Déperditions et consommations énergétiques dans le bâtiment

1. Déperditions et consommations énergétiques dans le bâtiment

2. BASES DE LA THERMIQUE appliquée au bâtiment

3. Déperditions

4. Transfert thermique Conduction Convection Rayonnement De proche en proche Mouvement d’un fluide Radiations

5. Flux de chaleur surfacique La différence de température entre l’intérieur et l’extérieur créé un écoulement d’énergie, le flux de chaleur : φ(phi) Le flux de chaleur exprime pour chaque m² de paroi l’énergie écoulée par unité de temps. φ s’exprime en W/m². φ est la somme des transferts de chaleur par conduction, convection et rayonnement

6. Conduction Caractéristiques thermiques d’une paroi • Exemples : • 20 cm de béton • R = 0.2/1.4 = 0.14 (m².°C)/W • 8 cm d’isolant • R = 0.08/0.04 = 2 (m².°C)/W • 20cm béton + 8cm isolant • R = 0.14 + 2 = 2.14(m².°C)/W

7. Rayonnement - Convection Caractéristiques thermiques d’une paroi Valeur de Rs par défaut • Valeur de hr par défaut • mur à 18°C • hr = 4*0.9*c0*(273.15+18)3 • = 5.6 (m².°C)/W • mur à 0°C • R = 4*0.9*c0*(273.15)3 • = 4.62 (m².°C)/W • Valeur de ha par défaut • Faces intérieures • Faces extérieures • ha = 4 + 4*v = 20 • V: vitesse du vent à 4 m/s

8. Bilan Caractéristiques thermiques d’une paroi U = 1 / (Σ Ri) = 1/ (Rsi + Rbéton + Rse) U = 1 / 0.25 U = 4 (W / m².°C) U = 1 / (Σ Ri) = 1/ (Rsi + Rbéton + Risolant + Rse) U = 1 / 2.773 U = 0.36 (W / m².°C)

9. Flux de chaleur - Expression

10. Déperditions linéiques • Localisation des ponts thermiques • Intersection des parois • Rupture d’isolant • Localisation des ponts thermiques • Déperditions importantes • Présence de points froids à l’intérieur Un pont thermique est caractérisé par un coefficient Ψ

11. Déperditions volumiques • La ventilation permet de maintenir la qualité de l’air intérieur et un taux d’hygrométrie proche de celui de l’extérieur • Arrivées d’air dans les pièces de vie • Extraction dans les pièces humides

12. Calcul des déperditions Température ext. de base : Fonction de la zone climatique (H1, H2, H3) et de l’altitude Déperditions = Dp lin + Dp surf + Dp vol Température intérieure de chauffage (19°C)

13. Exemple : Maison non isolée, en simple vitrage, VMC non modulée Située à Bordeaux (température extérieure de base = -5°C) Calcul des déperditions Déperditions calculées : 17000 W, soit 170 W/m²

14. Besoins en chauffage • Déperditions • Zone géographique (Degrés jour unifiés DJU) • Occupation de l’habitation (Ich) • Apports solaires passifs (vitrage) Bch (brut) = Déper x DJU x 24 x Ich Bch (net) = Bch (brut) – Apports internes – Apports solaires

15. Besoins en chauffage Exemple : Déperditions calculées : 17000 W, soit 710 W/°C Bch (brut) = 710 x 1950 x 24 x 0.95 = 31.6 MWh/an Apports internes : 4W/m² soit 400W Apports solaires : coefficient de transmission solaire vitrage = 0.4 Apports gratuits = 857W x 227 jours x 24h = 4.7 MWh soit 15% du Bch (brut) Bch (net) = 31.6 – 4.7 = 27 MWh/an Maison actuelle (RT2005) : 6 < Bch < 10 MWh

16. Exemple : Bilan environnemental Bch (net) = 27 MWh/an Maison équipée d’une chaudière fioul ancienne et de radiateurs fonte (haute température)

17. Amélioration énergétique de l’existant ou d’une construction

18. Amélioration énergétique Enveloppe Isolation Menuiseries Matériaux de construction Orientation Systèmes énergétiques Ventilation Production, distribution, émission et régulation de chauffage Utilisation d’énergies renouvelables

19. Enveloppe Amélioration énergétique >

20. Enveloppe > choix de l’isolant Amélioration énergétique • Isolants naturels • Argile expansé • Lin • Plume de canard • Laine de mouton • Fibre de coco • Chanvre • Liège • Ouate de cellulose • Fibre de bois • Laine de coton • Isolants minéraux et synthétiques • Laine de verre • Laine de roche • Polystyrène • Polyuréthane • Isolants minces

21. Enveloppe > choix des matériaux de construction Amélioration énergétique Murs à isolation répartie Monomur de terre cuite (37.5cm = 8 cm d’isolant) Béton cellulaire (30 cm = 8 cm d’isolant) Structure bois

22. Enveloppe > Surface vitrée Amélioration énergétique Installation d’une serre bioclimatique en façade d’un bâtiment Taille : 5 m x 4 m Sud > 4 MWh/an d’apports solaires Apports énergétiques annuels pour différentes orientations

23. Systèmes énergétiques > Ventilation Amélioration énergétique VMC Hygroréglable > Module les débits d’air Exemple : 180 m3/h de débit constant en VMC non modulée 110 m3/h de débit moyen sur l’année en VMC hygro Gain annuel : 2.1 MWh sur 53 MWh consommé 210 litres de fioul, soit 570 kg de CO2 Investissement : à partir de 100 €

24. Systèmes énergétiques > Ventilation Amélioration énergétique VMC Double Flux > Récupère l’énergie dans l’air extrait Gain annuel : 4.8 MWh sur 53 MWh 490 litres de fioul, soit 1300 kg CO2 Investissement : à partir de 2000€

25. Systèmes énergétiques > Ventilation Amélioration énergétique Puits canadien > Préchauffe l’air neuf l’hiver > Rafraîchit l’ambiance l’été Investissement : 1000€ à 7500€

26. Systèmes énergétiques > Production de chauffage Amélioration énergétique Bois énergie • Bûches • Plaquettes • Granulés Exemple Etat initial : 51 MWh soit 5430 litres de fioul = 3800€/an et 14200 kg de CO2 Installation d’une chaudière à granulés haute performance(rendement = 92%) Etat final : 36 MWh de granulés = 1800€/an et 540 kg de CO2 Investissement initial : entre 10000 € et 30000€

27. Systèmes énergétiques > Production de chauffage Amélioration énergétique Pompe à chaleur > Système thermodynamique permettant de transférer de la chaleur d’un milieu (eau, terre, air) vers un autre (intérieur d’une habitation) Aquathermie Géothermie Aérothermie

28. Systèmes énergétiques > Production de chauffage Amélioration énergétique Pompe à chaleur ATTENTION : Les PAC travaillent idéalement en basse température. Bien travailler l’isolation avant leur installation. Exemple Etat initial : 51 MWh soit 5430 litres de fioul = 3800€/an et 14200 kg de CO2 Installation d’une PAC (COP = 3) Etat final : 10.8 MWh d’électricité = 1200€/an et 1940 kg de CO2 Investissement initial : entre 3000 € et 30000€

29. Systèmes énergétiques > Production de chauffage Amélioration énergétique Chaudière gaz à condensation > Chaudière haute performance qui récupère de l’énergie dans les fumées évacuées en y faisant condenser l’eau Exemple Etat initial : 51 MWh soit 5430 litres de fioul = 3800€/an et 14200 kg de CO2 Installation d’une chaudière gaz à condensation (rendement = 102%) Etat final : 33 MWh de Gaz Naturel = 1750€/an et 6800 kg de CO2 Investissement initial : entre 3000 € et 7000€

30. Systèmes énergétiques > Production de chauffage Amélioration énergétique Systèmes solaires > Utilisation de l’énergie solaire pour chauffer de l’eau Chauffe eau solaire individuel (CESI) Pour une famille de 4 personnes Surface des capteurs : 5 m² Volume de stockage : 300-400 litres Couverture annuel en ECS : 70% Gain sur électrique≈ 250€ Investissement : 5000€ (3000€ après crédit d’impôt)

31. Systèmes énergétiques > Production de chauffage Amélioration énergétique Systèmes solaires > Utilisation de l’énergie solaire pour chauffer de l’eau Système Solaire Combiné (SSC) Pour une famille de 4 personnes Maison très bien isolée, plancher chauffant Surface des capteurs : 12 m² Volume de stockage : 800-1000 litres Couverture annuel en ECS : 70% Couverture annuel en chauffage : 25% à 35% Gain sur électrique≈ 500€ Investissement : 11000€ (7000€ après crédit d’impôt)