
assurer un suivi efficace, aussi bien en exploitation qu’en
maintenance ;
— l’édition de journaux, qui permet d’assurer plus aisément la
comptabilité de l’exploitation et, éventuellement, d’aider à la facturation des dépenses partielles zone par zone et période par période.
Une telle utilisation de la micro-informatique n’est d’ailleurs que
partielle ; elle s’intègre peu à peu dans une gestion plus vaste des
activités du local ; on parle alors de domotique et cela concerne tous
les aspects de la vie quotidienne.
■ Télégestion
L’exploitation d’installations énergétiques à distance, en particulier des chaufferies, et leur télégestion sont de plus en plus
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pratiquées ; cela est rendu possible, depuis quelques années, par un
ensemble de progrès récents :
flux de chauffage constant (nul par exemple) ; les régulateurs
modernes procèdent de cette façon.
— qualité technique des matériels modernes dont le taux de
panne est faible ;
— maintenance systématique des installations : mise au point
d’appareils automatiques locaux, présence de réseaux capables de
transmettre ces informations (téléphone, réseau Transpac, liaisons
radio, etc.) ;
— mise au point de postes centraux capables de traiter les données d’exploitation (télésurveillance), les données de gestion et de
facturation (télégestion) et les alarmes (téléalarme).
On classe parfois les bâtiments au moyen de leur inertie ; le CSTB
utilise les évolutions parallèles de l’inertie IS, et de la masse surfacique ρS, des structures courantes des bâtiments pour les répartir en
trois classes :
— inertie faible ...................... ρS < 150 kg/m2 de surface habitable,
— inertie moyenne ...... 150 < ρS < 400 kg/m2 de surface habitable,
— inertie forte ........................ ρS > 400 kg/m2 de surface habitable.
Tout cet ensemble, d’un coût d’investissement élevé, se rentabilise par des résultats plus rigoureux, avec une baisse des frais
de maintenance (gain de 4 à 7 %) et une économie d’énergie
due à cette meilleure gestion.
Cette pratique se développe de plus en plus chez les exploitants assurant la maintenance d’un grand nombre de chaufferies.
2.2 Économies liées aux tarifs
2.2.1 Optimisation tarifaire
Il est possible de réaliser des économies financières par un choix
judicieux du tarif de l’énergie, principalement dans le cas de l’électricité. En effet l’alimentation électrique suppose un choix de compromis entre la puissance nécessaire à souscrire en fonction des
besoins maximaux et la durée et le moment de l’utilisation des équipements. Cet exercice d’optimisation ne génère pas forcément des
économies d’énergie, il peut même induire des surconsommations
(pertes de stockage pour une consommation différée...) mais, dans
la mesure où le tarif reflète les coûts économiques (voire environnementaux) de production et de distribution de l’énergie considérée, la
minimisation du coût total est aussi bénéfique pour la collectivité.
2.2.2 Stockage, inertie, comportement dynamique
La plupart des descriptions précédentes sont statiques car elles
sont relatives à des fonctionnements en régime permanent.
Or, des phénomènes inévitables viennent perturber la production
thermique :
— le besoin utile et la génération correspondante ne sont pas forcément simultanés. Il se peut également que la génération ne puisse
pas suivre le besoin, par excès temporaire, voire par apparition de
besoin négatif (ensoleillement important en période de chauffage) ;
— les matériaux utilisés pour la construction du bâtiment, pour
son installation thermique et pour son ameublement, possèdent
une capacité thermique non négligeable. En régime permanent,
cette capacité ne joue aucun rôle mais, en régime transitoire, elle
ralentit toute variation de température intérieure ; on la désigne
sous le terme d’inertie thermique ;
— certains bâtiments ont un usage tel que le niveau de température demandée n’est pas constant, ce qui entraîne une variation du
besoin utile ;
— enfin, pour répondre à tous les besoins, les inerties peuvent
être insuffisantes ; il peut être alors utile d’en ajouter une supplémentaire sous forme de stockage.
2.2.2.1 Inertie
La mesure de l’inertie d’une structure est faite expérimentalement : par exemple, en laissant dériver la température du local à
BE 9 021 − 16
L’inertie du bâtiment s’exprime alors par une pondération surfacique de chaque paroi de la forme :
ρS =
∑ ( ρSi ⋅ Si ) ⁄ S
À l’exception de bâtiments très légers et compte tenu du mobilier,
la plupart des bâtiments ont une inertie moyenne ou forte. Cette
inertie doit être prise en compte dans la mise en œuvre d’une régulation.
On peut, en particulier, constater deux comportements inertiels
des bâtiments selon l’origine de la perturbation :
— si elle est d’origine extérieure (variation rapide de la température), l’inertie concerne essentiellement l’enveloppe des bâtiments ;
le phénomène se traduit par une constante de temps plus ou moins
longue, mais a peu d’influence sur la consommation ou le confort
des occupants ;
— si elle est d’origine intérieure (apport gratuit, défaut de régulation, etc.), l’inertie concerne essentiellement la structure interne du
bâtiment (y compris le mobilier) ; elle amortit plus ou moins bien les
variations de température.
Quantitativement, l’effet de l’inertie mal prise en compte augmente la consommation par surchauffe ; cette perte n’excède pas
3 % en saison froide, mais peut atteindre de 10 à 20 % en mi-saison.
2.2.2.2 Stockage
Pour le stockage, on considérera une inertie volumique IV
(Wh · m−3 · K−1) qui se caractérisera par :
— sa capacité thermique volumique CV (Wh · m−3 · K−1) ;
— sa puissance ou capacité de restitution (W · m−3), laquelle
s’exerce à court terme (heure), à moyen terme (jour) ou à long terme
(mois) ;
— son rendement, qui est lié à sa forme (laquelle doit être compacte), à son isolation et à sa période d’utilisation.
Les techniques les plus employées utilisent la capacité thermique
volumique d’un fluide ou de matériaux connexes :
— pour l’eau, on emploie un ballon cylindrique vertical isolé ;
— pour l’air, on emploie une cavité remplie de matériaux solides
(galets, par exemple).
Certaines techniques utilisent l’enthalpie de changement d’état
(ou chaleur latente) :
— stockage par congélation de l’eau : c’est le cas de certaines
pompes à chaleur où l’on stocke ainsi de l’énergie thermique, sous
forme de glace, dans la source froide ;
— utilisation de boules remplies d’un liquide congelable : paraffine, cryolithe, etc.
Le rendement d’un stockage augmente avec son volume et son
isolation. Par contre, il diminue avec sa durée ; en pratique, on utilise des cycles :
— horaires, surtout dans l’industrie ;
— journaliers, pour s’adapter à des variations tarifaires (production d’eau chaude sanitaire la nuit) ;
— hebdomadaires, pour les capteurs solaires.
On commence à utiliser les structures du sous-sol comme lieu de
stockage thermique saisonnier en nappe aquifère immobile – par
injection et prélèvement successif d’eau chaude – dans deux zones
peu éloignées servant respectivement de source froide ou chaude à
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une pompe à chaleur réversible ; cette technique en améliore la performance.
Nombre de
bâtiments
2.2.3 Autoproduction d’énergie
Recherche et
développement
Situation
actuelle
Il existe des systèmes permettant une production « sur place »
d’énergie, réduisant ainsi les pertes liées à la distribution et permettant également une valorisation maximale de l’énergie (cogénération) ou d’énergies locales (énergies renouvelables, réseau de
chaleur...). Ces options font l’objet de développement particuliers
dans d’autres articles de ce traité.
Situation future
2.3 Approche « système »
Niveau
réglementaire
Un bâtiment ne peut être considéré comme un empilage d’équipements, de composants ou de technologies et, par voie de conséquences, le choix d’un ensemble d’optimums localisés ne conduit
pas nécessairement, en matière de performance énergétique, à un
optimum global.
Toute modification apportée à un bâtiment devra entraîner une réappréciation de l’ensemble des causes et consommations d’énergie.
Exemple : l’isolation renforcée de l’enveloppe d’un bâtiment peut
conduire, même avec une chaudière de très bonnes performances, à
un fonctionnement de cette dernière loin de sa puissance nominale,
donc dans des conditions de rendement dégradées.
C’est dans cet esprit qu’a été développée l’aide à la décision qui
conduit à une prise en compte intégrée des différents paramètres
influant sur la consommation énergétique d’un bâtiment.
Performance énergétique
Figure 8 – Effet des réglementations sur la « qualité » d’un parc
de bâtiments
3.1 Réglementation énergie
des constructions neuves
L’ensemble des éléments constitutifs d’un parc – ou segment de
parc – de bâtiments peut être représenté, pour ce qui est de ses performances énergétiques selon une courbe en cloche du type courbe
de Gauss. Le réglementation vise à faire évoluer les caractéristiques
de l’ensemble du parc comme indiqué sur la figure 8 et pour cela à
supprimer d’abord les moins bons bâtiments offerts (ou présents)
sur le marché. Toutefois, l’augmentation de la performance ne se
répercutera sur les meilleurs qu’à condition que des actions de
Recherche et développement les y amènent.
3.1.1 Voies d’expression réglementaire
3. Aide à la décision
L’aide à la décision dans le secteur du bâtiment se décline en deux
démarches selon qu’il s’agit :
— de bâtiments neufs où la réglementation, en fixant des niveaux
minimaux d’exigence, indique au maître d’ouvrage et aux concepteurs les orientations de performance énergétique ;
— de bâtiments existants où il faut passer par des études préalables particulières : diagnostic, audit...
En matière de réglementation, deux écoles s’affrontent : celle qui
prône l’obligation de résultats par opposition aux défenseurs de
l’obligation de moyens. Dans le secteur du bâtiment ces deux voies
réglementaires se traduisent par un ensemble de choix qui ont leurs
avantages et inconvénients respectifs tels que représentés sommairement dans le tableau 6.
En France c’est l’option « obligation de résultat » qui a été choisie
après une large concertation avec l’ensemble des acteurs concernés
ainsi qu’on peut le constater sur le rappel chronologique des réglementations énergétiques dans le bâtiment (cf. tableau A [Doc. BE
9 023]).
(0)
Tableau 6 – Comparaison des voies d’expression réglementaire
Voie réglementaire
Mode d’expression
Avantages
Inconvénients
Obligation de résultats
– Niveau d’isolation minimal
pour l’enveloppe du bâtiment
– Valeur maximale de consommation
d’énergie
– Grande liberté
– Plus complexe de mise
de conception
en œuvre et d’application
– Porte ouverte aux produits – Plus difficile à contrôler
nouveaux
Obligation de moyens
– Épaisseur minimale par paroi et par type
d’isolant...
– Simplicité d’application
et de contrôle
– Outil de diffusion
industriel
– Limitant pour la conception
et pour l’innovation
technologique
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BE 9 021 − 17
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3.1.3 Résultats observés
Le traitement statistique des bases de données CEREN
(5 200 logements sur les années 1990-1993) permet de constater
que l’on retrouve, sur les échantillons de logements construits aux
différentes périodes réglementaires, les gains attendus pour chaque
étape (figures 10 et 11).
100 %
-- 25 %
-- 25 %
-- 25 %
50 %
1958
3.1.4 Rappel chronologique détaillé des différentes
étapes réglementaires
-- 5 à 10 %
1974
1982
1989
2001
Suite aux premiers chocs pétroliers, diverses mesures réglementaires ont été prises pour réduire les consommations d’énergie des
constructions neuves. Les étapes de renforcement successif des exigences, tant pour le secteur résidentiel que pour les bâtiments tertiaires sont énumérées dans le tableau A [Doc. BE 9 023].
Années
Figure 9 – Évolution des exigences relatives de consommation
d’énergie du fait des réglementations énergie dans les logements
neufs
3.2 Audit énergétique des bâtiments
Dans le secteur résidentiel et tertiaire, l’aide à la décision s’est
principalement appuyée sur le diagnostic thermique, outil développé et promu par l’ADEME dès sa création en 1982.
Le diagnostic thermique vise à établir une étude objective, complète et indépendante de considérations commerciales, destinée à
aider le maître d’ouvrage dans le choix d’un programme de travaux
adapté à l’état de son patrimoine et à ses possibilités financières. Un
cahier des charges précis a été proposé afin, d’une part, de définir
les critères d’attribution des aides publiques, d’autre part, de fixer
des limites claires et cohérentes de la prestation à réaliser. On trouvera dans l’encadré 2 (situé en fin d’article) les éléments et concepts
de base du diagnostic énergétique qui doit couvrir toutes les énergies et tous les usages du bâtiment analysé, le diagnostic thermique
n’étant qu’une déclinaison de l’exercice, limitée aux usages chauffage et eau chaude sanitaire.
3.1.2 Situation réglementaire actuelle
La réglementation française actuelle différencie les bâtiments de
logements des autres bâtiments. Pour le secteur résidentiel, et du
fait d’un dispositif d’encadrement important (ministère du logement, Fédération des organismes de logements sociaux...) les performances minimales exigées ont fait l’objet de réajustements
périodiques tels qu’indiqués sur la figure 9.
À chacune des « étapes » réglementaires, les exigences en performance énergétique ont été renforcées par rapport à la situation de
référence précédente.
Consommation
(kWh PCI/logement)
4000
Consommation unitaire théorique CCI gaz
Consommation unitaire théorique CEI
3000
Consommation unitaire observée CCI gaz
Consommation unitaire observée CEI
2000
1000
0
Avant 1975
Rég. 75
Rég. 77
Rég. 82
HPE 1*, 2*
Rég. 89
HPE 3*, 4*
Réglementation
2
Surface = 100 m , climat normal
CCI
CEI
chauffage central individuel
chauffage électrique intégré
HPE = haute performance énergétique. Dénomination d'un label recompensant des constructions
présentant une performance améliorée de 10 à 30 % par rapport à la référence réglementaire.
Figure 10 – Comparaison des consommations théoriques et observées de chauffage et d’ECS en maison individuelle équipée en chauffage central
gaz ou électrique années 1990 à 1993, source CEREN, ADEME
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Consommation
(kWh PCI/logement)
4 000
3 000
Consommation unitaire théorique CCI gaz
Consommation unitaire théorique CEI
Consommation unitaire observée CCI gaz
2 000
Consommation unitaire observée CEI
1 000
0
Avant 1975
Rég. 75
Rég. 77
Rég. 82
HPE 1*, 2*
Rég. 89
HPE 3*, 4*
Réglementation
2
Surface = 70 m , climat normal
HPE = haute performance énergétique
Figure 11 – Comparaison des consommations théoriques et observées de chauffage et d’ECS en logements collectifs équipés en chauffage central
individuel gaz ou électrique années 1990/1993, source CEREN, ADEME
3.3 Gestion énergétique
La gestion énergétique comme outil d’économie et d’utilisation
rationnelle de l’énergie repose sur deux principes généraux : suivre
l’évolution des consommations (facturées, mesurées...) et les rapprocher de valeurs de référence (conventionnelles) ou cibles (monitoring and targetting). Différentes démarches sont supportées par
les pouvoirs publics pour contribuer à cette gestion :
— l’affichage des consommations ;
— la comptabilité énergétique.
3.3.1 Affichage des consommations
La loi sur l’air et l’utilisation rationnelle de l’énergie du
30 décembre 1996 prévoit l’obligation d’information sur les
dépenses d’énergie des bâtiments dans les conditions rappelées ci-après :
« Art. 22.
Les décrets prévus à l’article 21 fixent les conditions dans lesquelles les autorités administratives compétentes sont habilitées à :
– [...]
3˚ prescrire l’obligation de fournir une estimation normalisée
du montant annuel des frais de consommation d’énergie des
logements ou locaux à l’usage tertiaire proposés à la vente ou à
la location et préciser les règles d’élaboration de cette
estimation. »
L’objectif est d’informer le futur acquéreur ou locataire avant toute
signature de contrat de vente ou de location afin qu’il puisse orienter son choix vers des logements ou locaux à usage tertiaire de
conception performante sur le plan énergétique. Il ne s’agit donc
pas d’estimer avec précision quelle sera la consommation exacte du
logement ou du local, mais bien de pouvoir le comparer avec un
autre. Les principes retenus pour l’affichage sont les suivants :
— les consommations affichées sont calculées sur la base de
conventions. Seules les consommations d’énergie liées plus parti-
culièrement au bâtiment sont prises en compte dans la méthode de
calcul : chauffage, eau chaude sanitaire, ventilation, climatisation ;
— en outre, pour l’habitat, il est aussi prévu d’afficher les autres
usages pour un ensemble d’équipements type par logement, de
manière globale et forfaitaire, pour que soit possible un affichage de
la consommation totale ;
— pour les locaux à usage tertiaire, la consommation d’éclairage
sera prise en compte ;
— l’affichage doit être exprimé en francs, les abonnements
seront pris en compte de façon conventionnelle dans le calcul du
coût du kilowattheure ;
— les vendeurs ou bailleurs seront responsables des informations fournies pour la bonne application de la méthode.
■ Les principes des méthodes de calcul envisagées sont les
suivants.
●
Pour le logement neuf :
— constructions conçues suivant les nouvelles règles ThC, option
C de la nouvelle réglementation thermique (NRT) : une estimation
conventionnelle du coût des consommations d’énergie sera possible au moyen d’une méthode de calcul de type DEL (adaptée par
bâtiment) qui exploitera les données d’entrées des règles ThC ;
— des données climatiques locales seront appliquées pour le calcul des consommations ;
— le calcul des consommations sera effectué par bâtiment puis
rapporté en francs par mètre carré. L’information sera donnée au
consommateur par logement avec une indication des limites de validité et des amplitudes possibles de variation (position du logement
dans le bâtiment, comportements extrêmes...) ;
— les maîtres d’ouvrage choisissant les solutions techniques
auront recours à des tableaux conventionnels basés sur la typologie
de la construction (année de construction de l’immeuble, taille du
logement, type de chauffage, énergies utilisées, zones climatiques).
● Pour le logement existant : une méthode de calcul simple
basée sur la méthode de calcul des consommations d’énergie de
chauffage utilisant des degrés-heures par décade pourra être utilisée.
Pour les locaux à usage tertiaire proposés à la vente ou à la location, le champ d’application devrait concerner les bureaux dans un
premier temps :
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BE 9 021 − 19
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Encadré 2 – Les principes de base du diagnostic énergétique
Le diagnostic énergétique est un préalable. Préalable à l’avant-projet sommaire, préalable à la mission d’ingénierie, préalable à la mise en
place d’une comptabilité énergétique, il aide le maître d’ouvrage à décider, en connaissance de cause, chiffres en main, le programme des
interventions que nécessite son bâtiment. À lui ensuite de choisir des intervenants compétents, de faire réaliser les travaux et de les réceptionner et enfin de gérer ses consommations énergétiques.
Loin d’être une analyse sommaire d’améliorations évidentes, ou un devis de travaux, le diagnostic est une méthode d’étude qui doit être
déroulée dans sa totalité et qui se décompose en trois phases indissociables.
Cette méthodologie participe de la bonne collaboration de deux interlocuteurs coresponsables du résultat final attendu : le demandeur,
maître d’ouvrage, et son conseil, appelé souvent diagnostiqueur.
1. Description de la prestation
Afin que le maître d’ouvrage bénéficie d’un regard d’expert extérieur à l’établissement, le diagnostic devra être réalisé par un intervenant
ci-après dénommé le prestataire, ayant l’indépendance, la compétence nécessaire et les références attestant de cette compétence. Dans un
souci de qualité, ce prestataire s’attachera à respecter les règles suivantes :
— évaluer avec précision les économies d’énergie réalisables sur le bâtiment faisant l’objet d’une étude d’aide à la décision, et en chiffrer
les conditions économiques de réalisation ;
— suivre une démarche rigoureuse explicitée et justifiée dans ses rapports d’études ;
— être exhaustif dans ses recommandations et fournir toutes les informations objectives nécessaires au maître d’ouvrage pour décider
des suites à donner ;
— ne pas privilégier a priori un type d’énergie ni certaines modalités de fourniture d’énergie ou de tout autre service (vapeur, froid, chaud,
air comprimé, électricité...) ;
— ne pas intervenir dans un établissement vis-à-vis duquel il ne présenterait pas toute garantie d’objectivité, notamment sur des installations conçues, réalisées ou gérées pour l’essentiel par lui-même ;
— n’adjoindre aucune démarche commerciale concernant des biens ou services (ayant un lien avec les recommandations) au cours de
son intervention.
Lors de ce diagnostic, le prestataire fera l’analyse de l’existant, en prenant en compte les modalités d’occupation et d’exploitation du bâtiment, la nature des activités hébergées et les équipements en découlant, ainsi que tout autre paramètre pouvant peser sur les bilans thermiques et énergétiques.
2. Modalités de réalisation du diagnostic
Cette approche nécessitera des mesures et une instrumentation de base (mesures de combustion, éclairement moyen, températures...) ;
elle s’appuiera également sur les données existant dans l’établissement et sur la compétence et l’expérience du prestataire.
2.1. Trois phases
La prestation devra toujours comporter les trois phases suivantes :
— le relevé sur le site, examen et description précis et minutieux des locaux (utilisation, état du bâti et des installations, exploitation, usages spécifiques des énergies, équipements particuliers, consommations facturées...), examen des modes de gestion, contrats ;
— exploitation et traitement des données recueillies : calculs et interprétations de ces derniers pour mettre en évidence les améliorations
à envisager, indication pour chaque intervention de son coût, des économies à attendre et du temps de retour brut des investissements ;
— proposition(s) de programmes de travaux cohérents : adaptés aux caractéristiques propres de chaque bâtiment étudié, ces propositions sont présentées à part, dans le rapport de synthèse directement utilisable par le maître d’ouvrage, pour lui permettre d’orienter son
choix de travaux dans les meilleures conditions de coût, de rentabilité et de délai, accompagnées d’un outil de suivi des consommations permettant d’apprécier les résultats.
2.2. Quatre points
En matière de diagnostic (couramment dénommé audit) énergétique, quatre points méritent d’être soulignés :
— la phase initiale du diagnostic, le relevé (examen et description des locaux, entretien avec le maître d’ouvrage) représente la partie fondamentale de l’étude. La qualité des relevés, l’analyse rigoureuse des informations saisies, la pertinence des observations, la recherche des
possibilités d’intervention, déterminent la justesse des calculs et des simulations ultérieurs et, par voie de conséquence, l’intérêt des interventions techniques proposées... ;
— la phase centrale du diagnostic (exploitation et traitement des données) doit utiliser des méthodes de calcul adaptées aux bâtiments et
aux équipements considérés. La méthode de calcul bien maîtrisée et le recours à l’informatique sont pratiquement indispensables ;
— le diagnostic ne préconise pas seulement des solutions pour réduire les consommations, mais doit également examiner des substitutions d’énergie possibles (biomasse, solaire, réseaux...) ;
— certaines interventions complexes ne sont que globalement évaluées au stade du diagnostic, les études complémentaires nécessaires
doivent alors être mentionnées. Lorsque les actions préconisées consistent à faire réaliser une étude complémentaire, le prestataire établira
en outre un court document correspondant au cahier des charges technique de l’étude proposée.
BE 9 021 − 20
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Encadré 2 – Les principes de base du diagnostic énergétique (suite)
3. Qualités impératives
Cette étude préalable doit réunir des qualités indispensables : rigueur du raisonnement et des calculs, exhaustivité des analyses et des
propositions et indépendance vis-à-vis de considérations commerciales, qu’il s’agisse de marques d’équipements ou de nature d’énergie.
3.1. Qualités du rapport
Le rapport, qui doit comporter deux parties, l’une à destination du maître d’ouvrage (rapport de synthèse et analyse de propositions),
l’autre à destination de son responsable technique (rapport détaillé d’audit, outils de suivi et gestion), devra :
— être clair et lisible, la forme est importante, elle facilite la décision et incite aux travaux ;
— donner l’avis de l’énergéticien, un conseil d’individu à individu par quelqu’un qui a passé du temps sur place, qui a rencontré les hommes chargés de l’entretien ou de la gestion ;
— fournir des informations suffisantes pour la réalisation des travaux préconisés et donc pour la consultation d’entreprises devant fournir
des devis ;
— comporter des annexes techniques suffisamment complètes (pour vérifier un métré par exemple) ;
— proposer des améliorations compatibles avec les possibilités financières du maître d’ouvrage ;
— être remis en mains propres et commenté.
3.2. Qualités des méthodes de calcul
Ces méthodes et outils doivent :
— être explicites : on donnera impérativement les références de la méthode, les détails des étapes et des hypothèses de calcul ;
— être cohérentes et adaptées : il est illusoire de traiter tel ou tel point avec force détail et d’utiliser des éléments forfaitisés par ailleurs.
Les méthodes conventionnelles de type calcul réglementaire ne sont pas adaptées au bâtiment existant, elles ne doivent pas être utilisées
pour le diagnostic ;
— utiliser des grandeurs physiques : coefficients et ratios peuvent constituer des points de repère utiles mais ne peuvent remplacer mesures et calculs ;
— offrir la rigueur et la souplesse nécessaires pour permettre d’effectuer une comparaison des consommations dites réelles (celles facturées ou mesurées), avec les consommations calculées et pour la simulation des combinaisons d’améliorations possibles ;
— être automatisées : sans être impératif, le traitement informatique des données recueillies est plus fiable, plus rapide et plus souple.
3.3. Qualités du diagnostiqueur
Les meilleurs méthodes et outils ne sont rien sans le discernement du diagnostiqueur qui doit avoir :
— une bonne connaissance technique et pratique des bâtiments existants et de leurs équipements techniques, notamment énergétiques ;
— la compétence, l’esprit critique et une bonne dose d’imagination pour proposer des améliorations opportunes, évoquer les financements et les mécanismes administratifs de prise de décision... ;
— un bon contact humain, les données à recueillir sont à la fois qualitatives et quantitatives, et cela requiert de la psychologie pour ne
pas faire naître de conflit avec les interlocuteurs ;
— enfin une rigoureuse indépendance de considération commerciale est indispensable.
3.4. Devoirs du maître d’ouvrage
Le maître d’ouvrage, demandeur de l’étude a également des obligations à remplir ; elles se situent, par rapport à la prestation.
Avant : bien connaître le cahier des charges et donc l’étendue de la prestation à exiger du professionnel, le choisir avec soin en ayant déjà
rassemblé toutes les informations et les documents utiles.
Pendant : accompagner ou faire accompagner le prestataire par la ou les personnes impliquées au quotidien dans la gestion technique
et/ou énergétique du bâtiment considéré.
À la remise du rapport : vérifier la conformité de la prestation au cahier des charges, valider les hypothèses retenues.
Après :
— retourner à l’ADEME la fiche de synthèse dûment complétée ;
— mettre en œuvre rapidement les interventions préconisées ne nécessitant que peu d’investissements ;
— faire chiffrer, par des entreprises, les travaux rentables nécessitant des investissements plus conséquents ;
— faire vivre les éléments de suivi par la mise en place d’une comptabilité énergétique.
— bureaux neufs : les solutions retenues pour le logement neuf
seraient applicables : tableaux conventionnels pour les bâtiments
de surface inférieure à 170 m2 et méthode de type DEL (dépenses
d’énergie des logements) pour les autres ;
— bureaux existants : l’obligation d’un diagnostic par un technicien est à étudier ; cette disposition s’imposerait au-delà d’un certain seuil de surface.
3.3.2 Comptabilité énergétique
De nombreuses approches sont possibles :
— suivi comptable et comparaisons pluriannuelles des factures ;
— suivi des consommations électriques et des abonnements,
adaptation des puissances aux besoins ;
— examen des contrats et de leur fonctionnement ;
— révision des choix énergétiques ;
— présentation de bilans et de résultats avec indication des
efforts consentis ;
— approche technique : diagnostic énergétique, comptage, choix
de matériels, examen des performances ;
— mise en œuvre de systèmes automatisés de suivi et de comptage, etc.
La gestion énergétique, c’est le recueil et le traitement d’un
ensemble d’informations et la mise en œuvre de moyens pour tirer
le meilleur parti possible des installations et équipements tout en
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conservant au moins le même niveau de service, voire en l’améliorant.
ques éléments, pour une première réponse à cette question, peuvent être trouvés dans le tableau 7 [tiré de Promoclim A du 10 mars
1978 (COSTIC)].
(0)
4. Rentabilité
des investissements
d’économie d’énergie
4.1 Temps de retour brut
Le temps de retour brut est le rapport du montant de l’investissement au montant des économies de charges d’exploitation
(économies d’énergies augmentées ou diminuées des coûts de
maintenance par rapport à la solution initiale).
Le temps de retour brut permet de comparer entre elles des solutions ayant des durées de vie analogues et il doit évidemment être
inférieur à la durée de vie de l’équipement ou de la solution considéré.
4.2 Coût global actualisé
C’est la somme, en unité monétaire, sur un horizon économique donné, des coûts initiaux et différés convenablement actualisés.
Sa principale difficulté découle de la détermination d’une durée
de vie raisonnable pour chacun des matériels de l’installation. Quel-
BE 9 021 − 22
Tableau 7 – Durée de vie moyenne des équipements
pour le calcul économique
Équipement
Durée de vie moyenne
(an)
– en fonte ..................................................
30 à 50
– en acier ..................................................
10 à 20
Chaudière :
– murale à gaz ..........................................
10
– générateur d’air chaud .........................
15
– brûleur ...................................................
8 à 12
Corps de chauffe :
– en acier ..................................................
15 à 20
– en fonte ..................................................
50
Convecteur électrique .............................
10
Ventiloconvecteur ...................................
8
Ventilateur ................................................
5
Réservoir à fioul .......................................
15 à 20
Production d’eau chaude sanitaire :
– ballon électrique ...................................
12
– chauffe-eau électrique instantané .......
8 à 12
– chauffe-eau à gaz ..................................
10
Systèmes de régulation ..........................
12 à 15
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