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Compter l’énergie thermique

Principe

La mesure de l’énergie calorique nécessite le placement :

D’un compteur de passage d’eau chaude de manière à mesurer le débit. Ce débitmètre peut être « invasif » (il s’insère dans le circuit hydraulique), ou « non invasif » (à ultrason) qui ne nécessite pas de coupure du circuit hydraulique.

De deux sondes de température (au niveau du départ et du retour de la production de chaleur).

D’un intégrateur avec une connexion éventuelle vers une gestion technique centralisée (GTC).

Le placement d’un compteur d’énergie dans une installation existante n’est pas toujours aisé pour diverses raisons :

D’une part, l’interruption du système de chauffage pour insérer un compteur de passage ne peut, dans certains cas, se réaliser qu’en dehors de la période de chauffe.

Principe de comptage (source : MeterBuy).

Calcul de l’énergie

Le comptage de chaleur et/ou du froid ou la détermination de l’énergie calorifique se base sur la formule suivante :

Énergie = Volume [m³] x (T_aller – T_retour) [K] x K [kWh/(m³.K)]

Où :

K = coefficient d‘enthalpie (fonction de la température et de la pression du liquide caloporteur) (capacité thermique volumique).

Par exemple : pour une pression de 8 bars, une température d’eau de départ de t_départ = 70 °C et une température de retour de t_retour = 30 °C le coefficient K est de 1.1566 kWh/(m³K)

Composants d’un système de comptage d’énergie thermique

Débimètre d’eau

Les compteurs peuvent être de type « mécanique ». Simplement, une hélice tourne lorsqu’il y a un débit de passage. On retrouve principalement des compteurs :

> à hélice à axe horizontal ;

Hélice à axe horizontal.

> à hélice à axe vertical ;

Hélice à axe vertical.

Compteur à ultrason

Système ultrasonique.

Ce type de compteur fonctionne suivant le principe de la mesure aux ultrasons. Le débit est mesuré avec une très grande précision en comparant les temps de parcours des signaux à ultrasons dans le sens de l’écoulement et à contre-courant tout en tenant compte de la variabilité thermique. Pour les auditeurs (mesures ponctuelles), des compteurs de passage « non invasifs » permettent de mesurer les débits sans devoir « couper » les tuyaux. Néanmoins, ce genre d’appareil peut engendrer des erreurs de mesure assez importantes, si les sonotrodes sont mal couplées à la tuyauterie et/ou les caractéristiques de la tuyauterie sont inexactes (mauvais diamètre ou épaisseur de paroi, encrassement des parois internes, …).

Il est de plus, nécessaire de disposer, pour les compteurs ultrasoniques, de portion droite au niveau du circuit hydraulique sous peine de fausser l’acquisition du débit (perturbation de la mesure par des interférences dues aux coudes par exemple).

Sonde de température

Les sondes de température sont en général des PT100 ou PT500.

Calculateur-intégrateur (électronique de comptage)

Le calculateur-intégrateur de comptage permet, sur base des informations fournies par les débimètres (m³/h ou litre/s) et les sondes de température, de calculer les puissances (kW) et l’énergie thermiques (kWh).

Compteurs d’énergie thermique compacts

Des compteurs d’énergie compacts peuvent être utilisés afin d’assurer la répartition des charges dans un immeuble composé d’espaces locatifs de faible surface. Ces compteurs intègrent dans un même ensemble le débitmètre, les sondes de températures et le calculateur. Ils existent tant avec une technologie de mesure mécanique que par ultrasons.

Compteur statique à ultrasons.

Compteur compact.

Interfaçage avec une gestion technique centralisée

Ce type de compteur peut-être interfacé, via des réseaux de communication, à une Gestion Technique Centralisée (GTC) et ce afin d’exploiter les mesures à distance. L’interfaçage est réalisé suivant des protocoles connus comme :

M-Bus ;
Modbus ;
LON ;
BACnet ;
…

Norme et classes de précision

Les compteurs doivent impérativement répondre à la norme EN 1434-1 (classe de précision). Ils devront aussi avoir la conformité MID (Measuring Instruments Directive).

Un problème d’inconfort thermique ou lumineux ? N’hésitez pas à tester notre nouvel outil de diagnostic afin de trouver la solution à votre problématique.

Posted By : Sylvie 20 Déc, 2011

Régulation d’un ensemble chaudière/cogénérateur

Régulation d’ensemble

Ordre de priorité

Monotone de chaleur.

En supposant que l’étude donne un dimensionnement de la puissance du cogénérateur de l’ordre de 40 % de la puissance totale nécessaire au bâtiment, il ne pourra moduler qu’entre une valeur de 24 à 40 % de la puissance totale. Sous les 24 % de puissance, si la cogénération est mise en tête de cascade, elle va commencer à « pomper » avec pour effet d’accentuer son vieillissement prématuré, car elle ne supporte pas les séquences répétées marche/arrêt.

Zone 1

En réalité, pour un besoin inférieur à 24 % de la puissance totale, ce sont les autres chaudières qui doivent être en « tête » de cascade. Si la chaufferie est équipée d’une chaudière à condensation, pour autant qu’elle soit dans de bonnes conditions de condensation, c’est elle qui doit assurer le besoin de chaleur. Avec sa capacité à moduler de 10 % à 100 % de son taux de charge, avec un excellent rendement à faible charge, la chaudière à condensation est tout indiquée.

Zone 2

Dans la plage de 24 à 40 % de la puissance totale nécessaire, la cogénération doit fonctionner en priorité. Une régulation mal réglée peut être à l’origine de l’arrêt prolongé ou du « pompage » de la cogénération ; ce qui n’est pas le but recherché.

Zone 3

Pendant les périodes de grands froids, la cogénération ne sera pas suffisante pour assurer les besoins de chaleur du bâtiment considéré. Il sera nécessaire de lui adjoindre une chaudière afin de lui donner le « coup de pouce sauveur ». Cette opération est délicate en fonction du type de chaudière qui vient faire l’appoint. Un développement trop important de puissance de la part de la chaudière peut faire en sorte que la cogénération s’arrête voire pire qu’elle commence à « pomper » (marche/arrêt intempestifs à faible charge). Pour cette plage de fonctionnement, il sera nécessaire, si possible, de piloter les chaudières en puissance de manière à éviter de démarrer :

une chaudière classique avec brûleur à 2 allures en grande flamme ;
une chaudière plus récente avec brûleur modulant à 100 % de taux de charge.

Exemple

Situation avant :

un besoin thermique maximum de 600 kW ;
deux chaudières classiques HR de 300 kW chacune.

La configuration suivante est envisagée :

Une des deux chaudières est remplacée par une chaudière à condensation sans réduction de puissance par rapport à l’ancienne chaufferie. La chaudière à condensation peut moduler de 10 à 100 % de sa puissance nominale.
Une cogénération de 200 kW thermique équipée d’un ballon tampon est sélectionnée par l’étude de faisabilité. La cogénération peut moduler de 60 à 100 % de sa puissance thermique nominale.

Le graphique suivant donne un aperçu d’un type de régulation réalisable :

Cette régulation intelligente tente de maintenir les différents équipements de production de chaleur à leur meilleure efficacité énergétique optimale, à savoir :

De 0 à 24 % du besoin de chaleur : la chaudière à condensation module de 5 à 24 % du besoin total de chaleur (soit 10 à 48 % de son taux de charge). Dans cette plage, le rendement de la chaudière peut atteindre au mieux de l’ordre de 107 % sur PCI.
De 24 à 40 % du besoin de chaleur : la cogénération module de 60 à 100 % de son taux de charge.
De 40 à 90 % du besoin de chaleur : la cogénération est à 100 % de sa charge soit à son meilleur rendement (cogénération de qualité) et la chaudière à condensation module de 10 % à 100 % de son taux de charge.
De 90 à 100 % du besoin de chaleur : la cogénération et la chaudière à condensation restent à 100 % de leur taux de charge tandis que la chaudière existante donne le complément de chaleur pendant quelques heures par an, ce qui n’affecte que très peu le rendement saisonnier de l’ensemble des deux chaudières.

On notera ici toute l’importance du ballon tampon qui permet :

De réduire la puissance thermique de la cogénération.
D’éviter les cycles courts ou le pompage de la cogénération. De cette manière, on prolonge aussi la durée de vie de la cogénération sachant qu’elle est, non seulement liés au nombre d’heures de fonctionnement, mais aussi au nombre de démarrages.

Comment assurer la régulation d’ensemble ?

En réalité, la régulation ne doit pas être une « usine à gaz ».

Ce qui nous intéresse ici, sur base d’un ensemble d’équipements de production de chaleur, c’est de « sélectionner le bon équipement au bon moment » en partant toujours de l’idée de choisir l’équipement qui donnera la meilleure performance énergétique à l’ensemble.

Voici un type de régulation d’ensemble qui pourrait être proposé.

Schéma de régulation ensemble chaudière(s)/cogénération.
Source Vadémécum : réussir l’intégration de l’hydraulique et de la régulation d’une cogénération dans une chaufferie, facilitateur cogénération 2014.

Chaque unité de production de chaleur ayant sa propre régulation interne, la complexité réelle de la régulation reste interne aux unités. Une régulation d’ensemble cohérente doit de plus être assurée de manière à ce que les équipements communiquent un minimum entre eux.

Il est donc nécessaire qu’un des régulateurs des chaudières puisse superviser le cogénérateur. Le superviseur peut par exemple être le régulateur d’une nouvelle chaudière à condensation.

Pour en savoir plus, le facilitateur Cogénération pour la Wallonie a publié un vadémécum « Réussir l’intégration de l’hydraulique et de la régulation d’une cogénération dans une chaufferie ». Il est disponible ici.

Techniques

Pour plus de renseignements sur la régulation des chaudières.

Régulation interne de la cogénération

Le nombre d’heures de fonctionnement et le nombre de démarrages de la cogénération associée à un ballon tampon peut être influencé par la régulation :

du taux de charge du cogénérateur par rapport à sa puissance thermique nominale et au besoin de chaleur total ;
du taux de charge du ballon tampon.

Taux de charge du cogénérateur

La régulation interne du cogénérateur peut être réalisée selon le rapport entre le besoin instantané de chaleur (en kWth) et la puissance thermique nominale de la cogénération en dessous duquel la cogénération reste à l’arrêt. Pratiquement, cette régulation s’exprime par sa capacité à gérer la modulation de puissance de la cogénération. Une cogénération classique peut en général avoir une modulation de puissance entre 60 et 100 %.

Exemple

Soit :

une cogénération de 300 kW thermique ;
un rapport : besoin de chaleur/puissance nominale de la cogénération de 60 %.

A l’instant t, la cogénération est à l’arrêt. La cogénération redémarrera lorsque le besoin thermique sera de 300 x 0.6 = 180 kW.

Sur base de différentes simulations effectuées avec CogenSim, on peut montrer l’influence de ce type de régulation.

Les hypothèses sont les suivantes :

Les profils de chaleur et d’électricité sont ceux donnés par défaut dans CogenSim.
Plage de modulation de la cogénération : 100 à 60 %.
Le taux de charge maximum du ballon en dessous duquel la cogénération module dans sa plage de modulation : 60 %.
Le taux de charge minimum du ballon à partir duquel la cogénération redémarre : 40 %.

Dans les simulations on fait varier le rapport besoin thermique/puissance cogénérateur, soit 60 et 90.

	Temps de fonctionnement (heures/an)								Nombre de démarrages annuel
Taux de charge du cogénérateur (%)	0-39	40-49	50-59	60-69	70-79	80-89	90-99	100	Nombre de démarrages annuel
Besoin/puissance cogénération
60%				1261	169	479	387	5714	21
90%				653	77	470	387	5709	1

On constate que :

Cette régulation permet de « grappiller » quelques heures de fonctionnement lorsqu’on dispose d’une cogénération qui peut démarrer à un taux de charge de 60 %.
Attention, cependant, que le nombre de démarrage augmente légèrement lorsqu’on passe de 90 à 60 %, ce qui sollicite le cogénérateur en accélérant son vieillissement.

Taux de charge du ballon

En dessous d’une certaine valeur de taux de charge maximum, la cogénération module en puissance. Plus ce taux de charge maximum est élevé, plus la cogénération commence à « pomper » (marche/ arrêt important). Ce qui nuit naturellement à longévité du cogénérateur.

Exemple

Les simulations sont de nouveau effectuées avec CogenSim.

Les hypothèses sont les suivantes :

La puissance thermique du cogénérateur : 300 kW thermiques.
La plage de modulation de la cogénération : 100 à 60 %.
Le rapport besoin de chaleur/puissance cogénérateur en dessous duquel la cogénération module en puissance : 60 %.
Le taux de charge minimum du ballon à partir duquel la cogénération redémarre : 40 %.

Dans les simulations on fait varier le taux de charge maximum du ballon en dessous duquel la cogénération module dans sa plage de modulation, soit 60 et 90 %.

	Temps de fonctionnement (heures/an)								Nombre de démarrages par an
Taux de charge du cogénérateur (%)	0-39	40-49	50-59	60-69	70-79	80-89	90-99	100	Nombre de démarrages par an
Taux de charge max du ballon à partir duquel la cogénération module (100 à 60 %)
60%				1261	169	479	387	5714	21
90%				789	117	464	338	6158	593

On constate que choisir un taux de charge maximum du ballon pas trop élevé (autour des 60 %) permet :

D’augmenter le nombre d’heures de fonctionnement du cogénérateur. En fait, la cogénération module beaucoup rapidement sa puissance par rapport aux besoins de chaleur au travers du ballon en « épousant » mieux le profil du besoin.
De réduire le nombre de démarrages de manière draconienne, ce qui allonge la durée de vie du cogénérateur.

Régulation individuelle des chaudières par rapport à la cogénération

Lorsqu’une ou plusieurs chaudières existantes sont en appoint de la cogénération, les régulations individuelles de chaque chaudière doivent être adaptées par rapport au cogénérateur. Souvent, on observera que lorsque le besoin de chaleur devient supérieur à la puissance thermique des cogénérateurs, on démarre une chaudière d’appoint sans modulation de puissance au niveau du brûleur. Le « boost » de puissance de la chaudière va tout de suite « affoler » la régulation du cogénérateur qui risque de s’arrêter rapidement. Il en résulte un risque non négligeable de « pompage » de la cogénération altérant ainsi :

la rentabilité de la cogénération ;
la durée de vie de la cogénération tout en augmentant le risque de panne.

Immanquablement, la chaudière d’appoint devra démarrer, pour les anciens modèles en petite flamme et pour les modèles récents au minimum de la plage de modulation (à 10 % pour une chaudière à condensation par exemple).

Posted By : Sylvie 20 Déc, 2011

Choisir une PAC en fonction de la performance de l’enveloppe

Stratégie de chauffage et de refroidissement

Lorsque la performance de l’enveloppe d’un bâtiment augmente, pour une même surface nette ou un même volume de bâtiment, la quantité d’énergie nécessaire au chauffage devient faible.

« On peut passer d’une valeur de 200 kWh/m².an à 15 kWh/m².an lorsqu’on tend vers un bâtiment passif ! ».

Source : PMP (Plateforme Maison Passive).

De même, la puissance à mettre à disposition pour assurer les besoins de chaleur du bâtiment se voit réduite de manière significative.

« Les puissances mises en jeu pour combattre les déperditions au travers des parois et par ventilation et pour assurer la relance en cas d’intermittence (ou ralenti nocturne), passent de l’ordre de 70 W/m³ à 20 W/m³ voire moins encore ! ».

Le renforcement de l’isolation et de l’étanchéité d’un bâtiment interagit donc sur la puissance du système de chauffage. À première vue, pour autant que les fabricants de systèmes de chauffage puissent proposer des équipements de faible puissance, il n’y a pas de restriction quant au choix de tel ou tel type de système de chauffage par rapport à la puissance.

Cependant, si le concepteur n’y prend pas garde, l’isolation d’un bâtiment n’engendre pas seulement que des réductions des besoins de chauffage. Il risque de générer aussi une augmentation des besoins de rafraichissement. D’un point de vue énergétique, si c’est le cas, il est primordial de produire du froid gratuitement ou à peu près !

La manière de produire le plus écologiquement du froid dans notre bonne Belgique est de faire appel au « free cooling » par ventilation naturelle. Ce n’est pas toujours possible !

En effet :

Le confort, dans certains cas, ne peut pas être assuré en permanence. On image difficilement qu’une chambre d’isolé dans un hôpital, de surcroit occupée la nuit, puisse être ventilée naturellement.

Certains maîtres d’ouvrage ne voient pas d’un bon œil de laisser des fenêtres ouvertes la nuit par souci de sécurité (même grillagée).

Les coûts d’une automatisation des systèmes d’ouvertures risquent d’être importants.

La régulation des systèmes d’ouverture n’est pas toujours évidente.

Le choix du « géocooling » comme moyen de refroidissement naturel s’impose donc. Cela tombe bien puisqu’avec le même système, on pourra produire du chaud par « géothermie » et du froid par « géocooling ». En effet, par le choix d’une pompe à chaleur géothermique eau/eau, réversible ou pas suivant le besoin de froid, on peut envisager la stratégie suivante :

En hiver, la chaleur sera « pompée » du sol par la pompe à chaleur en travaillant en mode « chaud », le sol se refroidissant par la même occasion.

En été, le froid accumulé en hiver sera extrait du même sol soit par la pompe à chaleur travaillant en mode froid, soit par 2 pompes de circulation permettant de travailler de manière satisfaisante au niveau énergétique (c’est la seule consommation des pompes qui permet de refroidir le bâtiment).

Cependant, le choix de la géothermie, comme source froide pour des bâtiments à forte isolation, est dépendant aussi de l’équilibre entre les besoins de chaud et de froid de l’immeuble.
Un bâtiment en demande de chaleur :

Qui nécessite peu de besoins de froid sous forme de « géocooling », ne permettra pas de recharger le sol en chaleur en été. Il s’en suivra, dans certains cas, d’un appauvrissement de la capacité du sol à fournir de la chaleur. Dans certaines études (simulation PileSim), on remarque qu’après 15 à 20 ans, la température du sol reste très basse. Dans ces conditions, l’énergie du sol sera plus difficilement exploitable. Si c’est possible, le refroidissement pourra être pris en charge par un système de « free-cooling » de nuit sur l’air par exemple.

Équilibré par la même demande en refroidissement permettrait de pérenniser la source froide.

En pratique, un équilibre 50/50 entre les besoins de chaud et de froid permettra de garantir une géothermie optimale à long terme.

Influence sur le choix du type de source froide et son dimensionnement

Pour une même emprise au sol, un bâtiment tertiaire dont l’enveloppe est performante est moins gourmand en besoin de chauffage qu’un bâtiment de type « passoire ». Par conséquent, il « pompera » moins d’énergie à la source froide.

Source froide : l’air ou aérothermie

L’air est en quantité « infinie » autour du bâtiment ; ce qui signifie que l’influence du niveau d’isolation du bâtiment sur le choix de l’air comme source froide reste faible. Bien que ! Si on pousse le raisonnement à l’absurde, une concentration de bâtiments peu isolés dont le choix de leur système de chauffage se porterait sur une PAC air/eau par exemple, contribuerait à créer un micro climat plus froid qu’il ne serait si les bâtiments étaient peu isolés.

Donc, la performance de l’enveloppe du bâtiment influence l’air comme source froide, mais il faut pousser le raisonnement très loin !

Pour un bâtiment bien isolé, la taille de l’évaporateur pourra être plus petite. Attention toutefois que les évaporateurs sont une source de nuisance sonore dont il faudra tenir compte.

Source froide : le sol ou géothermie

Le sol est une ressource limitée en quantité et en temps. Pour des bâtiments peu « déperditifs », la géothermie peut être intéressante dans le sens où, pour une même empreinte au sol du bâtiment, plus celui-ci est isolé :

Moins il sera gourmand en puissance disponible et plus petite sera l’installation de géothermie.
Plus grande sera la disponibilité d’énergie dans le sol.

Influence de la performance du bâtiment sur la source froide géothermique.

L’augmentation de la performance de l’enveloppe d’un bâtiment permet de mieux exploiter un même volume de sol, c’est vrai ! Mais il est nécessaire de tenir compte comme décrit ci-avant de l’équilibre entre les besoins de chaleur et les besoins de refroidissement.

Une fois n’est pas coutume, c’est la source froide qui risque de conditionner le niveau d’isolation de l’enveloppe du bâtiment !

En effet :

Une enveloppe de bâtiment très performante entraine un déséquilibre entre les besoins Chaud/froid en faveur du besoin de froid : la source froide risque de se réchauffer au cours des années. Il s’ensuit une interrogation au niveau de l’écologique, de l’autorisation d’exploiter le sol, …

Une enveloppe de bâtiment peu performante inverse la tendance : la source froide se refroidit.

Il n’est donc pas dit, avec une technologie comme la géothermie, que le renforcement à outrance de la performance de l’enveloppe du bâtiment soit l’idéal. Comme tout est une question de compromis, dans ce cas particulier, on ne visera pas nécessairement le passif voire mieux. Mais c’est du cas par cas !

Un bureau d’étude spécialisé permettra, par simulation thermique dynamique, de trouver le réel équilibre pour optimiser l’exploitation de la géothermie. On en tiendra compte dès l’avant projet du bâtiment.

Source froide : l’eau ou hydrothermie

Tout comme le sol, l’eau comme source froide (hydrothermie) est une ressource limitée qui dépend, entre autres, du débit de renouvellement du volume d’eau pris comme source froide (plan d’eau, …). Le fait de rendre les bâtiments performants permettra de disposer d’une source froide de taille plus petite (le lac de Genval plutôt que l’Eau d’heure par exemple). Cependant, s’il existe un besoin de refroidissement du bâtiment, l’eau devra être en mesure d’absorber la chaleur extraite du bâtiment par le système de pompe à chaleur réversible. Ceci implique qu’en été :

le débit de renouvellement de la source froide soit suffisant ;
les réglementations en vigueur permettent un rejet de chaleur à température plus élevée que la température moyenne de la source froide.

Influence sur le choix du type de source chaude et son dimensionnement

Régime de température

Les émetteurs à eau

Pour une même volumétrie des locaux dans un bâtiment bien isolé, la puissance d’émission nécessaire sera plus faible. On pourra donc prévoir un régime de température plus faible, et par conséquent la performance énergétique de la PAC associée pourra être améliorée (de l’ordre de 3 % par °C de température de gagné).

Exemple

On considère que la température de l’eau au niveau du condenseur se situe entre 35 et 45 °C pour – 8 °C extérieur dans le cas d’un bâtiment K45. Si on décide d’opter pour la conception d’un bâtiment plus performant (basse énergie ou passif), on pourrait avantageusement passer à des températures de condensation entre 25 et 30°C, soit un gain théorique de l’ordre de 30 % des consommations énergétiques.

Les émetteurs à air

Tout dépend du type d’émetteur :

En détente directe sur l’air hygiénique, les températures de condensation risque de devoir être aussi hautes que pour un bâtiment non isolé sachant que c’est de l’air externe que l’on réchauffe. Dans ce cas, le niveau de performance de l’enveloppe du bâtiment ne joue pas.

Pour des ventilo-convecteur à eau, cela revient au même que pour les radiateurs classiques : les températures de condensation seront sensiblement les mêmes (entre 25 et 30 °C par – 8 °C extérieur).

Inertie de l’émetteur

Dans un bâtiment dont l’enveloppe est performante, la faible inertie de l’émetteur est primordiale. En effet, en mi-saison, la surchauffe risque d’être dommageable si l’inertie de l’émetteur est importante. En effet, en cas de nuit froide, la dalle se chargera pour anticiper la journée qui suit. Malheureusement, le stockage de chaleur risque de ne servir à rien si les apports solaires pendant la journée sont élevés. La combinaison des apports solaires au travers des parois vitrées et des apports internes générés par la dalle de sol chauffante ne peuvent être évacués. Il s’ensuit une surchauffe importante des locaux.

Pour pallier à ce problème, on pense, par exemple, au plancher chauffant qui doit nécessairement être à faible inertie. L’émetteur dynamique à faible inertie, comme montré ci-dessous, permet de bien répondre aux besoins de réactivité d’un bâtiment performant. Tout dépendra naturellement du type de revêtement qui sera placé en finition au-dessus du plancher chauffant. Un matériau thermiquement isolant impliquera une augmentation de la température de l’eau de l’émetteur entrainant une dégradation de la performance de la pompe à chaleur. On rappelle qu’une augmentation de 1 °C de la température de condensation de la PAC entraine une dégradation de sa performance de l’ordre de 3 %.

Source Opal-système.

Influence sur le choix du type de compresseur

Les bâtiments qui présentent un niveau d’isolation important permettront le choix de pompe à chaleur de puissance raisonnable dans une gamme plus élargie. Au point que pour certains bâtiments tertiaires de petite taille, on pourrait même envisager d’étendre la gamme aux pompes à chaleur domestiques.

Quand on est en présence d’un bâtiment performant, le système de chauffage, quel qu’il soit, doit être très réactif à la relance et pouvoir moduler sur une plage de puissance large. On considère que la plage de variation de puissance des PAC (taux de charge) peut raisonnablement varier entre 30 et 100 %. L’idéal est donc de choisir des pompes à chaleur avec compresseur à vitesse variable (technologie INVERTER).

Posted By : Sylvie 20 Déc, 2011

Concevoir une installation de cogénération avec une ou des chaudières à condensation

Besoins thermiques et électriques d’un bâtiment moderne

Besoins thermiques

La conception des bâtiments modernes n’a plus rien à voir avec nos chères constructions « passoires ». La venue de la PEB bouleverse nos habitudes de constructions ; cela va dans le sens où les besoins thermiques diminuent fortement.

Les profils de chaleur évoluent aussi ! Il suffit d’analyser deux monotones de chaleur pour s’en convaincre. On se réfère à deux bâtiments de volume différent, mais ayant le même besoin de puissance de chauffe :

l’un, de grand volume est bien isolé et d’étanchéité correcte ;
l’autre de volume moyen est de type « passoire ».

Les monotones de chaleur sont représentées ci-dessous :

Bâtiment type passoire.

Bâtiment performant.

Le besoin de chaleur en puissance est représenté par la courbe et en énergie par l’aire sous la courbe. Les surfaces de couleur matérialisent le besoin de chaleur qui pourrait être pris en charge par une unité de cogénération. En comparant les deux aires de couleur, on se rend compte que :

Pour une même puissance de dimensionnement de cogénération, la prise en charge du besoin de chaleur par la cogénération dans un bâtiment énergétiquement performant est beaucoup plus faible.

Pour un même investissement, la production de chaleur et, par conséquent, d’électricité est moindre.

Il s’en suit qu’à puissance de cogénération égale, on observe une diminution de la rentabilité énergétique, environnementale et financière.
A méditer !

Comment déterminer les besoins de chaleur ?

Partir d’une feuille blanche pour envisager l’association d’une cogénération et de chaudières à condensation n’est pas nécessairement plus aisé qu’en rénovation. En effet, les profils de consommations de chaleur ne sont pas connus. Dès lors, il est impératif de déterminer ces profils de manière précise. Les simulations thermiques dynamiques peuvent aider le concepteur à établir ces besoins de chaleur en fonction :

des caractéristiques du bâtiment (volumétrie, orientation, composition des parois, inertie accessible, …) ;

des types et scénarios d’occupation (horaires, nombre de personnes, …) déterminant les consignes de température, les apports internes, … ;

du climat dans lequel le bâtiment se trouve (température, humidité, ensoleillement, vent, …) permettant d’évaluer les échanges thermiques du bâtiment avec l’extérieur, les apports solaires au travers des baies vitrées, …) ;

Pour réaliser ce genre d’étude, il faut s’adresser à un bureau d’étude spécialisé qui établira un profil de besoins tel que celui exposé ci-après :

Profil de besoin de chaleur et de refroidissement en fonction de la température externe
(simulation type TRNSYS).

Profil annuel des besoins de chaleur et de refroidissement
(simulation type TRNSYS).

Comment déterminer les besoins d’électricité ?

Pour déterminer les besoins d’électricité, il existe des ratios relativement fiables. Une difficulté majeure dans l’établissement d’un profil de besoins électriques est d’imaginer les scénarios de commande et de régulation des équipements électriques. On donne comme exemple les variations des consommations électriques :

des luminaires en fonction de l’apport de lumière naturelle et d l’occupation ;
des ventilateurs de ventilation hygiéniques en fonction de la qualité de l’air ;
des ascenseurs en fonction du trafic ;
des process éventuels en fonction du « taux de charge » de la chaîne de production ;
des groupes de climatisations en fonction du climat et des apports internes ;
…

Besoin d’électricité.

Profil de besoin électrique reconstitué à partir d’un scénario théorique.

Intérêt énergétique, environnemental et financier de l’association

Pour rappel, que ce soit en amélioration ou en conception, la cogénération est juste là pour produire un maximum d’énergie thermique et électrique locale sur base d’un profil de chaleur. L’appoint en chauffage, comme des chaudières à condensation, n’est là que pour :

prendre le relais en mi-saison lorsqu’on décide de ne pas faire fonctionner la cogénération ;
donner un « coup de pouce » en termes de puissance pendant les périodes froides ;
palier à une défectuosité de la cogénération.

Scénario de départ

Le gestionnaire d’un parc immobilier a décidé, pour son nouveau bâtiment de placer deux chaudières à condensation.

Mais aurait-il un intérêt à investir dans une cogénération ?

Avant de se lancer dans une entreprise de combinaison d’une cogénération avec une ou plusieurs chaudières à condensation, il est impératif de savoir s’il existe un intérêt énergétique, environnemental et financier réel à les associer. En d’autres termes :

> Vaut-il mieux se contenter :

de placer uniquement des chaudières à condensation et d’optimiser l’installation tant au niveau hydraulique qu’au niveau de la régulation du système de chauffage, et ce dans le but d’optimiser uniquement le rendement saisonnier de la chaufferie ?

ou de continuer à « importer » de l’électricité à partir du réseau ?

> Ou faut-il viser directement l’association des chaudières avec un cogénérateur en considérant que sur site :

la cogénération consomme plus de combustible pour chauffer le bâtiment et produire de l’électricité en local ?

les chaudières consomment un solde de combustible lorsque la cogénération ne « tourne pas » ?

le réseau fournit le solde de besoin d’électricité ?

Dans ce qui suit on tente d’y répondre par l’exploitation du logiciel d’étude de pertinence de cogénération de la Région Wallonne CogenSim (version 3.11 ; 2011) :

Simulation

Le postula de départ est qu’une étude de faisabilité d’installation d’une cogénération a montré une rentabilité énergétique, environnementale et financière valable.

En partant du principe qu’une cogénération est dimensionnée pour produire la base d’un profil de besoin de chaleur, le solde étant fourni par une chaudière à condensation, plus cette chaudière sera performante, plus importante sera la réduction des consommations énergétiques pour fournir ce solde.

Une manière d’y arriver est de simuler une cogénération associée à une chaudière dont le rendement saisonnier évolue de 80 à 100 %.

Evaluer

Pour plus de renseignements sur le calcul de rentabilité de l’association d’une cogénération avec une ou plusieurs chaudières à condensation.

Il y a t-il un intérêt réel d’association ?

En préliminaire, il faut toutefois faire remarquer que le cas présenté ci-dessus est très favorable à l’investissement dans une cogénération. En effet, les profils des besoins de chaleur et d’électricité se complètent bien. Tous les projets ne sont pas toujours aussi heureux ! Par exemple, lorsque le besoin de chaleur est faible par rapport à la demande d’électricité, l’investissement dans une cogénération n’est pas toujours rentable. A voir donc au cas par cas !

Cogénération

Pour plus de renseignements sur les cogénérateurs.

Niveau énergétique

En partant du principe, que pour les profils de chaleur et d’électricité établis pour le projet considéré, l’étude précise de faisabilité du placement d’une cogénération est envisageable énergétiquement, environnementalement et financièrement parlant, l’association d’une ou de plusieurs chaudières à condensation est un plus énergétique comme le montre le graphique suivant :

Évolution des consommations en énergie primaire.

Niveau environnemental

La réduction des émissions de gaz à effet de serre est liée aux consommations en énergie primaire. Dans le cas étudié dans la note de calcul, la réduction des émissions de CO₂ est effective même pour une cogénération au gaz et sera d’autant meilleure que le rendement des chaudières d’appoint sera élevé. On privilégiera donc les chaudières à condensation. Le bilan environnemental sera naturellement influencé par le type de combustible utilisé par la cogénération. En effet, le nombre de certificats verts octroyés (CV) sera d’autant plus important que le combustible sera renouvelable (bois, huile végétale, …).

Niveau financier

Quant au bilan financier, il est en général lié aux éléments principaux suivants :

aux coûts imputés aux consommations des différents combustibles et aux frais de maintenance ;
à l’investissement :
- dans l’installation de la cogénération et de la (des) chaudière(s) ;
- dans la modification du circuit hydraulique primaire ;
- dans l’adaptation de la régulation de la cascade cogénération/chaudière(s) ;
à l’octroi des primes et des certificats verts (CV) ;
à l’autoconsommation maximale de l’électricité produite par la cogénération (réduction de la facture électrique) ;
à la revente résiduelle d’électricité. Attention, qu’au global, il ne peut pas devenir producteur d’électricité.

Le bilan financier est très variable. La rentabilité de la cogénération provient du gain engendré sur la facture électrique et les CV. Le premier gain est très important d’où l’intérêt d’autoconsommer un maximum de l’électricité produite par la cogénération pour maximiser la rentabilité de l’installation.

Aspect hydraulique et de régulation

Condition de cohabitation

Ici, on part du principe que le bâtiment qui sera construit est un bâtiment énergétiquement performant répondant au moins aux exigences PEB.

Pour qu’une cogénération puisse cohabiter avec une ou plusieurs chaudières à condensation, il faut en même temps alimenter :

la chaudière à condensation avec un retour en chaufferie le plus froid possible (pour le gaz < 55 °C) ;

le cogénérateur avec un retour, dont la température, n’est pas inférieur à 60 °C mais pas supérieur à 70 °C. Même, la température d’eau de la plupart des moteurs n’excède pas plus de 65 °C.

C’est à ce niveau que les aspects de conception des circuits hydrauliques et de la régulation ainsi que la disposition des équipements, les uns par rapport aux autres, prennent toute leur importance.

On rappelle ici que la cogénération est en tête de cascade. Ce qui signifie que, si l’étude de faisabilité de la cogénération a été réalisée correctement, pendant 4 000-5 000 heures sur la saison de chauffe, elle doit fonctionner seule ou en parallèle avec la ou les chaudières.

Aspect hydraulique

Température de retour

On part du principe « qui peut le plus peut le moins » ; ce qui signifie qu’un retour froid des circuits secondaires peut être réchauffé et pas l’inverse !

C’est donc bien un retour le plus froid possible qui garantit une cohabitation harmonieuse de la cogénération et de la ou des chaudières à condensation !

Le retour froid en chaufferie est surtout conditionné par le mélange ou pas des retours des circuits secondaires dont les régimes de températures peuvent être totalement différents.

Ces régimes sont déterminés en fonction :

De la charge thermique par déperdition au travers des parois et par in/exfiltration ainsi que la charge thermique par ventilation hygiénique des différents locaux du bâtiment. Par exemple, pour un bâtiment dont la performance de l’enveloppe est élevée (isolation des parois, remplacement de châssis à simple vitrage par des châssis à double vitrage à basse émissivité, placement de récupérateur de chaleur sur un système de ventilation à double flux, …), les régimes de températures pourraient être les suivants :
- pour les circuits statiques, un régime 70-50 °C ;
- pour les planchers chauffants, un régime 35-25 °C.
- pour les batteries chaudes des systèmes de ventilation double flux avec récupérateur, un régime 45-35 °C.

De la présence ou pas d’un circuit d’ECS. On pourrait très bien envisager, pour une production d’ECS semi-instantanée, un régime 70-45 °C.

Configuration de collecteur

Suivant la température de retour des différents circuits secondaires, ceux-ci seront combinés ou pas au niveau du collecteur principal.

Un seul collecteur de retour (régime ECS : 70-45 °C).

Collecteur de retour haute et basse température (régime de température 70-60 °C).

Concevoir

Pour plus de renseignements sur la conception correcte des circuits de distribution.

Techniques

Pour plus de renseignements sur les circuits hydrauliques associés à une chaudière à condensation.

Configuration des équipements de production

En conception, pour optimiser énergétiquement l’association d’un cogénérateur avec une ou plusieurs chaudières à condensation, le nombre de configurations hydrauliques des équipements de production est assez limité de par la complexité des projets.

La configuration hydraulique du circuit primaire est en général tributaire :

de la cohérence entre les régimes de températures des circuits secondaires ;
de l’évolution ou pas du nombre de circuits secondaires : le projet est-il prévu en plusieurs phases ou pas ?
et du type de chaudières disponibles sur le marché en fonction de la puissance. On envisagera, par exemple :
- une chaudière à condensation avec un seul ou deux retours (échangeurs haute température et à condensation en série ou les deux échangeurs en parallèle) ;
- une chaudière à grand ou faible volume d’eau ;
- une chaudière nécessitant un débit minimum ou pas ;
- une chaudière traditionnelle nécessitant un retour chaud (minimum de 60°C pour éviter la condensation dans l’échangeur).

Différentes configurations sont proposées par les fabricants. A quelques variantes près, elles se ressemblent. On considère ici, à titre d’exemple, trois associations caractéristiques de chaudières de différents types avec un cogénérateur. À noter que certains constructeurs de chaudières proposent maintenant des solutions complètes d’association de chaudières avec cogénérateur pilotée par une même régulation. En conception, il est intéressant d’opter pour une solution complète du même constructeur sachant qu’il est très important que la régulation porte sur l’ensemble de la chaufferie, y compris la cogénération.

Il est bien entendu que la règle de prudence est toujours d’application sachant que chaque projet est un cas particulier. Le responsable du projet fera toujours appel à un bureau d’étude spécialisé capable de maîtriser non seulement les techniques liées aux cogénérateurs, mais aussi celles faisant appel aux chaudières.

Exemple 1 : Deux chaudières à condensation et un cogénérateur à huile végétale

Source : Sibelga.

Quelques explications :

Les circulateurs des circuits secondaires assurent la circulation du fluide caloporteur tant au primaire qu’au secondaire.

Le ballon tampon du cogénérateur est hydrauliquement en tête du retour. Vu que l’objectif premier est de maximiser le nombre d’heures de fonctionnement du cogénérateur, le ballon tampon est le « fournisseur prioritaire » des besoins de chaleur.

Tant que la puissance du cogénérateur est suffisante, il est le seul producteur primaire de chaleur.

Une fois que le besoin de chaleur dépasse la puissance du cogénérateur, l’appoint est donné par la première chaudière à condensation. La vanne 3 voies permet l’irrigation du retour chaud tandis que la vanne 2 voies celle du retour froid. Ces deux vannes travaillent en tout ou rien et sont commandées par la régulation de la chaudière qui est en demande de production de chaleur.

Lorsque le besoin de chaleur devient très important, la seconde chaudière à condensation peut donner le solde de chaleur.

Exemple 2 : Une chaudière traditionnelle, une chaudière à condensation et un cogénérateur

Source : Sibelga.

Quelques explications :

Les circulateurs des circuits secondaires assurent toujours la circulation du fluide caloporteur tant au primaire qu’au secondaire.

Le ballon tampon du cogénérateur est aussi hydrauliquement en tête de retour.

Tant que la puissance du cogénérateur est suffisante, il est le seul producteur primaire de chaleur.

Une fois que le besoin de chaleur dépasse la puissance du cogénérateur, l’appoint est donné par la chaudière à condensation. En fonction de l’ouverture des vannes de réglable 2 voies AK et 3 voies UV, l’appoint de la chaudière se répartit entre les échangeurs à haute et basse température de manière à favoriser au maximum la condensation.

Durant les périodes de grand froid, la chaudière traditionnelle peut aussi donner un « coup de pouce » par la modulation de la vanne 3 voies SK.

Exemple 3 : une chaudière à condensation à un seul retour et un cogénérateur

Source : Sibelga.

Quelques explications :

Les fabricants proposent de plus en plus des chaudières à condensation à un seul retour.

Dans ce cas-ci, lorsque la cogénération ne peut plus assurer les besoins de chaleur, la régulation centrale « libère » la chaudière à condensation en ouvrant la vanne 3 voies qui lui est associée. Cette vanne tout ou rien permet le passage du débit total dans la chaudière à condensation.

Aspect de régulation globale

Outre la régulation individuelle des équipements qui doit être optimale, la globalisation de la régulation tant au niveau de la cascade des chaudières que de la cogénération est primordiale. Dans des projets de conception, l’occasion est rêvée d’assurer cette globalisation, à savoir qu’il est nécessaire de considérer :

Les chaudières à condensation et le cogénérateur avec leur propre régulation « interne » .
La supervision d’ensemble de tous les équipements de manière à bien orchestrer l’ensemble de la cascade avec toujours comme objectif :
- de privilégier le fonctionnement de la cogénération ;
- de favoriser la condensation des chaudières lorsque celles-ci fonctionnent.

Pour bien réguler l’ensemble de l’association chaudières classiques/chaudières à condensation/cogénérateur, on considérera l’ordre de priorité suivant :

Chaudière à condensation pour les faibles besoins d’été par exemple. C’est intéressant de faire fonctionner la chaudière à condensation à faible charge sachant que dans une plage de module de 10 à 50 % voire 60 %, ce type de chaudière est très performant au niveau énergétique (zone 1).

Cogénérateur un maximum de temps durant la saison de chauffe. Pendant cette période, il module entre 60 et 100 % de sa puissance thermique nominale. Suivant le profil de besoin, la quantité de démarrages du cogénérateur peut être limitée, « ce qui lui sauve la vie ! » (zone 2).

Cogénérateur travaillant à 100 % de son taux de charge et chaudière à condensation modulant de 10 à 100 %. À noter toutefois que pour quelques heures par an, la seconde chaudière peut donner un appoint (zone 3).

Techniques

Pour plus de renseignements sur la régulation de l’association chaudières classiques/chaudière à condensation/ cogénérateur.

Posted By : Sylvie 20 Déc, 2011

Dimensionner une installation de chauffage : principes généraux

Dimensionnement de la production de chaleur

Le principe du dimensionnement

Durant la saison de chauffe, deux besoins de chauffe apparaissent :

Un transfert de chaleur s’effectue de l’ambiance intérieure chaude vers l’extérieur plus froid, au travers des parois.

De l’air hygiénique entre dans le bâtiment « neuf et froid »,… et sort « vicié et chaud ».

Ces pertes de chaleur sont appelées les déperditions du bâtiment.

Le but de l’installation de chauffage est de compenser ces déperditions pour maintenir la température intérieure constante. Dimensionner les systèmes de chauffage, c’est calculer la puissance utile nécessaire pour y parvenir lors des conditions extrêmes : lorsque la température extérieure est minimale, qu’il n’y a pas de soleil et que les apports internes sont nuls.

Les déperditions du bâtiment doivent être calculées suivant la norme NBN B 62-003. (nouvelle norme NBN EN 12831 : 2003).

Toutefois, le Cahier des Charges 105 de la Régie des Bâtiments (1990) ne prend en compte que la moitié des déperditions par infiltration calculées pour chaque local. En effet, celles-ci ne se manifestent jamais simultanément : selon la direction du vent, une façade est en surpression et la façade opposée est en dépression. Conséquence, seule une partie du bâtiment (environ la moitié) voit son air renouvelé par de l’air extérieur, l’autre se voit traversé par cet air déjà préchauffé.

Actuellement, la réglementation impose l’organisation d’une ventilation permanente :

S’il s’agit d’une ventilation permanente organisée naturellement, une règle similaire peut être d’application : les débits qui entrent dans les locaux munis d’orifice d’alimentation sont les mêmes que ceux qui sont évacués par les locaux en dépression, après passage dans les couloirs (« le même air est utilisé 2 fois »). Si bien que le taux de renouvellement d’air moyen β peut être pris égal à 0,5.

Si l’installation est mécanique, c’est l’entièreté du débit d’air neuf hygiénique qui doit être pris en compte.

Attention à la température extérieure de référence !

La température extérieure extrême pour laquelle il faut dimensionner l’installation est mentionnée dans la norme NBN B 62-003 (nouvelle norme NBN EN 12831 :2003), pour chaque commune de Belgique. Cette température, appelée « température de base », correspond à la « température extérieure moyenne journalière qui, en moyenne, n’est dépassée vers le bas que pendant un seul jour par an ».

C’est cette température qui doit servir de référence et non l' »impression » du chauffagiste qui pense qu’il fait souvent plus froid dans sa région, ou qui veut à tout prix que le confort soit garanti en cas de gel à – 20 °C comme on en rencontre tous les 30 ans.

En fait, un bâtiment a de l’inertie et ses besoins de chauffage sont sensibles à la T°moyenne jour/nuit. D’ailleurs, lorsque la température de – 10 °C est choisie, il s’agit d’une moyenne entre les extrémis jour et nuit. En fait, dimensionner pour « – 10 °C », c’est en réalité dimensionner pour – 15 °C la nuit et – 5 °C le jour, par exemple. Donc une installation calculée pour – 10 °C « tiendra » pour – 15 °C la nuit.

Températures extérieures minimales de base, en Belgique.

Faut-il surdimensionner la production de chaleur pour permettre l’intermittence ?

Lorsque l’on pratique un chauffage discontinu (coupure nocturne, de week-end, …), la relance de l’installation demande une surpuissance par rapport au fonctionnement continu. Cette surpuissance sera surtout fonction de l’inertie thermique du bâtiment (la masse des matériaux) qu’il faudra réchauffer. Et l’isolation renforcée des bâtiments récents augmente l’importance relative de la puissance de relance par rapport à la puissance des déperditions en régime permanent.

La norme NBN B62-003 (nouvelle norme NBN EN 12831 :2003) estime qu’il faut tenir compte de cette surpuissance dans le dimensionnement de la production de chaleur. Mais le calcul (emprunté à la norme allemande DIN 4701) est assez complexe et peut générer des surpuissances « exagérées » (selon « rapport n°1 » du CSTC).

Par contre, le cahier des charges type 105 de la Régie des Bâtiments, et nous penchons plutôt dans ce sens, préconise de choisir la puissance de la production correspondant aux déperditions du bâtiment et de dimensionner les émetteurs de chaleur à un régime de température d’eau inférieur à celui du générateur. Par exemple, en régime 80°/60° pour les émetteurs, si la production de chaleur est dimensionnée pour un régime de 90°/70°.

Durant la saison de chauffe

Cette méthode donne lieu à un surdimensionnement des émetteurs de 27 % en moyenne, ce qui est une surcapacité suffisante dans la plupart des situations de l’année, sachant que la production de chaleur est de toute façon surdimensionnée 364 jours par an !

En fait, sur la saison de chauffe, toute installation possède une surpuissance moyenne de 100 %. En effet, la température extérieure moyenne d’une saison de chauffe est de l’ordre de 6 °C (5 °C en Ardenne) et la température extérieure de base prise en compte pour le dimensionnement est en moyenne de – 10 °C. La différence de température entre intérieur et extérieur à vaincre est donc en moyenne de 20 °C – 5 °C = 15 °C, alors que l’installation a été dimensionnée pour une différence de 20 °C – (- 10 °C) = 30 °C, soit 2 fois plus.

Lors de la situation la plus critique

Il reste la situation la plus critique : on peut imaginer, par exemple, que le chauffage est coupé entre Noël et Nouvel An, que le bâtiment est seulement maintenu à 14 °C et qu’il gèle à – 10 °C le jour de la reprise…

Le surdimensionnement des émetteurs ne sera pas utile si la production de chaleur ne l’est pas.
Mais plusieurs critères vont renforcer la puissance de chauffe effective :

Lors de la sélection de la production de chaleur, la norme NBN D30-001 (1991) propose la répartition de puissance suivante :

Puissance calculée Q_tot [kW]	Nombre minimum de production de chaleur	Puissance utile de la production de chaleur
Puissance calculée Q_tot [kW]	Nombre minimum de production de chaleur	Production de chaleur 1	Production de chaleur 2	Production de chaleur 3
< 200	1	1,1 x Q_tot	–	–
200 kW < .. < 600	2	0,6 x Q_tot	0,6 x Q_tot	–
> 600	3	0,33 x Q_tot	0,33 x Q_tot	0,5 x Q_tot
> 600	3	0,39 x Q_tot	0,39 x Q_tot	0,39 x Q_tot
de facto, la puissance de la (des) production (s) de chaleur sera surdimensionnée de 10 à 20 %,

Lors des calculs, des marges de sécurité sont prises sur la définition des caractéristiques thermiques des matériaux qui composent les parois.

La production de chaleur choisie dans un catalogue de fournisseur aura une puissance supérieure à la valeur calculée.

La ventilation mécanique des bâtiments doit être mise à l’arrêt en période d’inoccupation, et donc aussi pendant la relance. La ventilation mécanique représentant de l’ordre de 50 % de la puissance de chauffe d’un bâtiment bien isolé, c’est autant de puissance de relance qui se dégage. Si l’installation de ventilation est naturelle, une fermeture soit des grilles d’entrée d’air, soit des cheminées de sortie d’air est recommandée pour limiter les déperditions en période d’inoccupation. S’il s’agit d’un ancien bâtiment sans système de ventilation, portes et fenêtres resteront fermées durant la relance.

La régulation par optimisation relancera suffisamment tôt le chauffage, quitte par période exceptionnelle de gel intense, à ce que l’installation fonctionne en régime continu sans interruption.

Dès l’arrivée des occupants, des apports internes (éclairage, bureautique, …) viendront renforcer l’apport des corps de chauffe.

Les périodes de froid intense sont accompagnées de ciel serein et donc de soleil, permettant un éventuel complément de chauffe en milieu de matinée.

Et finalement, faudrait-il vraiment surdimensionner toute une installation pour une situation exceptionnelle pouvant nuire très temporairement à notre confort ?

Faut-il tenir compte des pertes de distribution ?

Non, le dimensionnement ne doit pas tenir compte des pertes dans le réseau de distribution. En effet, celles-ci sont en partie récupérées par le bâtiment et, lorsque les conduites parcourent des zones non chauffées, leur degré d’isolation est suffisant pour rendre les pertes négligeables.

Comment vérifier que le dimensionnement a été effectué correctement ?

Déperditions au travers des parois et pertes par ventilation

C’est le bureau d’études ou l’installateur qui doit effectuer le dimensionnement, c’est-à-dire calculer les déperditions du bâtiment suivant la norme NBN B62-003 (nouvelle norme NBN EN 12831 :2003). Pour cela, il a besoin de connaître :

La surface et la composition de toutes les parois qui entourent le volume chauffé du bâtiment : murs extérieurs, murs intérieurs en contact avec des locaux non chauffés, portes et fenêtres, planchers sur sol, sur cave, sur vide ventilé, toiture ou plafond sous grenier non chauffé, coupoles, …

Les températures de consigne de chacune des zones intérieures (la norme donne des valeurs indicatives à prévoir en fonction du type de local).

Ce qui signifie que si ces données n’ont pas été demandées, le dimensionnement n’a pas été réalisé selon les règles.

À titre de contrôle, on peut se faire une idée de la puissance à installer en utilisant le tableau suivant (attention, ce tableau ne peut être utilisé pour dimensionner, mais bien pour vérifier un calcul !) :

Puissance spécifique à installer [W/m³] pour une température intérieure de consigne de 19 °C, une température extérieure de base de – 8 °C et un taux de renouvellement d’air de 0,7 vol/h
Compacité du bâtiment (Volume chauffé / Surface déperditive) [m]	Niveau global d’isolation
	K35	K45	K70	K150
0,5	23,9	31,6	46,3	67,6
1	16,7	19,4	26,6	47,3
1,5	14,7	17	22,6	40,6
2	13,9	15,9	21,0	37,2
3	13,5	15,2	20,2	33,8
4	–	–	16,8	32,1

K35 = bâtiment basse énergie ;
K45 = bâtiment bien isolé (construire avec l’énergie) ;
K70 = bâtiment isolé des années 80 ;
K150 = bâtiment ancien et non isolé.

On se rend compte que l’on atteint qu’exceptionnellement une puissance de 60 W/m³. Ce ne sera que pour un petit bâtiment très peu compact (fort étalé et présentant beaucoup de recoins) et extrêmement mal isolé.

Calculs	Pour adapter ces valeurs à votre situation et contrôler le dimensionnement de votre nouvelle chaudière.
Cahier des charges	Dimensionnement de la production de chaleur. Puissance de la production combinée de chauffage et d’eau chaude sanitaire.

Puissance de relance

A la puissance nécessaire pour vaincre les déperditions au travers des parois et les pertes par ventilation, il faut adjoindre la puissance de relance en cas d’intermittence ou de ralenti nocturne. Comme le montre le tableau suivant (extrait de la norme NBN EN 12831), la puissance de relance dépend principalement :

De l’inertie du bâtiment ;
De la chute prévue de la température intérieure lors du ralenti ;
Du temps de relance toléré pour atteindre le confort.

Temps de relance pour une durée maximale de ralenti de nuit de 12 heures	f_rh W/m²
	Chute prévue de la température intérieure lors du ralenti
	2K			3K			4K
	Inertie du bâtiment
	faible	moyenne	forte	faible	moyenne	forte	faible	moyenne	forte
1 2 3 4	18 9 6 4	23 16 13 11	25 22 18 16	27 18 11 6	30 20 16 13	27 23 18 16	36 22 18 11	27 24 18 16	31 25 18 16

L’addition des puissances dues aux déperditions des parois et des pertes par ventilations avec la puissance de relance détermine la puissance totale à prévoir pour le système de production de chaleur.

Influence de la performance de l’enveloppe du bâtiment

Facteurs d’influence

Le dimensionnement d’une installation de chauffage dépend donc :

de la charge thermique due aux déperditions au travers des parois ;
de la charge thermique due à la ventilation et aux in/exfiltrations ;
de la puissance de relance nécessaire en cas d’intermittence.

Au travers de différents exemples repris ci-dessous, on se propose d’étudier l’influence de l’amélioration de la performance de l’enveloppe d’un bâtiment.

Exemple 1

Soit un immeuble de bureau modélisé avec les caractéristiques suivantes :

Composé d’un sous-sol enterré sur la moitié de la surface au sol, d’un RDC + 2 ;
Empreinte au sol de 980 m² ;
3 411 m² de surface nette totale ;
10 233 m³ de volume intérieur ;
La hauteur sous plafond est de 2,5 m ;
Le bâtiment est équipé d’un système de ventilation double flux avec un récupérateur de chaleur de rendement thermique de 70 % ;
Le taux de renouvellement est de 1 vol/h ;
Le rendement moyen du récupérateur de chaleur sur l’air hygiénique est de 70 % ;
La compacité volumique du bâtiment (V/At) est de 3.3 ;
L’inertie du bâtiment est moyenne.

Sur base de la norme de dimensionnement NBN EN 12831 : 2003, on calcule les charges thermiques par transmission (déperditions des parois) et par renouvellement d’air, ainsi que la puissance de relance, et ce en fonction de l’évolution de la performance de l’enveloppe. On entend par performance de l’enveloppe, la prise en compte du niveau d’isolation des parois externes et de l’étanchéité du bâtiment. Une image parlante (mais à prendre avec des pincettes) est la valeur K du bâtiment.

Les hypothèses suivantes sont prises :

La température extérieure de dimensionnement est de – 8 °C ;
La température interne est de 20 °C ;
La moyenne de la température externe est de 8 °C ;
Le temps de relance est de 3 heures ;
En fonction de la performance de l’enveloppe, les hypothèses suivantes sont prises :

Niveau de performance de l’enveloppe	Taux de renouvellement n50 (h^-1)	Rendement thermique du récupérateur (%)	U moyen du bâtiment (W.m-2.K^–
K70	5	–	1.2
K45	2,5	70	0.8
K30	2	70	0.5
K19	0,6	70	0.3

Remarque : de manière tout à fait arbitraire, on considère que le bâtiment de type K70, à l’époque, n’était pas équipé d’un récupérateur de chaleur.

Le graphique suivant donne une idée de l’évolution de la puissance de chauffe en fonction du niveau d’isolation du bâtiment.

Image de la performance de l’enveloppe.

Lorsque le niveau d’isolation augmente :

Les charges thermiques par transmission diminuent. En d’autres termes, le U_moyen du bâtiment (W/m².K) s’améliore de par l’augmentation de l’épaisseur d’isolant dans les parois externes.

Les charges thermiques par ventilation et infiltration diminuent sachant que :
- Celles par ventilation du système de ventilation hygiénique restent constantes. En effet, on considère que les débits ne sont pas changés. Dans le cas du bâtiment K70, le système de ventilation n’étant pas équipé d’un récupérateur (courant sur les vieilles installations), la charge thermique augmente de 70 %.
- Celles par infiltration diminuent. Effectivement, lorsqu’on améliore le niveau d’isolation, on peut considérer qu’un soin particulier doit être pris à réduire aussi le niveau d’infiltration.

Concernant la puissance de relance :
- En absolu, elle diminue. En effet, par la pratique de l’intermittence ou de l’abaissement de la consigne de température de nuit, le bâtiment se refroidit. Plus l’enveloppe du bâtiment est performante, moins la chute de température interne sera conséquente et plus facile sera la relance.
- En relatif, par rapport aux autres charges thermiques, elle augmente comme le montre les diagrammes ci-dessous :

Exemple 2

En décidant de réduire l’inertie du bâtiment (plancher et plafond en bois par exemple), l’influence de la puissance de relance sur la puissance totale de dimensionnement se réduit comme le montre le graphique suivant.

Image de la performance de l’enveloppe.

Exemple 3

A l’inverse, quand l’auteur de projet décide de renforcer l’inertie du bâtiment (plancher et plafond en béton), l’influence de la puissance de relance sur la puissance totale de dimensionnement augmente comme le montre le graphique suivant.

Image de la performance de l’enveloppe.

En résumé

L’augmentation de la performance énergétique de l’enveloppe :

En absolu, s’accompagne d’une réduction de la puissance de dimensionnement du système de chauffage. En effet :

Les déperditions au travers des parois sont réduites de par l’isolation croissante.
Le taux d’in/exfiltrations diminue. En d’autres termes, l’étanchéité du bâtiment s’améliore.
En cas d’intermittence, la puissance de relance diminue :
- Pour un bâtiment à faible isolation, la coupure du chauffage en période nocturne ou le WE peut engendrer des variations de température entre le début et la fin de la coupure de l’ordre de 4 K.
- Pour un bâtiment à forte isolation, toute autre chose restant égale (par exemple l’inertie), l’intermittence ou le ralenti nocturne provoque une réduction de la température interne limitée. Sur une période de 12 heures, on pourrait observer une chute de température de l’ordre de 2 K par exemple.

En relatif, met en évidence une augmentation significative de la part de puissance prise en charge pour la relance. Ce qui signifie, qu’au cours d’une journée un bâtiment bien isolé :

Demandera tôt le matin une puissance de relance proche de la puissance nominale du système de chauffage, et ce pendant un temps relativement court.
- Lorsque le bâtiment sera occupé, nécessitera une puissance très faible pour contrecarrer les déperditions relativement faibles pendant un temps plus long.

Posted By : Sylvie 20 Déc, 2011

Moderniser une chaufferie existante en associant une chaudière à condensation et un cogénérateur

Intérêt énergétique, environnemental et financier

Pour rappel, que ce soit en rénovation ou en conception, la cogénération est juste là pour produire un maximum d’énergie thermique et électrique locale sur base d’un profil de chaleur. L’appoint en chauffage, via des chaudières à condensation par exemple, n’est là que pour :

Donner un « coup de pouce » en termes de puissance pendant les périodes froides ;
Prendre le relai en mi-saison lorsqu’on décide de ne pas faire fonctionner la cogénération ;
Palier à une défectuosité de la cogénération.

Scénario de départ

Le gestionnaire d’un parc immobilier décide de remplacer une des deux chaudières d’un bâtiment. Il pense naturellement à une chaudière à condensation. Mais aurait-il un intérêt à investir aussi dans une cogénération ?

Avant de se lancer dans une entreprise d’association d’une cogénération avec une ou plusieurs chaudières à condensation, il est impératif de savoir s’il existe un intérêt énergétique, environnemental et financier réel à les associer. En d’autres termes :
Vaut-il mieux se contenter :

De remplacer les anciennes chaudières par des chaudières à condensation et d’optimiser l’installation tant au niveau hydraulique qu’au niveau de la régulation du système de chauffage, et ce dans le but d’optimiser uniquement le rendement saisonnier de la chaufferie ?
De continuer à « importer » de l’électricité à partir du réseau ??

Ou faut-il viser directement l’association des chaudières avec un cogénérateur en considérant que sur site :

La cogénération consomme plus de combustible pour chauffer le bâtiment et produire de l’électricité en local ?
Les chaudières consomment un solde de combustible lorsque la cogénération ne « tourne pas » ?
Le réseau fournit le solde de besoin d’électricité ?

En se lançant dans l’aventure de la cogénération, il faut bien être conscient qu’un cogénérateur doit tourner un maximum de temps et la ou les chaudières classiques ou à condensation doivent être considérées comme un appoint à la cogénération.

Dans ce qui suit, on tente d’y répondre par l’utilisation du logiciel d’étude de pertinence de cogénération de la Région Wallonne CogenSim (version 3.11 ; 2011) :

Simulation

Le postula de départ est qu’une étude de faisabilité d’installation d’une cogénération a démontré un intérêt énergétique, environnemental et financier intéressant.

On utilisera CogenSim comme logiciel de simulation. Comme point de départ les données suivantes sont nécessaires :

Le profil de chaleur est mesuré sur place pendant au moins 2 semaines complètes.
Le profil électrique obtenu sur base d’une analyse pertinente des enregistrements :
- réalisés sur site et synchronisés avec l’analyse thermique ;
- donnés par le fournisseur d’électricité.

Profil de puissance électrique quart horaire, profil électrique mensuel.

Profil de puissance électrique quart horaire, profil électrique hebdomadaire.

En partant du principe qu’une cogénération est dimensionnée pour assurer la base du profil de besoins de chaleur, le solde étant fourni par une chaudière, plus cette chaudière sera performante, plus importante sera la réduction des consommations énergétiques pour fournir ce solde.

Calculs

Pour plus de renseignements sur le calcul de rentabilité de l’association d’une cogénération avec une ou plusieurs chaudières à condensation.

Une manière d’y arriver est de simuler une cogénération associée à une chaudière dont le rendement saisonnier évolue de 80 à 99 %.

Y a-t-il un intérêt réel d’association ?

En préliminaire, il faut toutefois faire remarquer que le cas simulé dans la note de calcul est très favorable à l’investissement dans une cogénération. En effet, les profits des besoins de chaleur et d’électricité se complètent bien. Tous les projets ne sont pas toujours aussi favorables ! Par exemple, lorsque le besoin de chaleur est faible par rapport à la demande d’électricité, l’investissement dans une cogénération n’est pas toujours rentable.

A voir donc au cas par cas !

Concevoir

Pour plus de renseignements sur les cogénérateurs

Niveau énergétique

En partant du principe :

que pour les profils de chaleur et d’électricité mesurés précisément, l’étude précise de faisabilité du placement d’une cogénération est intéressante énergétiquement, environnementalement et financièrement parlant ;
que le remplacement d’au moins une chaudière existante est acquis ;

l’association d’une ou de plusieurs chaudières à condensation au cogénérateur est un plus énergétique comme le montre le graphique suivant :

Évolution des consommations en énergie primaire.

Niveau environnemental

La réduction des émissions de gaz à effet de serre est liée à la différence des consommations en énergie primaire de la nouvelle chaudière et du cogénérateur par rapport à celles de l’ancienne chaudière et de la centrale électrique. Dans le cas étudié dans la note de calcul , la réduction des émissions de CO₂ est effective même pour une cogénération au gaz et sera d’autant meilleure que le rendement des chaudières d’appoint sera élevé. On privilégiera donc les chaudières à condensation. Le bilan environnemental sera naturellement influencé par le type de combustible utilisé par la cogénération. En effet, le nombre de certificats verts octroyés (CV) sera d’autant plus important que le combustible sera renouvelable (bois, huile végétale, …).

Niveau financier

Quant au bilan financier, il est en général lié aux éléments principaux suivants :

aux coûts imputés aux consommations des différents combustibles et aux frais de maintenance ;
à l’investissement :
- dans l’installation de la cogénération et de la (des) chaudière(s) ;
- dans la modification du circuit hydraulique primaire ;
- dans l’adaptation de la régulation de la cascade cogénération/chaudière(s) ;
à l’octroi des primes et des certificats verts (CV) ;
à l’autoconsommation maximale de l’électricité produite par la cogénération (réduction de la facture électrique) ;
à la revente résiduelle d’électricité. Attention à ne pas devenir producteur d’électricité.

Le bilan financier est très variable. La rentabilité de la cogénération provient du gain engendré sur la facture électrique et les CV. Le premier gain est très important d’où l’importance d’auto consommer un maximum l’électricité produite par la cogénération pour maximiser la rentabilité de l’installation.

Aspect hydraulique et de régulation

Condition de cohabitation

On rappelle ici que la cogénération est maître dans l’association cogérateur(s)/chaudière(s). Ce qui signifie que, si l’étude de faisabilité de la cogénération a été réalisée correctement, elle doit fonctionner pendant une partie non négligeable de la saison de chauffe (un ordre de grandeur de 4 à 5 000 heures est courant pour une rentabilité acceptable). Tout dépend naturellement du profil de chaleur du bâtiment considéré. La cohabitation n’est effective que lorsque le besoin de chaleur est supérieur à la puissance de la cogénération.

Pour qu’une cogénération puisse cohabiter avec une ou plusieurs chaudières à condensation, il faut en même temps alimenter :

La chaudière à condensation avec un retour en chaufferie le plus froid possible (pour le gaz < 55 °C) ;
Le cogénérateur avec un retour dont la température n’est pas inférieure à 60 °C.

C’est à ce niveau que les aspects d’adaptation des circuits hydrauliques et de la régulation ainsi que la disposition des équipements de production, les uns par rapport aux autres, prennent toute leur importance.

Avant d’entamer un projet de grand « chambardement » au niveau de la chaufferie, il faut d’abord savoir si, en fonction des différents besoins de chaleur, on peut ramener un retour d’eau « froid » au niveau de la chaufferie. Pour être franc, c’est important, mais pas fondamental ! En effet, que la chaudière à condensation condense ou pas, en général son rendement est meilleur que celui d’une chaudière classique (les échangeurs des chaudières à condensation sont surdimensionnés). Mais il serait quand même dommage d’investir dans une technologie pointue pour ne pas ou peu l’exploiter !

Le retour froid en chaufferie est, entre autres, conditionné par le régime de température des émetteurs. Ce régime est déterminé en fonction de la charge thermique par déperdition au travers des parois et par in/exfiltration ainsi que la charge thermique par ventilation hygiénique des différents locaux du bâtiment :

> Pour un « bâtiment passoire », les besoins thermiques sont importants. Pour les contrecarrer, il est nécessaire de produire de la chaleur à haute température (régime 90-70 °C). En période froide, un retour à 70 °C ne permettra pas à la chaudière de condenser pleinement.

> Pour un bâtiment dont la performance de l’enveloppe a été améliorée (isolation des parois, remplacement de châssis à simple vitrage par des châssis à double vitrage à basse émissivité, placement de récupérateur de chaleur sur un système de ventilation à double flux, …), les régimes de température pourront avantageusement être revus à la baisse (régime 80-60 °C ou encore 70-50 °C).

Aspect hydraulique

Température de retour

Lorsqu’on peut envisager un retour froid au niveau de la chaufferie, il est souvent nécessaire de modifier le circuit (hydraulique des chaudières et de la distribution primaire). Vannes à 4 voies, bypass, …

En première approximation, on pourrait dire que si l’hydraulique permet de faire cohabiter une chaudière à condensation avec une chaudière classique à plus haute température, il n’y a pas de raison pour qu’elle ne puisse pas cohabiter avec une cogénération. En effet, les chaudières classiques et les cogénérations nécessitent un retour d’environ 60 °C minimum, et ce pour éviter justement la condensation des fumées de combustion qui leur est néfaste. À noter qu’une température de retour de 70 °C est un maximum.

Exemple de configuration hydraulique

L’exemple repris ici est une configuration parmi d’autres. En rénovation, c’est quasi du cas par cas. Il sera toujours nécessaire de faire appel à un bureau d’étude spécialisé maîtrisant à la fois les techniques liées à la cogénération et aux chaudières qu’elles soient traditionnelles ou à condensation.

Dans les chaufferies existantes d’un certain âge, on retrouve régulièrement la même configuration :

Deux chaudières traditionnelles à brûleur à deux allures travaillant sur sonde de température d’eau chaude de départ. Pour les chaudières plus récentes, elles pourraient être équipées d’un bruleur modulant piloté par une courbe de chauffe tout en prenant soin de ne pas atteindre la température de condensation dans l’échangeur.
Le collecteur est bouclé.
Deux pompes primaires en parallèle assurent le débit nominal.

Chaufferie existante : chaudières classiques.

Remplacement d’une chaudière existante par une chaudière à condensation et placement d’une cogénération.

En rénovation, on décide de remplacer une des chaudières traditionnelles par une chaudière à condensation. De plus, on décide d’y adjoindre une unité de cogénération.
Les modifications à apporter à l’hydraulique sont les suivantes :

L’hydraulique de la chaudière traditionnelle est modifiée : il est nécessaire de lui assurer un débit et une température de retour minimum. Une vanne 3 voies-mélangeuse et un circulateur permettent d’y arriver.

Le cogénérateur et son ballon tampon sont en tête de cascade. C’est lui qui fournit la chaleur en priorité via le ballon tampon en modulant de 60 à 100 % de sa puissance thermique. Certains constructeurs sont contre la modulation de puissance, car il est vrai qu’elle dégrade principalement le rendement électrique : on perd de l’ordre de 1 à 2 %. Cependant le fait d’essayer d’atteindre les 100 % en permanence risque de faire « pomper » la cogénération (marche/arrêt successifs) ; ce qui réduit la durée de vie de la cogénération. Sans rentrer dans les détails, on parvient à limiter cet effet par la présence d’un ballon tampon bien dimensionné et du contrôle de son taux de charge.
La chaudière à condensation est positionnée hydrauliquement pour amener un appoint à la cogénération si le besoin de chaleur dépasse la puissance nominale de la cogénération. La chaudière à condensation est équipée de deux retours permettant de différencier la haute et la basse température avant la dérivation vers l’ensemble ballon tampon/cogénérateur. La dérivation vers l’échangeur haute température passe d’abord vers l’installation de cogénération ; celle vers l’échangeur à condensation (basse température) est directe.
Le maintien des deux pompes primaires est inutile sachant que l’ancienne chaudière a maintenant son propre circulateur pour assurer la mise à température de son retour si nécessaire et que le ballon et la chaudière à condensation seront irrigués par les circulateurs secondaires. On notera toutefois que les circulateurs secondaires devront être remplacés de manière à adapter les débits et les hauteurs manométriques. Dans la même lignée, le bouclage sera supprimé. On restera toutefois attentif à ce que les circulateurs des circuits secondaires puissent assurer la prise en charge des pertes de charge du circuit primaire (collecteur principal, chaudière à condensation, …).
Attention que, dans le cas où le collecteur est éloigné, le bouclage de collecteur doit être maintenu, mais néanmoins « bridé » de manière à assurer, par un débit minimum, un maintien en température du collecteur. Il s’ensuit qu’une pompe à débit variable doit remplacer les deux pompes de circulation existantes.

Exemple de configuration hydraulique délicate

Le positionnement hydraulique de la cogénération par rapport aux chaudières a toute son importance. Sans y prendre garde, on peut vite arriver à des situations qui, après coup, deviennent ingérables tant au niveau de l’équilibrage hydraulique que de la régulation comme, par exemple, une cogénération qui se « repique » sur une réserve en bout du collecteur principal :

Remplacement d’une chaudière existante par une chaudière à condensation et placement d’une cogénération en bout de collecteur.

En rénovation l’installateur et le maître d’ouvrage seront tentés d’utiliser un départ/retour de réserve du collecteur pour installer la cogénération. En effet, cette configuration permet :

de s’en sortir à moindre coût au niveau de la modification de l’hydraulique de l’installation ;
de ne pas interrompre la production de chaleur. Par exemple lorsque les circuits de chauffage et d’ECS sont branchés sur le même collecteur et que l’ECS a un profil de puisage relativement continu (cas des hôpitaux).

Cette configuration est simple à mettre en œuvre, mais elle pose un certain nombre de problèmes difficiles à solutionner par la suite, à savoir :

des déséquilibres hydrauliques importants sont inévitables. On pourrait très bien se retrouver avec un « conflit » de production, les chaudières et certains circuits de distribution devenant émetteurs ou l’inverse ;
des problèmes de régulation de cascade comme par exemple le « pompage » de la cogénération.

Aspect régulation

La globalisation de la régulation tant au niveau de la cascade des chaudières que de la cogénération est primordiale. Dans des projets existants, on trouve trop souvent des cogénérateurs avec leur propre régulation qui viennent se « greffer » sur une cascade existante de chaudières, elles-mêmes avec leur propre système de régulation. Travailler avec un seul fabricant garantit la compatibilité.

Pour bien réguler l’ensemble de l’association chaudières classiques/chaudières à condensation/cogénérateur, on considérera l’ordre de priorité suivant :

Zone 1 : priorité à une chaudière à condensation pour les faibles besoins de mi-saison par exemple. C’est intéressant de faire fonctionner la chaudière à condensation à faible charge sachant que dans une plage de modulation de 10 à 50 % voire 60 %, ce type de chaudière est très performant au niveau énergétique.
Zone 2 : priorité au cogénérateur durant la saison de chauffe. Pendant cette période, il module entre 60 et 100 % de sa puissance thermique nominale. Suivant le profil de besoin, la quantité de démarrages peut être limitée, « ce qui lui sauve la vie ! » .
Zone 3 : le cogénérateur travaille à 100 % de son taux de charge et la chaudière à condensation module de 10 à 100 %. À noter toutefois que pour quelques heures par an, la seconde chaudière peut donner un appoint. = Zone 4.

Techniques

Pour plus de renseignements sur la régulation de l’association chaudières classiques/chaudière à condensation/ cogénérateur.

Posted By : Sylvie 20 Déc, 2011

Évaluer l’efficacité des chaudières en association avec une cogen

Évaluer l’efficacité énergétique primaire de l’association d’un cogénérateur avec une ou plusieurs chaudières

Rappel : intérêt de la cogénération

Au moment d’investir dans une cogénération, l’objectif du gestionnaire de bâtiments était de réduire sa facture énergétique et ses émissions de CO₂ tout en bénéficiant d’incitants financiers sous forme de prime et de certificats verts (CV).

Rappelons que l’intérêt de la cogénération est de couvrir un maximum de besoins de chaleur du bâtiment tout en produisant localement de l’électricité. En général, on s’accorde à dire qu’un seuil de l’ordre de 4 500 heures/an permet d’avoir une certaine rentabilité financière, mais cela dépend fortement du profil du bâtiment analysé. Une cogénération est toujours associée à un système de chauffage. En effet, on rappelle qu’une cogénération est placée au sein d’une installation de chauffage pour produire une base des besoins thermiques d’énergie thermique et électrique, mais pas pour fournir un appoint de puissance. De plus, c’est un équipement qui reste fragile par rapport aux cycles marche/arrêt fréquents. La plupart des chaufferies existantes, où une cogénération a été placée, sont équipées de chaudières d’ancienne génération. Cependant, on commence à rencontrer des chaufferies où le gestionnaire a fait le pas d’associer une cogénération à une, voire plusieurs chaudières à condensation.

Evaluer

Pour en savoir plus sur l’intérêt d’associer une cogénération à une ou plusieurs chaudières à condensation.

Efficacité énergétique primaire

Lorsqu’on parle de l’association d’une cogénération avec un ensemble de chaudières, le rendement saisonnier thermique d’une chaufferie n’a plus beaucoup de sens sachant :

Qu’un cogénérateur produit de la chaleur avec un rendement thermique très mauvais (de l’ordre de 55 %).

Qu’une ou plusieurs chaudières à condensation sont dotées d’un très bon rendement thermique (de l’ordre de 102 à 107 % par exemple).

Qu’une installation de cogénération produit en plus de l’électricité.

En comparant les rendements thermiques et en se focalisant uniquement au niveau de la couverture des besoins de chaleur de la chaufferie, on pourrait conclure qu’on n’a pas du tout intérêt à produire de la chaleur avec un module de cogénération. L’intérêt est naturellement au niveau de l’efficacité énergétique primaire.

Efficacité énergétique primaire.

Pour pouvoir donner une idée de l’efficacité énergétique primaire de l’ensemble de la chaufferie cogénérateur/chaudières, il est nécessaire, vu la production d’électricité par la cogénération) de « ramener » toutes les considérations énergétiques au niveau du bilan en énergie primaire. L’idée est de comparer les consommations primaires de l’ensemble cogénérateur/chaudières par rapport aux consommations de chaleur et d’électricité que l’on aurait eu en considérant :

Que toute la chaleur est produite avec des chaudières du même type que celles qui donnent l’appoint à la cogénération et ce avec un rendement saisonnier similaire.

Que l’électricité est « importée » entièrement du réseau électrique.

Pour réaliser ce comparatif, il est nécessaire d’effectuer des mesures.

Mesures

En principe, lors de l’acquisition d’une installation de cogénération, des compteurs ont dû être placés sur les différents équipements (selon la CWaPE) :

des compteurs de chaleur sur le circuit hydraulique du cogénérateur ;
un compteur électrique sur le réseau électrique du cogénérateur et ce afin de mesurer sa production électrique ;
des compteurs des consommations de combustible sur l’alimentation du cogénérateur et de chaque chaudière d’appoint.

Dans le cas contraire, il n’est pas trop tard pour en placer sachant que la gamme des compteurs de chaleur qui existe sur le marché est large et pour toutes les bourses (150 à 1 800 €).

Mesures

Pour en savoir plus sur la mesure de l’énergie thermique.

Compteurs de chaleur

En additionnant la mesure des compteurs de chaleur des chaudières d’appoint et du cogénérateur on peut reconstituer la consommation qu’auraient les mêmes chaudières d’appoint sans cogénérateur sur base de leur rendement saisonnier calculé comme suit :

η_chaudière = Σ Compteurs chaleur (kWhth) chaudières / Σ Consommation combustible (kWhth) chaudières

La consommation de chaleur qu’auraient produit les chaudières sans cogénérateur serait :

Consommation combustible (kWhth) chaudières sans cogen =
Σ Compteurs chaleur (kWhth) chaudières + Compteur chaleur cogen (kWhth) /
η_chaudière

Compteurs électriques

De la même manière que les compteurs de chaleur, en additionnant la mesure des compteurs électriques du cogénérateur et de l’appoint du réseau, on peut reconstituer la consommation de combustible qu’aurait eu la centrale électrique pour produire l’ensemble de l’électricité sans le cogénérateur.

Consommation combustible (kWhth) centrale électrique sans cogen =
Compteur électrique cogen (kWhélec) + Compteur électrique réseau (kWhélec) /
0.4 (selon la CWAPE )

Calcul de l’efficacité énergétique primaire

L’efficacité énergétique de l’association d’une cogénération et d’une ou de plusieurs chaudières se calcule comme suit :

(Consommation combustible (kWhth) centrale électrique + Σ Consommation combustible (kWhth) chaudières sans cogen) /
(Consommation combustible cogen + Σ Consommation combustible (kWhth) chaudières + Consommation combustible (kWhth) centrale électrique)

Attention que ce calcul donne un ordre de grandeur de l’efficacité énergétique primaire sachant que le rendement calculé sur base de la performance des chaudières d’appoint avec cogénérateur est sous-estimé. En effet, les chaudières d’appoint produisent de la chaleur dans des conditions moins favorables que si elles étaient seules. En présence d’un cogénérateur, il est plus difficile de valoriser les bonnes performances d’une chaudière à condensation par exemple (les températures de retour d’eau risquent d’être plus chaudes).

Comptabilité énergétique

Pour gérer ces calculs et ces mesures, il est impératif de mettre au point une comptabilité énergétique qui permettra pratiquement au jour le jour de voir l’évolution des consommations et, par conséquent, de déceler des anomalies de fonctionnement en chaufferie.

Gérer

Pour en savoir plus sur la comptabilité énergétique.

Déceler les dysfonctionnements de la cogénération et des chaudières

Constat : la cogénération fonctionne très peu d’heures !

Lorsque la cogénération fonctionne un nombre d’heures nettement inférieur à ce que l’étude de faisabilité de cogénération prévoyait, on s’en rend compte souvent trop tard lorsque la période de garantie est terminée. En effet, il faut régulièrement tabler sur un voire un an et demi pour pouvoir établir la rentabilité énergétique, environnementale et financière de l’ensemble de la chaufferie, en ce compris la cogénération. Malgré tout, un diagnostic doit être réalisé. En effet, le problème peut être mineur et facile à résoudre.

Voici quelques pistes de pré-diagnostic avant de faire appel à l’installateur initial ou à un bureau d’étude en audit énergétique.
On pointera principalement :

Les profils des besoins de chaleur et d’électricité sont différents de ceux imaginés lors de l’étude de faisabilité.

La régulation de chaque équipement et de l’ensemble de la cascade des équipements, à savoir :
- l’ordre de priorité de la cogénération par rapport à la ou les chaudières ;
- la régulation individuelle de la cogénération ;
- la régulation individuelle de chaque chaudière.

L’hydraulique de l’installation.

Évolution des profils des besoins

Le temps entre l’étude de faisabilité et la mise en service d’une installation de cogénération peut être important dans certains cas. En effet, pendant cette période, les profils des besoins de chaleur et d’électricité peuvent changer. Le gestionnaire de bâtiments peut très bien mener des actions URE, voire entreprendre des actions importantes :

d’isolation des parois, de la toiture, … ;
de remplacement de vitrage simple par des doubles vitrages à basse émissivité ;
de récupération de chaleur sur la ventilation hygiénique ;
de limitation des consommations d’eau chaude sanitaire ;
de réduction des consommations électriques sur l’éclairage, la bureautique, les moteurs de ventilation, … ;
…

C’est vrai que l’on (doit ?) peut tenir compte des actions URE dans les études de faisabilité ! Mais il reste difficile d’évaluer exactement dans quelle proportion les profils de consommations vont évoluer.

Toujours est-il que c’est une des causes possibles de manque de rentabilité énergétique de la cogénération. En effet, une diminution des besoins de chaleur fera en sorte que la cogénération s’arrêtera plus rapidement avec pour effet retardé de réduire le nombre d’heures de fonctionnement sur une année.

Pour pouvoir objectiver la part de réduction due aux actions URE, il est nécessaire d’avoir mis une comptabilité énergétique performante sur base des relevés des compteurs de chaleur et électriques.

Régulation et commande des équipements

Régulation de l’ensemble

Dans l’association d’une cogénération avec une ou plusieurs chaudières, l’objectif, comme on l’a déjà précisé, est que la cogénération fonctionne un maximum d’heures sur l’année. Elle devrait donc être « en tête » de cascade ! Attention toutefois qu’une cogénération ne peut, en général, moduler qu’entre 60 et 100 % de son taux de charge thermique. En dehors des périodes de fonctionnement de la cogénération dans sa zone de modulation en puissance, il est nécessaire d’assurer les besoins de chaleur par les chaudières.

Suivant le schéma ci-dessus on établit la logique de cascade suivante :

Zone 1
Pour un besoin inférieur à 24 % de la puissance totale, ce sont les autres chaudières qui doivent être en « tête » de cascade. Si la chaufferie est équipée d’une chaudière à condensation, pour autant qu’elle soit dans des bonnes conditions de condensation, c’est elle qui doit assurer le besoin de chaleur. Avec sa capacité à moduler de 10 % à 100 % de son taux de charge, avec un excellent rendement à faible charge, la chaudière à condensation est tout indiquée.

Zone 2
Dans la plage de 24 à 40 % de la puissance totale nécessaire, la cogénération doit fonctionner en permanence. Si ce n’est pas le cas, le premier réflexe est de regarder au niveau de la régulation propre à la cogénération.

Zone 3
Pendant les périodes de grands froids, la cogénération ne sera pas suffisante pour assurer les besoins de chaleur du bâtiment considéré. Il sera nécessaire de lui adjoindre une chaudière afin de lui donner le « coup de pouce sauveur ». Cette opération est délicate en fonction du type de chaudière qui vient faire l’appoint. Un développement trop important de puissance de la part de la chaudière peut faire en sorte que la cogénération s’arrête.

Techniques

Pour plus de renseignements sur la régulation de l’association chaudières classiques/chaudière à condensation/ cogénérateur.

Pour différents besoins de chaleur, on peut évaluer si la cascade est correcte. Naturellement, il est nécessaire de choisir correctement les périodes pendant lesquelles on peut évaluer le fonctionnement de la régulation générale. Pendant ces périodes, sur base de la logique de régulation de cascade et en la croisant avec le taux de charge des différents équipements, on peut évaluer la bonne régulation de l’ensemble :

En mi-saison et en début d’été, le régulateur général doit privilégier la ou les chaudières à condensation. Si le régulateur général affiche la valeur de puissance des chaudières, une bonne régulation donnera un taux de charge (Puissance affichée / Puissance nominale de la ou des chaudières) compris entre 10 et 24 % de la puissance totale.

En hiver, lorsque la température externe n’est pas trop froide, la cogénération doit fonctionner seule. Une régulation correcte donnera un taux de charge (Puissance affichée / Puissance nominale du cogénérateur) compris entre 24 et 40 % de la puissance totale.

En période très froide, le taux de charge du cogénérateur doit être de 100 % pendant de longue période de fonctionnement et le taux de charge d’une voire deux chaudières comprit entre 10 et 100 %.

Régulation interne de la cogénération

La régulation interne de la cogénération est assez complexe en soi. Sans rentrer dans les détails, on donne ici quelques pistes de réflexion. Le nombre d’heures de fonctionnement et le nombre de démarrages de la cogénération associée à un ballon tampon peut être influencé par la régulation :

Selon le rapport entre le besoin instantané de chaleur (en kWth) et la puissance nominale de la cogénération en dessous duquel la cogénération reste à l’arrêt. Pratiquement, cette régulation s’exprime par sa capacité à gérer la modulation de puissance thermique de la cogénération. Une cogénération classique peut en général avoir une modulation de puissance entre 60 et 100 %.

Du taux de charge du ballon associé. En dessous d’une certaine valeur de taux de charge maximum, la cogénération module en puissance. Plus ce taux de charge maximum est élevé, plus la cogénération commence à « pomper » (marche/arrêt important). Ce qui nuit naturellement à longévité du cogénérateur.

Des indicateurs de bon fonctionnement de l’ensemble ballon tampon/cogénérateur sont :

Un écart de température entre le bas et haut du ballon suffisant pour permettre une modulation de puissance de la cogénération (de l’ordre de 20 K), autrement dit, une bonne stratification du ballon.

Pour éviter le pompage de la cogénération :
- un différentiel suffisant entre la température donnée par la sonde du haut du ballon et la valeur de consigne de redémarrage de la cogénération (de l’ordre de 5 K) ;
- un différentiel suffisant entre la température donnée par la sonde du bas du ballon et la valeur d’arrêt de la cogénération (de l’ordre de 5 K) ;

En première approche, on pourrait conseiller aux gestionnaires, lorsque la cogénération fonctionne seule, (période pas trop froide), d’évaluer de manière régulière le temps de fonctionnement de la cogénération et surtout le nombre d’arrêts- redémarrages, de démarrage :

un nombre trop important de démarrages ;
un temps de fonctionnement court ;
une mauvaise stratification dans le ballon ;
…

devront décider les gestionnaires à faire appel soit à l’installateur, à la société de maintenance ou soit à un auditeur.

Régulation individuelle des chaudières d’appoint par rapport à la cogénération

la rentabilité de la cogénération ;
la durée de vie de la cogénération tout en augmentant le risque de panne.

Immanquablement, la chaudière d’appoint devra démarrer :

pour les anciens modèles en petite flamme ;
pour les modèles récents au minimum de la plage de modulation (à 10 % pour une chaudière à condensation par exemple).

Hydraulique de l’installation

Le regroupement des équipements de production de chaleur en amont du collecteur principal est primordial pour que le fonctionnement conjoint des chaudières et des cogénérateurs permette une optimisation énergétique de l’ensemble.

Une source de perturbation que l’on peut rencontrer sur des installations existantes est le placement d’une cogénération sur un départ/retour existant du collecteur. C’est en général la solution de facilité pour les raisons suivantes :

La modification hydraulique est réduite.

Il n’y a pas d’interruption dans le fonctionnement de l’installation de chauffage. Dans le cas où, par exemple, l’installation de chauffage doit produire en permanence de l’ECS. C’est le cas dans les hôpitaux où l’installation d’ECS n’a pas sa production propre. Ceci dit, il est toujours possible de trouver un compromis.

Les conséquences de cette configuration pourraient être les suivantes :

problème d’équilibrage des circuits;
difficulté de réguler correctement l’association des chaudières avec les cogénérateurs.

Dans ce cas de figure, il y aura lieu de reconsidérer l’hydraulique en faisant appel à un auditeur spécialisé.

Exemple de configuration délicate :

Le schéma ci-dessous montre que l’installation du cogénérateur s’est réalisée à postériori. Probablement parce qu’un départ/retour était disponible en bout de collecteur, le circuit de l’installation de cogénération a été placé à l’opposé de la production de chaleur des chaudières.

Exemple de configuration correcte :

On voit ci-dessous que le cogénérateur et les chaudières sont placés d’un même côté par rapport à la distribution de chaleur.

S’assurer que les retours sont froids

Lorsque la chaudière d’appoint est une chaudière à condensation, en période de grand froid la cogénération fonctionnera en même temps que la chaudière à condensation. L’hydraulique de l’installation a toute son importance dans le sens où le retour d’eau chaude vers la chaufferie doit être :

le plus froid possible pour favoriser la condensation de la chaudière à condensation ;

adapté aux spécifications de température de retour minimale exigées par le constructeur de cogénération.

On se retrouve ici dans le même cas de cohabitation que celui de chaudières classiques avec une chaudière à condensation, avec une différence de taille : c’est la cogénération qui doit fonctionner un maximum d’heure par an et accessoirement la chaudière à condensation qui doit condenser en support de la cogénération en période froide ou en remplacement de la cogénération lorsque celle-ci ne fonctionne pas.

Cependant, énergétiquement parlant, l’idéal est que l’hydraulique soit conçue pour favoriser à tout moment des retours froids quitte à le réchauffer par un by-pass au niveau des chaudières classiques et du cogénérateur. L’inverse ne fonctionne pas !

Ce cas de figure peut arriver lorsqu’une chaudière classique, faisant partie d’un ensemble chaudières classiques/cogénération a été remplacée par une chaudière à condensation sans modification de l’hydraulique. Dans cette configuration, il y a des chances pour que la chaudière à condensation en appoint de la cogénération ne puisse pas condenser.

On pointera principalement :

un collecteur bouclé ;
une bouteille casse-pression pas ou mal régulée;
…

Posted By : Sylvie 8 Déc, 2011

Isoler entre les éléments de structure d’un plancher inférieur [Améliorer]

Mesures préliminaires

Si le plancher présente des problèmes d’humidité, ceux-ci doivent d’abord être supprimés. En cas d’attaque par des insectes ou par des champignons, les parties atteintes doivent être enlevées et éliminées. Les parties saines et les nouvelles pièces doivent être traitées à l’aide de produits adaptés préventifs et curatifs si nécessaires. En effet, le fait de changer la composition du plancher entraîne une modification des conditions hygrothermiques des éléments. En outre, lorsque l’isolant et les finitions seront placés, il ne sera plus possible d’atteindre les parties cachées et il sera donc trop tard pour intervenir de manière économique.

Choix du système

> Le choix du système d’isolation par l’extérieur se fait en fonction des critères suivants :

la présence ou non d’une finition sur la face inférieure et l’accès à celle-ci ;
l’état des finitions existantes ;
les différentes possibilités ;
les performances énergétiques ;
le prix.

La finition sur la face inférieure

Lorsque la face inférieure du plancher est facilement accessible et qu’elle n’est pas recouverte d’une plaque de finition. L’accès est libre pour placer un isolant thermique. L’isolant devra être en panneaux suffisamment souple pour s’adapter à la forme des alvéoles et suffisamment compact pour pouvoir être fixé efficacement. Par le bas, la pose d’un isolant en vrac n’est pas possible. Après la pose des panneaux isolants, des plaques de finition peuvent être placées sur la face inférieure du plancher.

L’état des finitions existantes

En fonction de son état, on choisira la face à démonter (supérieure ou inférieure). Si les deux faces sont dans des états similaires, on comparera les coûts des interventions pour savoir laquelle sera démontée. Dans l’estimation du coût, il sera tenu compte des frais nécessités par la pose d’une barrière étanche à l’air.

Les différentes possibilités d’isolation à l’intérieur de la structure

Le freine-vapeur devra être mis en œuvre si nécessaire (à évaluer en fonction de la composition du plancher : nature et épaisseur des couches). Il est cependant toujours conseillé pour garantir l’étanchéité à l’air du plancher.

Les performances énergétiques

Il faut profiter de tout l’espace disponible pour y introduire l’épaisseur maximale possible d’isolant. Le coût de la main-d’œuvre est identique. Seule la quantité d’isolant augmente.

La structure en bois ne pouvant être supprimée, la transmission thermique est plus importante à l’endroit de celle-ci. Il en est tenu compte dans l’évaluation du coefficient de transmission thermique (équivalent) du plancher. Malgré cela, à cause de l’épaisseur importante généralement disponible pour l’isolant, des performances élevées peuvent être atteintes.

Le prix

« Le nerf de la guerre…! »
La fourniture et la pose de l’isolant lui-même sont peu couteux par rapport aux travaux annexes (démontage et remontage d’une des faces, réparation éventuelle de la structure, traitement du bois, pose d’une barrière d’étanchéité à l’air).

Choix de l’isolant

Type d’isolant

L’isolant est placé dans les espaces laissés libres par la structure. Ces espaces sont généralement de dimensions et formes irrégulières. L’isolant doit donc être suffisamment souple pour épouser ces irrégularités. On utilisera donc des matelas isolants en laine minérale ou en matériaux naturels ou, si c’est possible (cavités bien fermées dans le bas), les mêmes matériaux déposés en vrac ou insufflés.

La migration de vapeur à travers le plancher devra être régulées par la pose, du côté intérieur d’un freine-vapeur étanche à l’air adapté à la finition extérieure et au type d’isolant posé (hygroscopique ou non).

Épaisseur de l’isolant

Les épaisseurs d’isolant sont déterminées en fonction de l’espace disponible. Idéalement, celui-ci doit être totalement rempli.

Conseils de mise en œuvre

> On évitera toute cavité dans l’isolant afin de ne pas créer de zones froides, des courants internes de convection ou d’aggraver les fuites d’air en cas de défectuosité du freine-vapeur. Les panneaux isolants doivent donc être posés de manière parfaitement jointive et appliqués contre les éléments de structure et les faces.

Posted By : Sylvie 7 Déc, 2011

Isoler un plancher inférieur par le haut [Améliorer]

Mesures préliminaires

Si le plancher présente des problèmes d’humidité provenant des appuis ou du sol, l’isolant doit être étanche à l’eau. Un film étanche (eau et air) est placé sur l’isolant, en dessous de la surface circulable (chape avec finition).

Il faudra être attentif à ce que le traitement du plancher ne provoque pas l’apparition ou l’aggravation de problèmes d’humidité dans les murs en élévation au-dessus du plancher. Auquel cas la base des murs devra également être traitée (membrane étanche insérée ou injection d’un produit hydrofuge).

Choix du système

> Le choix du système d’isolation par l’intérieur se fait en fonction des critères suivant :

la possibilité d’alternative
les performances à atteindre
l’esthétique recherchée
les performances énergétiques
le prix

La possibilité d’alternative

Lorsque le plancher inférieur est posé sur le sol ou que sa face inférieure n’est pas accessible, la seule possibilité d’améliorer la résistance thermique de celui-ci est de l’isoler par le haut.

L’isolation éventuellement se limiter à la zone périphérique du plancher, le long des façades. (La résistance mécanique de la chape flottante devra être vérifiée en rive d’isolant).

Isolation périphérique horizontale.

Isolation périphérique verticale.

Les performances à atteindre

L’étanchéité à l’air du plancher doit être assurée. Cela ne pose pas de gros problème lorsque le support est en béton coulé sur place. Il suffit dans ce cas de traiter les raccords de la dalle du plancher avec les murs périphériques. Par contre, lorsqu’il s’agit d’un plancher léger à ossature et éléments assemblés une couche spéciale d’étanchéité à l’air doit être prévue. Elle fait en même temps office de pare-vapeur et doit être posée entre l’isolant et la plaque circulable.

L’esthétique recherchée

Toutes sortes de finitions de sol sont possibles. Elles peuvent être lourdes (chape + finition) ou légères (panneau fin ou planches + finition éventuelle).

La raideur de l’isolant devra être adaptée au type de finition. Des joints de mouvement devront être prévus dans la finition pour éviter la rupture de celle-ci.

Si l’isolant est trop souple et ne résiste pas à l’écrasement, des lambourdes seront placées pour porter la plaque circulable.

Les performances énergétiques

Parfois l’espace disponible pour poser l’isolant est limité (hauteur sous linteau des portes par exemple). Dans ce cas, l’isolant devra être le plus performant possible pour atteindre les valeurs souhaitées (λ le plus petit possible). Des isolants moins performants seront choisis lorsque la place disponible est suffisante et que d’autres de leurs caractéristiques sont intéressantes (étanchéité à l’eau, étanchéité à la vapeur, résistance à la compression, prix, caractère écologique, …).

Le prix

« Le nerf de la guerre…! »

L’isolation par le haut nécessite généralement la démolition du revêtement existant pour gagner de la hauteur disponible ou pour ne pas surcharger la dalle. Ce coût peut être important (enlèvement, évacuation, protections, réparation de la surface, nettoyage, …) Il est donc économiquement préférable, si possible, de poser la nouvelle isolation sur la finition existante.

Le coût de la finition dépendra des choix esthétiques et des performances attendues (résistance mécanique, résistance à l’eau, aspect, facilité d’entretien, …).

Plancher. Si l’isolant reste apparent, le coût des travaux dépendra principalement de la difficulté d’accès à la face inférieure du plancher (vide sanitaire de hauteur réduite).

Lorsque l’isolant est revêtu par une finition extérieure, le choix de cette finition (structure portante comprise) influencera fortement le coût des travaux.

Si on souhaite rendre les nœuds constructifs (appuis) conformes aux critères de la réglementation PEB en prolongeant de chemin de moindre résistance thermique, le coût des travaux annexe peut être considérable surtout si les appuis sont nombreux.

Choix de l’isolant

Type d’isolant

Les isolants mis en œuvre devront être adaptés aux contraintes spécifiques au projet (résistance à la compression, résistance à l’eau, …).

Lorsque le support est irrégulier, la pose d’un isolant en matelas souples ou projeté sur place est préférable pour épouser les défauts. Si l’isolant est rigide, il est nécessaire de régler le support avant de poser l’isolant.

Épaisseur de l’isolant

Les épaisseurs d’isolant sont calculées à partir des performances à atteindre.

Conseils de mise en œuvre

> Les panneaux isolants doivent être posés de manière parfaitement jointive et appliqués contre le plancher afin d’éviter les interruptions dans la couche isolante (= pont thermique).

> Il faut protéger et manipuler les panneaux isolants avec précautions pour éviter les écrasements, les déchirures, l’eau, la boue.

Détails d’exécution

L’isolation par le haut d’un plancher existant sera interrompue à chaque mur. À cet endroit le pont thermique est difficile à éviter. L’interposition d’un élément isolant entre le mur d’appui et la dalle est très difficile, voire impossible et de toute manière très coûteuse.

La présence éventuelle du sol sous la dalle réduit l’impact des ponts thermiques sauf à proximité des façades.
La finition du sol et des murs à proximité de ces ponts thermiques devra être capable de supporter une humidité importante éventuelle sans se détériorer.

Posted By : Sylvie 7 Déc, 2011

Isoler un plancher inférieur par le bas [Améliorer]

Mesures préliminaires

Si le plancher présente des problèmes d’humidité provenant des appuis, ceux-ci doivent d’abord être supprimés. Une barrière étanche horizontale doit être placée dans les murs d’appui humides, en dessous de la face inférieure du plancher. Si cette barrière est inexistante ou mal positionnée, il faut la créer. Pour ce faire, une membrane étanche peut être placée en démontant la maçonnerie par petits tronçons. Cette méthode est la plus efficace, mais difficile et délicate à réaliser. Aussi, on peut créer cette barrière en injectant des produits hydrofuges dans la masse du mur.
On doit ensuite laisser au plancher le temps de sécher.

Choix du système

> Le choix du système d’isolation par l’extérieur se fait en fonction des critères suivants :

les performances à atteindre ;
l’esthétique recherchée ;
les performances énergétiques ;
le prix.

Les performances à atteindre

Généralement la face extérieure des planchers est protégée de la pluie. On sera cependant attentif lorsque la plancher situé au-dessus de l’ambiance extérieure est raccordé au bas d’une façade. À cet endroit, un système doit être mis en œuvre pour éviter que les eaux de ruissellement atteignent le plafond (casse-goutte).

L’esthétique recherchée

Lorsque la face inférieure du plancher n’est pas visible, il est inutile de revêtir l’isolant d’une finition.

Lorsque le plancher se trouve au-dessus de l’ambiance extérieure, il sera recouvert d’une finition en harmonie avec l’aspect extérieur du bâtiment et qui résiste aux agressions extérieures mécaniques et atmosphériques.

Lorsque le plancher est en même temps le plafond d’un espace adjacent non chauffé ou d’une cave, l’isolant pourra, soit rester apparent si les panneaux sont suffisamment rigides, soit être revêtu d’une finition pour environnement intérieur (planchettes, panneau, plaques de plâtre, enduit, …).

Les performances énergétiques

L’enduit isolant est difficile à mettre en œuvre au plafond et nécessite des épaisseurs excessives pour atteindre le coefficient de transmission thermique U réglementaire.

Les systèmes avec panneaux rigides peuvent être continus s’ils ne sont pas recouverts d’une finition.

Un système avec structure (finition inférieure supportée par une structure) présente une isolation discontinue et donc moins efficace pour une même épaisseur d’isolant.

Une structure métallique est déconseillée, car elle engendre des ponts thermiques.

Le prix

« Le nerf de la guerre…! »

Si l’isolant reste apparent, le coût des travaux dépendra principalement de la difficulté d’accès à la face inférieure du plancher (vide sanitaire de hauteur réduite).

Lorsque l’isolant est revêtu par une finition extérieure, le choix de cette finition (structure portante comprise) influencera fortement le coût des travaux.

Choix de l’isolant

Type d’isolant

L’isolant est placé directement contre le plancher. Si l’isolant est souple, il épouse parfaitement la forme de son support même si celui-ci est un peu irrégulier. Si l’isolant est rigide, il est nécessaire de régler le support avant de poser l’isolant.

Un isolant perméable à l’air (laine minérale, par exemple) ne peut être choisi que si le support auquel il est fixé est lui-même étanche à l’air (plancher en béton, …).

Les produits minces réfléchissants (PMR), dont l’efficacité est beaucoup moins élevée que celle annoncée par les fabricants, sont à proscrire dans une isolation par l’extérieur puisqu’ils constituent un film pare-vapeur placé « du côté froid » du plancher, susceptible de provoquer une forte condensation sur la face interne (entre le plancher et l’isolant).

Épaisseur de l’isolant

Les épaisseurs d’isolant sont calculées à partir des performances à atteindre.

Conseils de mise en œuvre

> Les panneaux isolants doivent être posés de manière parfaitement jointive et appliqués contre le plancher afin d’éviter les interruptions dans la couche isolante (= pont thermique) et les courants de convection.

Courants de convection.

Remarque : le risque de courants de convection est encore plus important lorsqu’il y a une lame d’air ventilée entre l’isolant et le parement extérieur.

> Il faut protéger et manipuler les panneaux isolants avec précautions pour éviter les écrasements, les déchirures, l’eau, la boue.

Choix de la finition

Cette finition ne sera généralement appliquée que lorsque la face inférieure du plancher est visible (environnement extérieur, cave ou espace adjacent non chauffé. Elle présentera les caractéristiques suivantes :

perméable à la vapeur d’eau pour éviter la condensation interstitielle ;
bonne résistance mécanique surtout en cas d’agression possible ;
aspect esthétique adapté ;
…

Détails d’exécution

L’isolation d’un plancher existant par le bas sera interrompue à chaque appui du plancher. À cet endroit le pont thermique est difficile à éviter. L’interposition d’un élément isolant entre le mur d’appui et la dalle est très difficile, voire impossible et de toute manière très coûteux.

Il est toutefois possible de prolonger à certains endroits le chemin que doit parcourir la chaleur pour sortir du volume protégé. Cette intervention reste généralement visible, mais est esthétiquement acceptable dans les caves, garages, locaux secondaires et vides sanitaires.

Allongement du chemin de moindre résistance thermique

Posted By : Sylvie 7 Déc, 2011

Choisir la technique d’isolation d’un plancher

Les trois possibilités

Il existe trois moyens d’isoler un plancher existant. Ils ne sont pas applicables à tous les cas.

Isolation par le bas : L’isolant est fixé sur la face inférieure du plancher et éventuellement recouvert d’un parachèvement.
Isolation par le haut : L’isolant est posé sur le plancher et recouvert d’un revêtement devant permettre la circulation.
Isolation entre les éléments de structure du plancher : L’isolant est placé entre les éléments de structure entre la surface de circulation et le parachèvement inférieur.

>> Le choix de la technique d’isolation d’un plancher se fait en fonction des critères ci-dessous :

La possibilité technique

L’isolation par le bas ne sera pas possible si le plancher est posé directement sur le sol.

L’isolation dans la structure n’est possible que pour les planchers à ossature.

L’isolation par le haut nécessite la pose d’une nouvelle finition et l’enlèvement éventuel de la finition existante. L’encombrement de l’isolant devra être pris en compte (hauteurs sous linteaux de portes ou plafonds diminuées, présence éventuelle de marches, …).

La qualité hygrothermique recherchée

Quelle que soit la méthode d’amélioration utilisée, il est difficile d’éviter les ponts thermiques aux appuis du plancher sur les murs de fondation et aux appuis des murs en élévation sur le plancher. En effet, à ces endroits la couche isolante est interrompue. La prolongation du chemin de moindre résistance thermique ou surtout l’insertion d’un élément isolant entre le mur et le plancher sont difficiles à réaliser en rénovation.

L’isolation par le bas du plancher.

L’isolation par le bas du plancher permet d’utiliser l’inertie thermique de celui-ci. Cela engendre des variations moins rapides du climat intérieur des locaux. L’inertie permet de stocker de la chaleur et de limiter les surchauffes. L’isolation par le haut, limite la capacité d’inertie à celle de la couche située au-dessus de l’isolant. (Aire de foulée).

L’utilité réelle d’isoler

L’isolation d’une paroi ne se justifie que par les déperditions thermiques à travers celle-ci. Dans un immeuble neuf, toutes les parois de l’enveloppe du volume protégé doivent être isolées. Le niveau d’isolation à atteindre dépendra d’un optimum économique (et écologique) à atteindre.

En rénovation, des priorités doivent être établies dans le choix des parois à améliorer thermiquement. Lorsque le coût des travaux est élevé, lorsque la surface du plancher est grande et lorsque celui-ci est directement posé sur le sol (environnement extérieur favorable), il faut vérifier si l’amélioration de l’isolation sur toute la surface est financièrement, thermiquement et écologiquement utile. Une isolation périphérique, si elle est réalisable, est souvent suffisante. L’investissement des moyens disponibles dans le traitement des autres parois (murs, façades) est parfois préférable.

Lorsque le plancher inférieur est situé au-dessus de l’ambiance extérieure ou d’un espace adjacent (cave, vide sanitaire ou local) fortement ventilé et que la pose de l’isolant par-dessous est possible, l’amélioration thermique du plancher est totalement justifiée.

La présence ou la prévision d’un chauffage par le sol

Lorsque le plancher inférieur est muni d’un chauffage intégré (chauffage par le sol) les déperditions thermiques à travers celui-ci sont beaucoup plus importantes. En effet, la face intérieure du plancher est à une température plus élevée que l’ambiance intérieure (30 à 35 °C au lieu de 20 °C) et la déperdition thermique est directement proportionnelle à la différence de température entre l’intérieur et l’extérieur. Dans ce cas il est particulièrement recommandé d’améliorer l’isolation thermique du plancher. Dans ce cas, l’isolant ne peut évidemment être placé au-dessus du plancher chauffant.

Posted By : Sylvie 10 Nov, 2011

Résistance à la diffusion de vapeur d’une paroi

« Coefficient de résistance à la diffusion de vapeur » d’un matériau

Le mouvement de diffusion de vapeur sera d’autant plus important que le matériau constituant la paroi sera plus perméable à la vapeur c’est à dire que son coefficient de résistance à la diffusion de vapeur est faible.

Le coefficient de résistance à la diffusion de vapeur d’un matériau μ indique dans quelle mesure, la vapeur d’eau traverse plus difficilement ce matériau que l’air. La valeur μ d’un matériau est toujours supérieure à 1.

La quantité de vapeur d’eau diffusant à travers une couche d’un matériau déterminé ne dépend pas uniquement de la valeur µ du matériau mais aussi de l’épaisseur de cette couche. L’épaisseur équivalente de diffusion μd (ou Sd) indique la résistance qu’offre une couche de matériau à la diffusion de vapeur d’eau. µd est le produit du coefficient de résistance à la diffusion de vapeur (μ ) par l’épaisseur du matériau (d) et s’exprime en mètres.
Le µd d’une couche de matériau correspond à l’épaisseur en m de la couche d’air stationnaire qui exercerait la même résistance à la diffusion de vapeur que la couche de matériau.

Exemple.

Lorsque le µ d’un matériau vaut 5, cela signifie :

que la vapeur d’eau traverse 5 fois plus difficilement ce matériau que l’air, ou, en d’autres mots,
que 20 cm de ce matériau exerce la même résistance à la diffusion de la vapeur que 100 cm d’air stationnaire.

Le coefficient de résistance à la diffusion de vapeur de certains matériaux dépend de leur état : sec ou humide.

Résistance à la diffusion de vapeur d’une paroi homogène et calcul de la densité de flux de vapeur à travers cette paroi (régime stationnaire)

Considérons la diffusion de vapeur à travers une couche de matériau plane et homogène d’une épaisseur d; diffusion résultant d’une différence de pression partielle de vapeur.

A = superficie (m²),
p_v1 = pression de vapeur à la face intérieure (Pa),
p_v2 = pression de vapeur à la face extérieure (Pa)

p_v1 > p_v2(Conditions hivernales)

La différence de pression de vapeur (p_v1 – p_v2) entraîne une diffusion de vapeur d’eau de l’intérieur vers l’extérieur.
Question : quelle est la quantité de vapeur diffusant du plan 1 vers le plan 2 en t secondes, à travers une surface A (m²) ?

Par intuition, on sait que la quantité de vapeur Q_d cherchée sera :

directement proportionnelle à la surface considérée A (m²),
directement proportionnelle à la différence de pression de vapeur (p_v1 – p_v2) (Pa),
directement proportionnelle à la durée de temps considérée t (s),
inversément proportionnelle à l’épaisseur du matériau d (m),
inversément proportionnelle au coefficient de résistance à la diffusion μ .

Si l’on exprime ces considérations par une formule, on obtient :

Q_d= directement proportionnelle à

Pour compléter la formule, l’expression « directement proportionnelle à », est remplacée par un coefficient de proportionnalité représenté par la lettre C.
La formule devient alors :

(1)

On peut appliquer la formule (1) non pas à A (m²) mais à 1 m² et non pas à une durée t(s) mais pour 1 s :

La grandeur Qd/A x t est appelée densité du flux de vapeur d’eau (kg/(m² x s)).
La densité du flux de vapeur d’eau est représentée par le symbole q_d. Nous avons donc :

(2)

La densité du flux de vapeur q_d indique donc la quantité de vapeur d’eau qui traverse la paroi par m² de surface et par seconde.
Les dimensions de C sont :

Ainsi, C s’exprime en secondes (s).

Dans les conditions telles qu’on les rencontre normalement dans les bâtiments, on peut considérer C comme étant une constante :

C = 0,185 x 10 ^{– 9}s (ou : N = 1/C = 5,4 x 10⁹ s^{– 1})

La formule (2) s’écrit :

ou (3)

(5,4 x 10⁹ x μd) est appelé la résistance à la diffusion Z.
Cette valeur très élevée de la constante de diffusion signifie que la résistance à la diffusion de tout matériau est, en fait, très élevée et que les quantités de vapeur transportées par diffusion seront très faibles.

La relation (3) s’écrit alors :

Une résistance à la diffusion Z très élevée conduit à un faible flux de vapeur.

Remarque.

On peut obtenir une résistance à la diffusion très élevée en utilisant soit une couche mince d’un matériau ayant une valeur μ très élevée (= PARE-VAPEUR), soit une couche épaisse d’un matériau ayant une valeur μ peu élevée.

Exemple : la paroi homogène.

Une Paroi en briques silico-calcaires (ρ= 1 800 kg/m³) a une valeur égale à 15 (-) et une épaisseur de 20 cm. La pression de vapeur extérieure est de 280 Pa et la pression de vapeur intérieure de 1 320 PA.

La densité du flux de vapeur d’eau vaut :

=
64,2 x 10 ^{– 9}kg/(m² x s) = 5,5 g/(m² x jour)

« Résistance à la diffusion de vapeur » d’une paroi composite

Généralement, une paroi se compose de plus d’une couche. La résistance à la diffusion totale d’une paroi composite s’obtient en faisant la somme des résistances à la diffusion des couches constituantes.

Z^_t = Z^₁ + Z^₂ + Z^₃ + Z_n= ΣZ_k

ou Z^_t = 5,4 x 10⁹x (μ₁d₁ + μ ₂d₂ + … μ_n x d_n)

Tout comme dans le cas du transfert de chaleur, la vapeur d’eau doit vaincre une certaine résistance en passant d’une paroi vers l’air ambiant et inversement. Toutefois, ces résistances de passage sont si faibles que l’on n’en tiendra pas compte.
Finalement, la formule devient :

kg/(m² x s)

dans laquelle,

p_vi = pression de vapeur intérieure (Pa)
p_ve = pression de vapeur extérieure (Pa)

Exemple : la paroi composite.

Considérons le transport de chaleur à travers une paroi composite constituée de l’intérieur vers l’extérieur comme suit :

Enduit :	d = 15 mm	ρ = 1 700 kg/m³
Béton cellulaire :	d = 10 cm	ρ = 700 kg/m³
Laine minérale :	d = 8 cm	ρ = 40 kg/m³
Brique :	d = 12 cm	ρ = 1 800 kg/m³

Supposons qu’à l’intérieur, l’humidité relative est de 50 % à 22°C et à l’extérieur, de 70 % à – 5°C. Calculons la quantité de vapeur d’eau qui diffuse dans la paroi et l’évolution de la pression de vapeur.

Données de base :

	d(m)	μd(m)
Enduit :	0,015	0,15
Béton cellulaire :	0,10	0,57
Laine minérale :	0,08	0,13
Maçonnerie de briques :	0,12	1,38

La résistance à la diffusion totale est de :

5,4 x 10⁹x Sμd= 5,4 x 10⁹x 2,23 = 12 x 10⁹m/s

Les valeurs des pressions de vapeur maximales à 22°C et – 5°C sont respectivement de 2 645 et 401 Pa.

Les pressions sont donc :

p_vi = 2 645 x 50 % = 1 322 Pa
p_ve = 401 x 70 % = 281 Pa

Ce qui donne :

= 87 10 ^{– 9}kg/(m² x s) = 7,5 g/(m² x jour)

Évolution de la pression de vapeur dans une paroi composite (régime stationnaire)

Comme pour le transfert de chaleur, l’évolution de la pression de vapeur dans chaque couche de la paroi est rectiligne si l’on se trouve en régime stationnaire. Pour une paroi composite, il suffit donc de calculer les pressions de vapeur au droit des interfaces des différentes couches et de relier les points ainsi obtenus par des droites.

La formule suivante :

permet de calculer q_d

La formule q_d générale peut aussi être appliquée séparément à chacune des couches :

couche 1 :

couche 2 :

couche 3 :

En régime stationnaire, les quantités q_d1,q_d2, q_d3 et qd doivent être égales. En effet, si q_d1 était supérieur à q_d2, la quantité de vapeur d’eau quittant le plan 1 serait supérieure à celle qui y arrive et, dans ce cas, la pression de vapeur au droit du plan 1 (pv1) ne pourrait rester constante.

Tout plan parallèle est donc traversé par la même quantité d’humidité ou :

q_d= q_d1= q_d2= q_d3

donc :

= = =

Nous pouvons en déduire p_v1_et p_v2 :

D’une manière générale, on peut en fait écrire :

Exemple : la toiture.

Considérons une toiture constituée de la manière suivante : une structure portante en béton, épaisseur = 120 mm, (μ = 80), un matériau isolant, épaisseur = 50 mm, (μ = 40), une couverture de toiture, μd = 100 m.

Les températures sont de – 5 °C à l’extérieur et + 20 °C à l’intérieur. Les humidités relatives respectives sont de 70 % et 50 %.

– 5 °C –> p_vse= 401 PA, q = 70 % –> p_ve= 281 Pa
+ 22 °C –> p_vsi = 2 645 PA, q = 50 % –> p_vi= 1 322 Pa

Reprenons les données sous forme de tableau :

	d (m)	μ (-)	μ d(m)
Béton (3)	0,12	80	9,6
Isolation (2)	0,05	40	2
Couverture (1)	0,01	–	100

Z = 5,4 x 10⁹x 111,6 = 603 x 10⁹ m/s.

Si nous comparons les valeurs μd, nous voyons que 90 % environ du gradient de tension de vapeur apparaît au droit de la couverture. Les 10 % restants concernent l’isolation et la structure portante. L’évolution de la tension de vapeur est schématisée ci-après.

Pour q_d, nous trouvons :

=
1,7 x 10 ^{– 9}kg/(m² x s) = environs 0,15 g/m² x jour)

Remarque importante.

Dans les deux exemples précédents, le résultat n’est exact que pour autant que la tension de vapeur calculée ne dépasse, en aucun endroit de la paroi, la tension maximale.
Dans le cas contraire, il y aurait condensation.

Posted By : Sylvie 10 Nov, 2011

Efflorescences de sels

Principe général

Les efflorescences sont dues à la cristallisation de sels suite à l’évaporation de l’eau qui les contient, lors d’une période de séchage consécutive à une période d’humidification. Les efflorescences apparaissent donc surtout au printemps. La cristallisation des sels provoque une augmentation de la pression dans les pores du matériau ayant pour conséquence des éclatements de la maçonnerie.

Il y a deux types d´efflorescences de sels :

celles qui se produisent en surface ;
celles qui se produisent dans la structure poreuse des matériaux.

Les efflorescences de surface n’entraînent aucun dommage au niveau des matériaux, mais provoquent des effets esthétiques indésirables. Les efflorescences apparaissant dans la structure de la brique peuvent quant à elles provoquer une dégradation prématurée de celle-ci.

Les efflorescences de sels constituent un phénomène complexe dans l’étude globale de la durabilité des maçonneries en briques de terre cuite. Cette complexité est liée au nombre élevé de paramètres intervenant dans le problème. Les trois points suivants définissent les conditions principales qui doivent être remplies pour rencontrer des problèmes liés aux sels.

Exemple d’efflorescences de sels.

Photo : http://www.masonryworktools.com/ in Isolation thermique par l’intérieur des murs existants en briques pleines – SPW 2011.

Conditions à remplir

Présence de sels

La présence de sels n´est pas liées à une mise en œuvre particulière (ni à une technique d’isolation particulière) des ions de sel doivent être initialement présents dans les matériaux ou être issus d’une source extérieure. Les efflorescences apparaissent souvent par l’interaction de la brique et d’un mortier hydraulique. Les sels peuvent également venir de remontées capillaires, de l’aspersion de sels de dégivrage ou de réaction de gaz pollués avec la chaux présente dans les matériaux. Le type de sels et leurs effets dépendent du matériau de la maçonnerie. Si aucun sel n’est présent ou introduit dans la maçonnerie, la pose d’une isolation par l’intérieur n’entraînera pas de problème lié aux sels.

Humidité de la brique

Les sels sont caractérisés par une grande solubilité et apparaissent plus fréquemment sur les façades les plus exposées aux intempéries (orientation sud-ouest). Comme on l’a vu, l’application d’un système d’isolation par l’intérieur conduit à une maçonnerie globalement plus froide et plus humide si rien n’est fait pour limiter la pénétration de l’eau de pluie et pour maintenir le potentiel de séchage du mur. Si la solubilité des sels décroît quand la température diminue, l’humidité accrue du mur favorise la dissolution des sels présents. L’application d’une isolation par l’intérieur sur une maçonnerie contenant des sels peut donc influencer la quantité de sels dissous. Il est toutefois difficile d’évaluer quel paramètre (température ou humidité) aura le plus d’influence.

Recristallisation des sels dissous

Quand le climat extérieur se réchauffe, le séchage du mur s’accélère et les sels dissous migrent vers le front de séchage. Il y a donc saturation puis recristallisation des sels dissous à cet endroit. L’augmentation de la quantité de sels dissous que peut provoquer la pose d’une isolation par l’intérieur risque d’augmenter la quantité de sel qui cristallisera et ainsi augmenter les conséquences de cette cristallisation.

Source : certains passages de cette feuille sont extraits du guide Isolation thermique par l’intérieur des murs existants en briques pleines réalisé par Arnaud Evrard, Aline Branders et André De Herde (Architecture et Climat-2010) dans le cadre de la recherche ISOLIN, financée par le département Énergie et Bâtiment durable du Service Public de Wallonie. Disponible sur le site : energie.wallonie.be

Posted By : Sylvie 8 Nov, 2011

Coefficient de transmission thermique linéique des jonctions entre profilés d’encadrement et vitrages

L’annexe VII de la P.E.B. renseigne différents coefficient de transmission thermique linéique (valeurs Ψ) des jonctions en fonction du type de vitrage, d’intercalaires et de châssis.

Type d’encadrement	Vitrage multiple
	Vitrage sans coating		Vitrage avec coating
	Intercalaire normal	Intercalaire isolant	Intercalaire normal	Intercalaire isolant
Bois ou PVC	0 06	0,05	0,08	0,06
Métal avec coupure thermique	0.08	0,06	0,11	0,08
Métal sans coupure thermique	0,02	0,01	0,05	0,04

Une autre méthode renseignée donne les valeurs de ces coefficients en fonction des coefficients thermiques du châssis, de la fenêtre et du type d’intercalaire :

Profilé d’encadrement	Simple vitrage	Vitrage multiple
		U_g > 2,0 W/m²K		U_g < 2,0 W/m²K
		Intercalaire normal	Intercalaire isolant	Intercalaire normal	Intercalaire isolant
U_r > 5,9 W/m²K	0	0 02	0,01	0,05	0,04
U_r < 5,9 W/m²K	0	0.06	0,05	0,11	0,07

Valeurs Ψg [W/m.K] pour les jonctions entre les profilés et les vitrages qui sont pourvues d’intercalaires normaux et thermiquement améliorés, alternative.

Note : On différencie les intercalaires normaux (en aluminium ou en acier) des intercalaires thermiquement améliorés, qui répondent au critère de coupure thermique suivant :

Σ (d x λ) ≤ 0,007 [W/K]

où :

d : l’épaisseur de la paroi de l’intercalaire, [m] ;
λ : la conductivité thermique du matériau de l’intercalaire [W/m.K] ;

Certains intercalaires optimisés, généralement en plastique composite isolant, permettent d’obtenir suivant les cas des valeurs de jonction Ψg pouvant descendre jusqu’à 0.03 W/m.K.

N.B. : il existe aussi des coefficients de transmission thermique linéique des jonctions entre profilés et panneaux de remplissage et traverses. Pour plus d’infos sur ceux-ci, on consultera utilement l’annexe VII de la P.E.B.

Posted By : Sylvie 7 Nov, 2011

Coefficients de transmission thermique des profilés d’encadrement (châssis)

Profilés d’encadrement en bois

Épaisseur du profilé d’encadrement d_r (en mm)	U_r[W/m²K] (1)
Épaisseur du profilé d’encadrement d_r (en mm)	(voir fig. D1)	Bois de feuillus λ_U = 0,18 W/m.K	Bois de résineux λ_U = 0,13 W/m.K
50	2,36	2,00
60	2,20	1,93
70	2,08	1,78
80	1,96	1,67
90	1,86	1,58
100	1,75	1,48
110	1,68	1,40
120	1,58	1,32
130	1,50	1,25
140	1,40	1,18
150	1,34	1,12

tableau D.1 – Coefficients de transmission thermique des profilés d’encadrement en bois, U_r en W/m²K.

Profilés d’encadrement métalliques à coupure thermique

d (en mm) : plus petite distance entre les profilés d’encadrement métalliques à coupure thermique	U_r = [W/m²K] (2)
8	4,51
10	4,19
12	3,91
14	3,76
16	3,59
18	3,43
20	3,28
22	3,21
24	3,07
26	3,04
28	3,00
30	2,97
32	2,96
34	2,95
36	2,93

tableau D.2 – Coefficients de transmission thermique de profilés d’encadrement métalliques à coupure thermique, U_r en W/m²K.

Profilés d’encadrement métalliques sans coupure thermique

On peut généralement considérer une valeur Uf0 = 5,90 W/m²K lorsque les aires intérieures et extérieures du châssis sont équivalentes. Si celles-ci ne le sont pas, la valeur de Uf, peut aller jusque 9 W/m²K.

Profilés d’encadrement en plastique

Matériau et type de profilé d’encadrement		U_r = [W/m².K] ⁽¹⁾
Profilé d’encadrement PVC minimum 5 mm entre les parois des chambres⁽²⁾, ex. :	2 chambres (en série avec le flux thermique) avec ou sans renfort	2,20
	3 chambres (en série avec le flux thermique) avec ou sans renfort	2,00
	4 chambres (en série avec le flux thermique) avec ou sans renfort	1,80
	5 chambres (en série avec le flux thermique) avec ou sans renfort	1,60
Profilé d’encadrement PUR	Avec noyau métallique et épaisseur minimum de 5 mm de PUR	2,80

Coefficients de transmission thermique des profilés d’encadrement en plastique, Uf en W/m²K

Note : Le terme « chambres » est utilisé pour désigner les subdivisions se succédant dans la largeur du profilé extrudé creux.

Profilés d’encadrement composite avec isolant

L’annexe B1 de la PEB ne renseigne pas de valeur pour ces encadrements composites de plus en plus rependus. On se référera donc aux agréments techniques des produits.
De manière générale, les valeurs Uf courantes pour ce type d’encadrements isolants peuvent descendre jusqu’à 1 à 0.6 W/m²K pour les plus performants. Par exemple, ceux-ci peuvent être composés de :

bois : plusieurs profils de lamellés collés ou de bois séparant des cavités ou du liège recouverts ou non d’un capot alu.
pvc : jusqu’à 6 chambres avec isolant (PUR, EPS,…)
…

Posted By : Sylvie 28 Oct, 2011

Noeuds constructifs : Valeur par défaut du coefficient de conductivité thermique linéique ψe

Nœuds constructifs sans coupure thermique avec liaisons structurelles linéaires en acier ou en béton armé

Angle sortant de deux façades	0.80	W/mK
Autre angle sortant à l’exception des fondations	0.90	W/mK
Angle rentrant	1.05	W/mK
Raccords aux fenêtres et aux portes	1.00	W/mK
Appui de fondation	0.95	W/mK
Balcon ou auvent	1.00	W/mK
Raccord d’une paroi intérieure avec une paroi de la surface de déperdition	0.95	W/mK
Autre nœud constructif	0.90	W/mK

Nœuds constructifs avec coupure thermique avec liaisons structurelles ponctuelle en métal

Angle sortant de deux façades	0.30	W/mK
Autre angle sortant à l’exception des fondations	0.40	W/mK
Angle rentrant	0.55	W/mK
Raccords aux fenêtres et aux portes	0.50	W/mK
Appui de fondation	0.45	W/mK
Balcon ou auvent	0.50	W/mK
Raccord d’une paroi intérieure avec une paroi de la surface de déperdition	0.45	W/mK
Autre nœud constructif	0.40	W/mK

Autres nœuds constructifs

Angle sortant de deux façades	0.05	W/mK
Autre angle sortant à l’exception des fondations	0.15	W/mK
Angle rentrant	0.30	W/mK
Raccords aux fenêtres et aux portes	0.25	W/mK
Appui de fondation	0.20	W/mK
Balcon ou auvent	0.25	W/mK
Raccord d’une paroi intérieure avec une paroi de la surface de déperdition	0.20	W/mK
Autre nœud constructif	0.15	W/mK

Posted By : Sylvie 11 Août, 2011

Consommation en énergie primaire

L’énergie primaire est la première forme d’énergie directement disponible dans la nature avant toute transformation: bois, charbon, gaz naturel, pétrole, vent, rayonnement solaire, énergie hydraulique, géothermique, etc. Parler en kWh d’énergie primaire permet de mettre les différentes sources d’énergie sur le même pied d’égalité, en prenant en compte toutes les transformations nécessaires avant livraison au consommateur final. On utilisera ainsi les facteurs de conversion suivants, conformément à la réglementation PEB :

combustibles fossiles : fp = 1
électricité : fp = 2,5
électricité autoproduite par cogénération à haut rendement fp = 2,5
biomasse : fp = 1

Ainsi :

1 kWh de gaz naturel équivaut à 1 kWh d’énergie primaire
1 kWh d’électricité équivaut à 2.5 kWh d’énergie primaire

La consommation en énergie primaire est ainsi définie par :

E_p= f_p. Q_final

avec Q_final= consommation finale en énergie.

L’utilisation d’1 kWh d’électricité nécessite en réalité beaucoup plus d’énergie que l’utilisation d’1 kWh de gaz naturel, car la production d’électricité engendre beaucoup de pertes de transformation.
L’électricité a donc un facteur particulièrement élevé (2,5). Ce facteur traduit le fait qu’1 kWh électrique utilisé a nécessité 2,5 kWh de combustible pour sa transformation. Autrement dit, le rendement de production de l’énergie électrique en centrale est de l’ordre de 40 %. On voit de suite, à priori, l’absurdité d’utiliser l’électricité pour produire de la chaleur puisqu’une chaudière au mazout ou au gaz possède un rendement minimum de l’ordre de 90 %.

Oui, mais…

Si nous pouvions affirmer ceci sans concession dans les années 80’, il convient aujourd’hui de nuancer ce point de vue pour au moins 3 raisons :

Le mix énergétique est de plus en plus vert : en 2018 la Belgique a produit 19% de son énergie de façon renouvelable et ce chiffre augmente chaque année (± 1% supplémentaire par an en moyenne depuis 2002 et devrait s’accélérer). Ainsi, pour mettre 1kWh électrique sur le réseau, on utilise de moins en moins d’énergie primaire.

Graphe APERe sur base des données extraites des bilans régionaux SPW DGO4 (Wallonie), Bruxelles Environnement, VITO (Flandre), Eurostat (Belgique) pour les années passées

Source « Objectif 2020 » : Wallonie (scénario « Enveloppes »), Bruxelles (Estimation sur base des Quotas et Proposition BRUGEL 20111109-07), Flandres (Vlaamse Regering 31/01/2014) et Belgique (Directive européenne 20/20/20).

Le facteur fp pourrait par ailleurs suivre la tendance dans les prochaines années et passer de 2,5 à 2,2 voire 2.

Dans ce cadre, si nous faisons l’hypothèse un peu folle que 2/3 du mix énergétique sera renouvelable en 2050, alors le facteur d’énergie primaire chuterait théoriquement à ±0,8 ce qui rendrait l’utilisation de l’électricité du réseau plus intéressante pour le chauffage que les combustibles fossiles.

Des technologies comme les pompes à chaleur (PAC) sont aujourd’hui matures et leurs rendements peuvent dépasser les 250%. Ainsi, avec 1kWh d’électricité du mix énergétique, la PAC fourni généralement plus de 2,5kWh d’énergie thermique soit une efficacité globale sur énergie primaire ≥ 1 et se positionne ainsi avantageusement par rapport à l’utilisation de combustible fossiles.

Les panneaux solaires photovoltaïques sont devenus très abordables et leur rendement ne cesse d’évoluer de sorte qu’un grand nombre de nouveaux bâtiments en sont aujourd’hui équipés. Lorsqu’un bâtiment est équipé de tels panneaux en suffisance, il n’est plus absolument absurde pour ce bâtiment d’envisager de se chauffer totalement ou partiellement à l’électricité, même directe s’il arrive à autoconsommer. L’idéal restant évidemment de combiner avec une PAC performante et des moyens de stockage adaptés.

Bon à savoir :

La directive européenne 2018/884 permet aux Etats Membres d’aller plus loin et de faire varier les différents facteurs fp en fonction de la saison ou du mois pour tenir compte de la variabilité du mix énergétique au fils du temps (moins de soleil en hiver, par exemple). En agissant comme cela, la consommation durant les mois où l’énergie renouvelable est moins présente sera pénalisée (la valeur du fp pour l’électricité pourrait monter à plus de 2,5) et la consommation durant les mois où le renouvelable est plus présent serait moins impactant (valeur du fp inférieure à 2,5). Dans le même esprit, il est maintenant possible de différencier les valeurs fp par région ou zone énergétique (un système urbain isolé, par exemple).

Posted By : Sylvie 11 Août, 2011

Consommation finale en énergie

Les besoins énergétiques nets évaluent la quantité d’énergie que devront fournir les différents systèmes de chauffage et de refroidissement afin de garantir le confort thermique de l’ambiance.

La consommation finale d’énergie englobe en plus les pertes liées au fonctionnement de ces différentes installations (rendement des installations). Elle, représente donc la consommation énergétique globale pour le chauffage et le refroidississement qui sera facturée à l’utilisateur.

Q_final = Q_net / η_instal

Avec :

_instal= _sys. _gen
_instal : rendement de l’installation.
_gen : rendement de production (du générateur).
_sys: rendement du système qui dépend des caractéristiques de distribution, d’émission, de régulation et du stockage de l’énergie du système.

Posted By : Sylvie 11 Août, 2011

Besoin net en énergie

Les besoins nets en énergie représentent l’énergie que les systèmes de chauffage et/ou de refroidissement doivent fournir à l’ambiance pour maintenir une température intérieure définie (température de consigne) afin de compenser les déperditions thermiques en hiver et les surchauffes en été. On peut ainsi définir le besoin énergétique net pour le chauffage et le besoin énergétique net de refroidissement.

Les besoins nets en énergie sont donc uniquement liés aux caractéristiques constructives et à la fonction du bâtiment. Ils ne dépendent pas des caractéristiques des installations techniques.

Le besoin net en énergie est calculé sur base d’une température de consigne à partir du bilan suivant :

Q_net = Q_L – η_util. Q_g

Où,

Déperditions de chaleur [MJ] : Q_L = Q_T + Q_V.
Gains de chaleur [MJ] : Q_g = Q_i + Q_s.
Taux d’utilisation des gains de chaleur [-] : η_util.

Les déperditions thermiques

Pertes par transmission Q_T

Q_T = H_T . (η_i – η_e,m) . t_m

où,

H_T : Coefficient de transfert thermique par transmission [W/K].
η_e,m : Température extérieure moyenne mensuelle [°C].
t_m : Durée du mois [Ms].
η_i : température intérieure moyenne établie par convention pour la détermination du besoin énergétique.

Pertes par ventilation Q_V

Q_V = H_V . (ηi – η_e,m) . t_m

où,

H_V,heat,seci: Coefficient de transfert thermique par ventilation [W/K].
η_e,m: Température extérieure moyenne mensuelle [°C].
t_m : Durée du mois [Ms].
η_i : [°C] température intérieure moyenne établie par convention pour la détermination du besoin énergétique.

Les gains de chaleur

Gains internes

Ce terme représente la production de chaleur liée aux occupants et aux équipements (éclairage, bureautique, ventilateur, etc.)

Gains solaires

Les gains solaires (ou encore apports solaires) dépendent :

De la taille des surfaces vitrées,
De l’orientation et de la pente des fenêtres,
De la proportion vitrage/panneau/châssis,
Du type de vitrage (facteur g),
De l’ombrage de la fenêtre (ombrage environnemental et structurel),
Des protections solaires.

Taux d’utilisation des gains chaleurs

Selon les cas et les périodes de l’année les gains de chaleur ne sont pas toujours utiles. Par exemple, il arrive que même en hiver, les gains de chaleur dus aux apports solaires surviennent lorsque la température de consigne est déjà atteinte. La disponibilité de ces gains est donc décalée par rapport au besoin réel. C’est pour tenir compte de ce phénomène qu’un rendement d’utilisation des gains et des pertes est calculé. Celui-ci dépendra de :

De la proportion pertes/gains.
De la classe de masse thermique du bâtiment (inertie du bâtiment).

Climat utilisé pour les calculs

Un climat standardisé est généralement utilisé pour le calcul.

Posted By : olivier 26 Juil, 2011

Ponts thermiques

Généralités

Les ponts thermiques sont des points faibles dans l’isolation thermique de l’enveloppe du bâtiment.
À ces endroits, en hiver, la température superficielle de l’enveloppe est plus basse que celle des surfaces environnantes.

Ils découlent, en général de :

Contraintes constructives
Contraintes géométriques

Ils vont provoquer :

Des dépenses énergétiques
Un inconfort sur le plan de l’hygiène
La détérioration des matériaux

Pont thermique dû à des contraintes constructives

Les matériaux isolants ont généralement des capacités limitées en matière de résistance aux contraintes mécaniques.

Le principe de la continuité de la couche isolante n’a pas été respecté, ou n’a pu l’être dans certains cas, à certains endroits.

Il s’agit par exemple d’ancrages ou d’appuis entre d’éléments situés de part et d’autre de la couche isolante de la paroi.

L’isolant étant localement absent, le flux de chaleur est sensiblement plus dense dans ces parties de la paroi.

Pont thermique dû à des contraintes géométriques

Ce type de pont thermique est dû à la forme de l’enveloppe à un endroit.

A cet endroit, la surface de la face extérieure est beaucoup plus grande que la surface de la face intérieure.

La surface chauffée (intérieure) est plus petite que la surface de refroidissement (extérieure).

Dépenses énergétiques provoquées par les ponts thermiques

Dans le cas d’un bâtiment bien isolé, les ponts thermiques peuvent entraîner des déperditions de chaleur proportionnellement très importantes par rapport aux déperditions totales.

En outre, si on ne tient pas compte des déperditions dues aux ponts thermiques, l’installation de chauffage peut être sous-dimensionnée.
C’est surtout le cas lorsque le bâtiment est très bien isolé et lorsque les installations de chauffage sont dimensionnées de façon optimale.

Inconfort sur le plan de l’hygiène provoqué par les ponts thermiques

Les ponts thermiques provoquent une condensation en surface lorsque la température de celle-ci descend en dessous du point de rosée de l’air ambiant.

L’humidité de la paroi permet le développement de moisissures.

Celles-ci, outre leur aspect désagréable, dégagent des substances pouvant être odorantes et pouvant provoquer chez certaines personnes des phénomènes d’allergie.

Du point de vue hygiénique et confort les moisissures doivent donc être évitées.

Détérioration des matériaux provoquée par les ponts thermiques

Lorsque les quantités d’eau condensées sont importantes et ne peuvent être éliminées quotidiennement, elles pénètrent les revêtements et papiers peints, et provoquent leur détérioration.
Les carrelages, les revêtements plastiques, les peintures synthétiques à l’huile résistent mieux au détériorations.

Lorsque la condensation se fait dans le bois, celui-ci va pourrir plus ou moins vite en fonction de son essence et du traitement de protection dont il a bénéficié.

Si la condensation est importante, toute l’épaisseur de la paroi peut être fortement humide. La structure porteuse de la construction elle-même se dégrade sous l’effet de l’humidité permanente et éventuellement aussi du gel des matériaux.

Analyse des effets des ponts thermiques sur les flux de chaleur au travers d’une paroi

Isolation par l’extérieur d’un mur avec descente d’eau pluviale

Situation

Situation n°1	Situation °2

L’architecte refuse de déplacer la descente d’eau pluviale; l’isolation extérieure y est interrompue.	La descente d’eaux pluviales est déplacée, l’isolation extérieure est continue.

Dessin des isothermes

Situation n°1	Situation n°2

Les températures de paroi intérieures sont d’environ 15°C.	Les températures de paroi intérieures sont plus élevées : environ 17°C.

Ligne de flux de chaleur

Situation n°1	Situation n°2

La chaleur s’échappe de manière importante par la discontinuité dans l’isolant.	La chaleur s’échappe de manière relativement identique par toutes les parties du mur.

Isolation par l’extérieur – Pourtour de baie vitrée

Situation n°1	Situation n°2

L’isolant n’est pas prolongé à l’intérieur de la baie.	L’isolant est prolongé à l’intérieur de la baie.

Situation n°1	Situation n°2

Les températures de paroi intérieures sont d’environ 16°C.	Les températures de paroi intérieures sont plus élevées : environ 18°C.

Situation n°1	Situation n°2

La chaleur s’échappe de manière importante par le retour de baie non isolé.	La chaleur s’échappe de manière relativement identique par toutes les parties du mur.

Posted By : Sylvie 19 Mai, 2011

Coefficient de transmission thermique d’une façade légère de type mur rideau

Les façades de ce type sont constituées de vitrages, de châssis et de panneaux opaques comme les fenêtres mais sont assemblés dans des structures pour former des modules. L’ensemble de ces modules compose la façade légère.

Exemple de module de façade légère :

La présence de la structure constituée généralement de meneaux (verticaux) et de traverses (horizontales) assurant la fixation et la stabilité de l’ensemble provoque des ponts thermiques supplémentaires dont il faudra tenir compte pour évaluer les performances thermiques de la façade légère.

Détermination précise du coefficient de transmission thermique U_cw,tot par calcul numérique

Une façade légère peut être partagée en différents modules dont certains sont identiques. Les plans de coupe sont choisis de telle sorte qu’ils délimitent des parties de façade ayant un coefficient de transmission thermique U_cw,i propre. La valeur globale U_cw,tot de l’entièreté de la façade légère est la moyenne pondérée par les aires des valeurs U de tous les modules qui compose la façade légère.

avec :

A_cw,i = les aires des différents modules (m²)
U_cw,i = les coefficients de transmission thermique des différents modules (W/m²K)

Détermination précise du coefficient de transmission thermique de la valeur U_cw,i par essais

Le coefficient de transmission thermique U_cw,i d’un module de façade légère peut être déterminé avec précision avant pose par des essais réalisés conformément à la norme NBN EN ISO 12567-1. Ils peuvent aussi être réalisés sur exactement le même module de façade légère avec les mêmes dimensions et les mêmes composants.

Détermination précise de la valeur U_cw,i par calcul numérique

Un module de façade légère est constitué de différentes parties qui ont chacune une surface et un coefficient de transmission thermique U déterminés:

les encadrements (châssis),
le ou les vitrages,
le ou les panneaux opaques,
les meneaux,
les traverses.

De plus, le contour des vitrages isolants et des panneaux est affecté d’une déperdition thermique supplémentaire résultant des effets combinés des encadrements, intercalaires, traverses, meneaux vitrages et panneaux (pont thermique linéaire).

L’ensemble de ces éléments permet de déterminer par calcul le coefficient de transmission thermique d’un module U_cw,i. Il s’agit de la valeur moyenne des coefficients de transmission thermique des différentes parties au pro rata de leurs surfaces, augmentées des déperditions linéiques aux rives des vitrages et panneaux et entre les châssis et les éléments de structure.

Sous forme mathématique simple cela s’écrit :

avec :

A_cw = l’aire totale du module de la façade légère
U_g = les coefficients de transmission thermique des différents vitrages
A_g = les aires des différents vitrages
U_f = les coefficients de transmission thermique des différents châssis (encadrements)
A_f = les aires des différents châssis (encadrements)
U_p = les coefficients de transmission thermique des différents panneaux
A_p = les aires des différents panneaux
U_m(t) = les coefficients de transmission thermique des différents meneaux et traverses
A_m(t) = les aires des différents meneaux et traverses
Ψ_f,g = les coefficients de transmission thermique linéique entre les différents vitrages et châssis (encadrements)
l_g = les périmètres visibles des différents vitrages dans les châssis (encadrements)
ψ_p = les coefficients de transmission thermique linéique autour des différents panneaux
l_g = les périmètres visibles des différents panneaux
Ψ_m(t),g = les coefficients de transmission thermique linéique entre les différents vitrages et les différents meneaux et traverses de la structure
l_m(t),g = les périmètres visibles des différents vitrages dans les différents meneaux et traverses de la structure
Ψ_m(t),f = les coefficients de transmission thermique linéique entre les différents châssis (encadrements) et les différents meneaux et traverses de la structure
l_m(t),f = les périmètres visibles des différents châssis (encadrements) dans les différents meneaux et traverses de la structure

Les aires et périmètres sont déterminés conformément à l’Art. 10.2.2 de l’Annexe VII de l’AGW du 17 avril 2008.

Les coefficients de transmission thermique linéique ψ peuvent être déterminés à partir :

d’un calcul numérique précis suivant la norme NBN EN ISO 10077-2 ;
de valeurs par défaut mentionnées dans l’annexe E de l’AGW du 17 avril 2008 (Tableaux E2 , E3, E4, E5 et E6).

Influence des liaisons métalliques

Le calcul numérique ne tient pas compte des ponts thermiques provoqués par les liaisons métalliques (vis) dans les traverses et meneaux. Ces ponts thermiques peuvent être calculés précisément suivant la NBN EN ISO 10211 ou par essais suivant la NBN EN 12412-2.

Il existe également une méthode simplifiée pour tenir compte de l’influence des vis sur le coefficient de transmission thermique Um(t) des meneaux et traverses. Ainsi pour des vis en acier inoxydable inter-distantes de 20 à 30 cm, le coefficient de transmission thermique est augmenté de 0.3 W/m²K. (Méthode de calcul suivant l’annexe C de la NBN EN 13947).

Source: AGW du 17 avril 2008, Annexe VII, Art 10.

Posted By : Sylvie 18 Mai, 2011

Influence de l’écoulement d’eau sous l’isolant des toitures inversées

L’écoulement de l’eau entre l’isolant d’une toiture inversée et la membrane d’étanchéité provoque une diminution des performances thermiques de l’isolant. La chaleur s’échappe en partie en réchauffant l’eau qui s’écoule.

Lestage,
Natte de protection,
Isolant,
Membrane d’étanchéité,
Support en pente.

La réglementation prévoit une procédure pour tenir compte de l’impact de l’écoulement lorsque la couche isolante est en polystyrène extrudé (XPS).
Un terme correctif ΔU_r est utilisé

U_c (U corrigé de la paroi) = U + ΔU_r.

ΔU_r est déterminé à partir des caractéristiques suivantes :

la quantité moyenne des précipitations pendant la saison de chauffe (en mm/jour) ;
le type de lestage (ouvert, appliqué en usine ou toiture verte) ;
la forme des bords des plaques (droits ou à rainures) ;
la résistance thermique corrigée de la couche d’isolant humidifié par diffusion ;
la résistance thermique totale de la paroi sans correction.

La formule du terme correctif ΔU_r est indiquée à l’Art 7.2.4 de l’Annexe B1 de l’AGW du 15 mai 2014 (formule 13).

Certaines valeurs par défaut peuvent être utilisées :

Précipitation moyenne : 2 mm/jour ;
Facteur de correction pour le transfert de chaleur par précipitation :
- 0.04 si plaques à bords droits et lestage ouvert ou appliqué en usine,
- 0.03 si plaques à rainures et lestage ouvert ou appliqué en usine,
- 0.02 si toiture verte.

Résistance thermique corrigée de l’isolant (XPS)
- R_XPS/1.023 si lestage ouvert ou appliqué en usine,
- R_XPS/1.069 si toiture verte.

Le logiciel PEB permet d’appliquer automatiquement les valeurs par défaut sur base des informations fournies.

Source : AGW du 15 mai 2014, Annexe B1, Art 7.2.4

Posted By : Sylvie 18 Mai, 2011

Influence des fixations mécaniques traversant l’isolant sur le coefficient de transmission thermique U

Lorsque la couche isolante d’une paroi est traversée par des fixations mécaniques (exemples : crochets de maçonnerie, fixations de couverture, …), la présence de celles-ci influence les performances thermiques de la paroi. La chaleur peut en effet s’échapper plus facilement en passant par les fixations généralement métalliques dont la conductivité thermique est beaucoup plus élevée que celle de l’isolant (exemple : acier : 50 000 W/mK <-> XPS : 0.040 W/mK). Heureusement leur section et leur nombre sont généralement réduits.

Crochets de maçonnerie.

Fixations mécaniques toiture chaude.

Calcul précis

L’impact des fixations sur les performances thermiques de la paroi peut toujours être évalué de manière précise par des calculs numériques conformes à la norme NBN EN ISO 10211.
Cette méthode précise de calcul doit toujours être utilisée si les deux extrémités des fixations mécaniques sont en contact thermique avec des plaques en métal (exemple : paroi à ossature métallique avec finitions métalliques sur les deux faces).

Méthode simplifiée

L’impact de la fixation mécanique sur le coefficient de transmission thermique U de la paroi peut être pris en compte par un terme correctif ΔU_f.

U_c (U corrigé de la paroi) = U + ΔU_f.

ΔU_f est déterminé à partir des caractéristiques suivantes :

la longueur de la partie de la fixation qui se trouve dans l’isolant ;
l’épaisseur de l’isolant ;
le nombre de fixations par m² ;
la section de la fixation ;
la conductivité thermique de l’isolant ;
la résistance thermique de la couche d’isolant traversée ;
la résistance thermique totale de la paroi sans les corrections.

L’introduction de ces informations dans le logiciel PEB, fourni gratuitement par la Région wallonne et la Région de Bruxelles-Capitale, permet le calcul automatique du terme correctif qui est alors appliqué directement au coefficient de transmission thermique U de la paroi.
La formule du terme correctif ΔUf est indiquée à l’Art 7.2.3 de l’Annexe B1 de l’AGW du 15 mai 2014 (formule 12).

Cas particulier des crochets de murs

1. Le terme correctif ΔUf ne doit pas être appliqué,

lorsque les crochets se trouvent dans des vides non isolés ;
lorsque les crochets ont une conductivité thermique λ inférieure à 1 W/mK (exemple : matière synthétique).

2. Il est toujours permis d’utiliser les valeurs par défaut suivantes

nombre de crochets par m² : 5 ;
section du crochet : 13 mm² (Ø 4 mm) ;
λ du crochet : 50 W/mK (acier) ;
longueur du crochet = épaisseur de l’isolant.

Le logiciel PEB permet d’appliquer automatiquement les valeurs par défaut.

Source: AGW du 15 mai 2014, Annexe B1, Art 7.2.3

Posted By : Sylvie 18 Mai, 2011

Coefficient de transfert thermique par transmission vers l’environnement extérieur via un espace adjacent non chauffé (EANC)

N.B.: Il s’agit ici d’un local situé au-dessus du sol et non d’une cave entièrement ou partiellement enterrée.

Le transfert de chaleur entre le bâtiment chauffé et l’extérieur au travers d’un espace adjacent non chauffé s’effectue aussi bien par transmission que par ventilation. Avant d’atteindre l’extérieur, la chaleur doit traverser les parois situées entre le volume protégé et l’EANC, l’EANC lui-même et encore les parois qui séparent l’EANC de l’environnement extérieur.

On tiendra donc compte pour le calcul de ces déperditions via une zone tampon non chauffée d’un coefficient de réduction de température b. Celui-ci intervient notamment dans la vérification des performances de la paroi par rapport aux exigences réglementaires :

U_max≥ b*U_eq

U_max ≥ b*1/R_T

Avec :

b : coefficient de réduction de température
R_T : la résistance thermique totale de la paroi considérée.

Calcul Précis

Le coefficient de réduction de température b peut être calculé avec précision en effectuant un équilibre thermique entre d’une part les déperditions entre l’espace chauffé et l’EANC et d’autre part entre l’EANC et l’environnement extérieur.

Dans le cadre de la réglementation PEB, le calcul détaillé se fait à l’aide de formules indiquées dans l’AGW du 15 mai 2014, Annexe B1, Art 14.

Les données nécessaires pour le calcul sont :

la résistance thermique et la surface de toutes les parois qui séparent l’espace chauffé de l’EANC
la résistance thermique et la surface de toutes les parois qui séparent l’EANC de l’environnement extérieur
le volume de l’EANC
un taux conventionnel de ventilation de l’EANC défini à partir de ses caractéristiques: n_ue. Ce taux conventionnel est déterminé à partir du tableau 6 de l’Art 14 de l’Annexe B1 de l’AGW du 15 mai 2014.

Le débit d’air de ventilation entre l’espace chauffé et l’EANC est conventionnellement fixé à 0 dans le cadre de la réglementation PEB.

L’introduction de ces informations dans le logiciel PEB, permet le calcul automatique du coefficient de transmission thermique de chaque paroi multiplié par son facteur de réduction thermique (b.U_i).

Calcul simplifié

Il est toujours possible de ne pas prendre en compte la présence des EANC. Dans ce cas le facteur de réduction thermique est égal à 1, ce qui est fortement pénalisant puisque cela revient à considérer que la paroi est en contact direct avec l’extérieur.

Source : AGW du 15 mai 2014, Annexe B1, Art 14

Posted By : Sylvie 18 Mai, 2011

Coefficient de transmission thermique moyen d’un plancher sur vide sanitaire

Un plancher au-dessus d’un vide sanitaire n’a pas de contact direct avec le sol, mais un flux de déperdition de chaleur s’échappe via ce vide sanitaire et via le sol vers l’environnement extérieur. Un transfert supplémentaire intervient si le vide sanitaire est ventilé avec de l’air extérieur.

Le sol participe donc à la résistance thermique du plancher (La chaleur, pour sortir du bâtiment et atteindre l’air extérieur, doit traverser le plancher, le vide sanitaire, les murs périphériques de celui-ci mais aussi le sol avec lequel il est en contact). On tiendra donc compte pour le calcul du transfert thermique à travers cette paroi d’un coefficient de réduction de température b. Celui-ci intervient notamment dans la vérification des performances de la paroi par rapport aux exigences réglementaires :

U_max≥ b * U_eq

U_max ≥ b*1/R_T

Avec :

b : coefficient de réduction de température
R_T : la résistance thermique totale de la paroi considérée.

Calcul Précis

Un calcul numérique précis de la transmission thermique peut se faire suivant des méthodes numériques conformes aux normes.

Procédure de calcul suivant la réglementation PEB

Le calcul détaillé se fait à l’aide de formules indiquées dans l’AGW, Annexe B1, Art F.2.3.
Les données nécessaires pour le calcul sont :

l’épaisseur du mur périphérique à la hauteur du niveau du sol;
la résistance thermique totale du mur périphérique ;
la profondeur moyenne du vide sanitaire sous le niveau du sol ;
le périmètre exposé du plancher SUR vide sanitaire ;
la surface du plancher SUR vide sanitaire ;
la résistance thermique totale du plancher SUR vide sanitaire ;
la hauteur moyenne du plancher SUR vide sanitaire au-dessus du sol extérieur ;
la résistance thermique de (l’éventuel) plancher SOUS le vide sanitaire ;
la surface des ouvertures de ventilation.

La conductivité thermique λ du sol, la vitesse du vent et le facteur de protection du vent sont définis par défaut dans le cadre de la réglementation PEB.

Calcul simplifié

La réglementation permet de déterminer le coefficient de transmission thermique équivalent Ueq multiplié par le facteur de réduction de température b, à l’aide d’une méthode simplifiée.

Elle donne une valeur de transmission thermique relativement pénalisante.

L’information nécessaire est la suivante :

le niveau de ventilation du vide sanitaire (peu ou pas ventilé ou bien très ventilé).

N.B.: L’introduction de cette information dans le logiciel PEB, fourni gratuitement par la Région wallonne et la Région de Bruxelles-Capitale, permet le calcul automatique du coefficient de transmission thermique équivalent multiplié par son facteur de réduction (b.U_eq).

Source: AGW du 15 mai 2014, Annexe B1, Art F.2.3 et Art 15.2.2

Posted By : Sylvie 18 Mai, 2011

Coefficient de transmission thermique moyen d’un plancher sur cave

Les caves sont des espaces qui se trouvent en partie ou totalement en dessous du niveau du sol extérieur.

Le sol participe à la résistance thermique du plancher (La chaleur, pour sortir du bâtiment et atteindre l’air extérieur, doit traverser le plancher, la cave, les murs périphériques et le plancher de celle-ci mais aussi le sol avec lequel ces parois sont en contact).

On tiendra donc compte pour le calcul du transfert thermique à travers le plancher sur cave d’un coefficient de réduction de température b. Celui-ci intervient notamment dans la vérification des performances de la paroi par rapport aux exigences réglementaires :

U_max≥ b * U_eq

U_max ≥ b * 1/R_T

Avec :

b : coefficient de réduction de température
R_T : la résistance thermique totale de la paroi considérée.

Calcul Précis

Un calcul numérique précis de la transmission thermique peut se faire suivant des méthodes numériques conformes aux normes.

Procédure de calcul suivant la réglementation PEB

Le calcul détaillé se fait à l’aide de formules indiquées dans l’AGW, Annexe B1, Art F.2.4.
Les données nécessaires pour le calcul sont :

l’épaisseur du mur périphérique à la hauteur du niveau du sol;
la résistance thermique totale du mur périphérique ;
la profondeur moyenne de la cave sous le niveau du sol ;
le périmètre exposé du plancher SUR la cave ;
la surface du plancher SUR la cave ;
la résistance thermique totale du plancher SUR la cave ;
le périmètre exposé du plancher SOUS la cave ;
la surface du plancher SOUS la cave ;
la résistance thermique totale du plancher SOUS la cave ;
la hauteur moyenne du plancher SUR vide sanitaire au-dessus du sol extérieur ;
la résistance thermique de (l’éventuel) plancher SOUS le vide sanitaire ;
le volume de la cave.

La conductivité thermique λ du sol et le taux de ventilation de la cave sont définis par défaut dans le cadre de la réglementation PEB.

Calcul simplifié

La réglementation permet de déterminer le coefficient de transmission thermique équivalent Ueq multiplié par le facteur de réduction de température b, à l’aide d’une méthode simplifiée.

Elle donne une valeur de transmission thermique relativement pénalisante.

Condition à remplir : au moins 70 % des parois de la cave doivent être en contact avec le sol.

L’information nécessaire est la suivante :

Y a-t-il ou pas des fenêtres ou des portes qui communiquent avec l’extérieur ?

Source: AGW du 15 mai 2014, Annexe B1, Art F.2.4 et Art 15.2.2

Posted By : Sylvie 18 Mai, 2011

Coefficient de transmission thermique moyen d’une dalle sur sol

Lorsqu’un local appartenant au volume protégé est limité par un plancher en contact avec le sol, la terre participe à la résistance thermique du plancher. La chaleur, pour sortir du bâtiment et atteindre l’air extérieur, doit traverser le plancher ainsi que le sol avec lequel il est en contact. Les isothermes (= lignes d’égale température) ne sont donc pas perpendiculaires au plan du plancher (comme c’est le cas lorsque le plancher est en contact avec l’extérieur) mais forment des courbes complexes.

Transmission de la chaleur à travers une dalle sur sol.

La méthode de calcul doit donc être adaptée. En pratique, on prendra en compte pour le calcul du transfert thermique un coefficient de réduction de température α. Celui-ci intervient notamment dans la vérification des performances de la paroi par rapport aux exigences réglementaires :

U_max≥ a * U_eq

U_max ≥ a * 1/R_T

Avec :

a : coefficient de réduction de température
R_T : la résistance thermique totale de la paroi considérée.

Calcul Précis

Un calcul numérique précis de la transmission thermique peut se faire suivant des méthodes numériques conformes aux normes.

Procédure de calcul suivant la réglementation PEB

Cette procédure est applicable lorsque le plancher est directement en contact avec le sol sur toute sa surface.

Le plancher peut être non-isolé, uniformément isolé ou isolé en partie (par exemple, isolation périphérique horizontale ou verticale.

Isolation périphérique horizontale.

Isolation périphérique verticale.

Le calcul détaillé se fait à l’aide de formules indiquées dans l’AGW, Annexe B1, Art F.2.2 (plancher directement en contact avec le sol) et Art F.2.4 (Parois d’une cave).

Les données nécessaires pour le calcul sont :

l’épaisseur du mur extérieur ;
le périmètre exposé du plancher ;
la surface du plancher ;
la résistance thermique totale du plancher ;

dans le cas d’une isolation périphérique sont également nécessaires :

la largeur de l’isolant (sa profondeur si elle est verticale) ;
l’épaisseur de l’isolant ;
la conductivité thermique de l’isolant ou sa résistance thermique ;

dans le cas d’un plancher situé plus bas que le niveau du sol extérieur :

la profondeur moyenne dans le sol ;
la résistance thermique totale du mur contre terre.

Les caractéristique du sol (conductivité thermique λ et facteur de nappe phréatique Gw) sont définies par défaut dans le cadre de la réglementation PEB.

Calcul simplifié

La réglementation permet de déterminer le coefficient de transmission thermique équivalent Ueq multiplié par le facteur de réduction de température α, à l’aide d’une méthode simplifiée: a=1/(Ueq + 1).

Elle donne une valeur de transmission thermique relativement pénalisante pour les grands bâtiments.

L’information nécessaire est la suivante :

la résistance thermique totale du plancher de l’environnement intérieur jusqu’à l’interface plancher-sol.

Source: AGW du 15 mai 2014, Annexe B1, Art F.2.2 et Art F.2.4 et Art 15.2.1

Posted By : Sylvie 18 Mai, 2011

Coefficient de transmission thermique moyen d’un mur contre terre

Lorsqu’un local appartenant au volume protégé est limité par un mur en contact avec le sol, l’environnement extérieur n’est plus l’air mais bien la terre. Celle-ci participe à la résistance thermique du mur. (La chaleur, pour sortir du bâtiment et atteindre l’air extérieur, doit traverser le mur mais aussi le sol qui l’entoure.) On tiendra donc compte pour le calcul du transfert thermique à travers cette paroi d’un coefficient de réduction de température α. Celui-ci intervient notamment dans la vérification des performances de la paroi par rapport aux exigences réglementaires :

U_max≥ a * U_eq

U_max ≥ a * 1/R_T

Avec :

a : coefficient de réduction de température
R_T : la résistance thermique totale de la paroi considérée.

Lorsqu’on considère un mur extérieur avec une structure homogène et une valeur U bien déterminée, les isothermes (= lignes d’égale température) seront toujours parallèles au plan de la façade et les lignes de flux de chaleur perpendiculaires à celui-ci.

Par contre, lorsque la chaleur doit traverser le sol qui entoure le bâtiment, les lignes de flux de chaleur forment des courbes et la méthode de calcul des valeurs U doit être adaptée.

Calcul Précis

Un calcul numérique précis de la transmission thermique peut se faire suivant des méthodes numériques conformes aux normes.

Procédure de calcul suivant la réglementation PEB

Le calcul détaillé se fait à l’aide de formules indiquées dans l’AGW, Annexe B1, Art F.2.4
Les données nécessaires pour le calcul sont :

l’épaisseur du mur extérieur à hauteur du sol ;
la résistance thermique totale du mur extérieur ;
la profondeur moyenne dans le sol ;
le périmètre exposé du plancher de la cave ;
la surface du plancher ;
la résistance thermique totale du plancher ;

Les caractéristiques du sol (conductivité thermique λ et facteur de nappe phréatique Gw) sont définies par défaut dans le cadre de la réglementation PEB.
L’introduction de ces informations dans le logiciel PEB permet le calcul automatique du coefficient de transmission thermique équivalent multiplié par son facteur de réduction (a.U_eq).

Calcul simplifié

Dans beaucoup de cas, il n’est pas nécessaire de faire appel à des calculs numériques et une méthode simplifiée peut être appliquée. Elle donne via l’application de certaines formules une valeur du coefficient de transmission thermique équivalent multiplié par son facteur de réduction (a.U_eq).

Le calcul se fait automatiquement en utilisant le logiciel PEB.

Les informations nécessaires sont les suivantes :

La hauteur moyenne de la partie du mur enterrée(z) ;
La résistance thermique du mur de l’environnement intérieur jusqu’à l’interface mur-sol (R_w).

Source: AGW du 15 mai 2014, Annexe B1, Art F.2.4 et Art 15.2.3

Posted By : Sylvie 13 Mai, 2011

Propagation de la chaleur à travers une paroi

Une paroi séparant deux ambiances de températures différentes, constitue un obstacle plus ou moins efficace, au flux de chaleur qui va s’établir de la chaude vers la froide.

La chaleur va devoir :

pénétrer dans la paroi,
traverser les différentes couches de matériaux constituant la paroi,
traverser des couches d’air éventuelles,
et sortir de la paroi.

Outre la résistance thermique des différentes couches de matériaux (R), les coefficients thermiques utilisés sont les suivants :

Posted By : Sylvie 13 Mai, 2011

Coefficient de transmission thermique des nœuds constructifs

Le coefficient de transmission thermique des nœuds constructifs

Les performances thermiques de nœuds constructifs sont caractérisées par le coefficient de transmission thermique linéaire Ψ (exprimé en W/mK) ou le coefficient de transmission thermique ponctuel χ (exprimé en W/K). Ces coefficients de transmission thermique indiquent quel supplément doit être ajouté au transport de chaleur qui a été calculé à partir des valeurs U.

Ψ et χ sont déduits des flux thermiques par transmission à l’endroit des nœuds déterminés exactement par des calculs numériques validés et comparés avec les flux thermiques calculés de manière unidimensionnelle.

On peut également utiliser des valeurs par défaut. Dans ce cas, il faut garder en mémoire que les valeurs par défaut sont particulièrement défavorables. L’utilisation systématique de valeurs par défaut sur l’ensemble d’un bâtiment conduira, dans la plupart des cas, à une pénalisation particulièrement élevée.

Prise en compte des nœuds constructifs dans le calcul de la performance énergétique des bâtiments suivant la réglementation PEB

Il s’agit du flux thermique qui se produira à travers tous les nœuds constructifs d’un volume protégé lorsqu’on applique une différence de température de 1 Kelvin entre le volume protégé et l’environnement extérieur.

La réglementation PEB prévoit trois options possibles pour déterminer ce flux thermique et son impact sur le niveau K.

Option A : Méthode détaillée

Avec cette option, le flux thermique est déterminé le plus exactement possible par un calcul numérique de l’influence des nœuds constructifs à l’aide d’un logiciel validé. On peut choisir de calculer le bâtiment dans son ensemble ou de calculer séparément chacun des nœuds constructifs. Ce genre de calcul nécessite beaucoup d’effort et sera principalement utilisé pour valoriser des nœuds constructifs très performants.

Option B : Méthode des nœuds correctement réalisés du point de vue thermique dits « nœuds PEB conformes »

Cette option a pour objectif de permettre la prise en compte des nœuds constructifs d’une manière pragmatique et simple. Des recherches sur les logements existants ont montré que l’influence de nœuds constructifs bien étudiés s’élevait à environ 3 points K sur le niveau K total d’un logement. Si on peut montrer que les nœuds constructifs sont effectivement bien étudiés (à savoir : PEB-conformes), alors un supplément forfaitaire équivalent à 3 points K est prévu pour ces nœuds constructifs. Les nœuds constructifs qui ne satisfont pas les critères sont comptabilisés séparément.

Un nœud est considéré comme PEB-conforme (dans l’option B), s’il répond au moins à une des conditions suivantes :

a) il respecte au moins une des règles de base :

épaisseur de contact suffisante entre les couches isolantes adjacentes (cf. figure 1).
critères s’appliquant sur des éléments isolants interposés (cf. figure 2).
longueur minimale du chemin de moindre résistance thermique (cf. figure 3).

b) son coefficient linéique de transmission thermique est plus petit qu’une valeur limite, définie en fonction du type de nœud (0,15 W/mK pour un angle rentrant, 0,1 W/mK pour les raccords autour des portes et fenêtre, p. ex.).

Fig.1 Épaisseur de contact minimale.

Fig.2 Interposition d’un isolant.

Fig.3 Schéma de principe du chemin de moindre résistance thermique.

Source : CSTC-Contact n° 27 (3-2010).

L’avantage de cette méthode est d’éviter des calculs conséquents et d’encourager les maîtres d’œuvre à concevoir des nœuds constructifs thermiquement performants. Vu que l’option B prévoit une possibilité de démontrer d’une manière simple et particulièrement visuelle qu’un nœud constructif est bien étudié, cette option a pour avantage que le calcul total pour la prise en compte des nœuds constructifs est réduit à un minimum. Il n’est pas nécessaire ici de déterminer les valeurs Ψ et χ, ni les longueurs des nœuds constructifs linéaires ou le nombre des nœuds constructifs ponctuels.

Option C : Pénalité forfaitaire (à éviter absolument)

Lorsque le maître d’œuvre ne fait pas d’effort pour limiter la déperdition thermique au droit des nœuds constructifs, l’influence inconnue des nœuds constructifs sur la déperdition thermique totale est fixée par un supplément forfaitaire équivalent à 10 points sur le niveau K est, dans ce cas, appliqué. Cette option doit être évitée, car elle aboutit à des bâtiments de mauvaise qualité et d’ailleurs oblige à porter plus d’effort d’isolation sur les parois pour atteindre les valeurs K exigées par la réglementation.

Attention !

Des nœuds constructifs mal étudiés ou mal réalisés thermiquement provoqueront des ponts thermiques. Le maître d’œuvre reste responsable de réduire au minimum absolu les risques de désordres dus à ces ponts thermiques (condensation, moisissures).

Posted By : Sylvie 12 Mai, 2011

Définition, fonctions et types de planchers inférieurs

Définition du plancher

Nous appellerons plancher inférieur la paroi qui délimite le volume protégé. Les technologies relatives aux planchers dépendront de l’environnement extérieur et du type de support. Par contre, comme ils font partie de l’enveloppe du volume protégé, ils devront, quelque soit leur technologie, avoir une résistance thermique et une étanchéité à l’air suffisante.

Types d’environnement extérieur

Le sol

Le plancher peut être en contact avec le sol. Dans ce cas il peut soit supporter uniquement son propre poids et les charges découlant de son utilisation (dalle sur sol), soit il peut porter l’ensemble du bâtiment et des charges (radier).

Dalle sur sol.

Radier.

Le vide

Le plancher peut aussi porter au-dessus du vide en s’appuyant sur des parois verticales. Ce vide peut être l’air extérieur, un espace adjacent non chauffé (EANC), un vide sanitaire ou une cave.

Sur l’extérieur – Sur espace adjacent non chauffé (EANC) – Sur cave – Sur vide sanitaire.

Types de support

Les planchers non portants sur sol

Ces planchers sont directement posés sur le sol. Ils sont généralement en béton armé. Ils ne sont pas solidaires des murs et bougent librement par rapport à ceux-ci. Ils doivent résister à leur propre poids et aux charges d’utilisation.

Le plancher ne porte pas le bâtiment.

Les radiers

Le radier est une forme de fondation qui a la particularité de répartir le poids du bâtiment sur une grande surface lorsque la portance du sol est limitée. Ils servent ainsi de fondation continue à l’ensemble des murs porteurs. Ils sont réalisés en béton armé. Les armatures sont beaucoup plus importantes que lorsqu’il s’agit d’un plancher non portant.

Le radier porte l’ensemble du bâtiment.

Les planchers autoportants

Le plancher inférieur du bâtiment peut aussi être appuyé sur les murs comme les autres planchers d’étages.

Les planchers autoportants lourds
Ces planchers massifs sont réalisés en béton. Ils peuvent être totalement coulés sur place ou préfabriqués et solidarisés ensuite à l’aide d’une dalle de compression en béton armé.

Plancher en béton massif coulé sur place.

Eléments de plancher en béton armé.

Hourdis (poutrains + entrevoûts).

(4 schémas : BA, Hourdis, prédalles et poutrains + entrevoûts)

Planchers portants légers
Ces planchers sont constitués d’une ossature en bois portant une aire de foulée en bois ou en panneaux de bois. Leur face inférieure pout être habillée ou non.

Plancher en bois.

Fonctions du plancher

Résistance mécanique (autoportant, non portant)

Lorsque le plancher est non portant, les armatures sont principalement technologiques. Elles ont pour fonction d’aider la dalle à répartir les charges d’utilisation sur le terrain et d’éviter une fissuration de celle-ci.

Lorsque le plancher est portant, il devra être calculé pour résister aux charges et empêcher des déformations qui dépassent les normes admises.

Résistance thermique

Lorsque le plancher est posé sur la terre ou est situé au-dessus d’une cave ou d’un vide sanitaire, la présence du sol constitue déjà une forme d’isolation thermique du plancher. La chaleur doit parcourir un long chemin dans le sol pour parvenir à l’extérieur. Cela n’est cependant pas suffisant pour que le bâtiment soit thermiquement performant (la réglementation PEB en Wallonie exige une résistance thermique minimale de ce plancher).

La mise en œuvre d’une couche isolante est donc nécessaire. Elle peut être placée au-dessus de la dalle ou en dessous de celle-ci (contre la terre). Dans ce dernier cas, il est nécessaire d’employer un matériau isolant qui résiste à l’humidité et à la compression.

La chaleur doit traverser le sol pour atteindre l’environnement extérieur.

Le plancher est situé au-dessus d’un EANC ou de l’environnement extérieur, il doit être isolé au même titre que les autres parois de l’enveloppe du volume protégé (la réglementation PEB en Wallonie exige que le coefficient de transmission thermique U de ce plancher ne dépasse certaines valeurs maximales).
L’isolant peut être placé sous le plancher, dans la structure portante d’un plancher léger ou sur le support, mais en dessous de l’aire de circulation (chape ou panneaux).

Isolation au-dessus du support.

Finition intérieure
Couche de séparation
Isolant
Étanchéité éventuelle (si terre-plein)
Support existant

Isolation dans le support.

Plancher
Isolant
Structure
Finition intérieure

Isolation sous le support.

Plancher existant
Isolation
Finition éventuelle

Protection contre l’humidité

Lorsque le plancher est situé au- dessus du vide, les problèmes d’humidité ne se posent généralement pas.

Plancher sur vide.

Niveau du terrain
Vide ventilé
Humidité ascensionnelle
Barrière d’étanchéité

Lorsque le plancher est posé directement sur le sol, des précautions doivent être prises.
Si le sol est suffisamment drainant et sec, aucun risque n’est à craindre. Sinon une couche d’étanchéité est à prévoir. Elle sera d’autant plus soignée qu’il y a un risque que le plancher se trouve occasionnellement ou en permanence sous le niveau de la nappe phréatique.

Plancher sur sol drainant.

Dalle sur sol
Sol drainant
Humidité du sol
Eaux de ruissellement (écartée)
Terrain

Plancher sur sol humide.

Niveau du terrain
Nappe phréatique éventuelle
Étanchéité

Attention une simple feuille de polyéthylène n’est pas à proprement parler une membrane d’étanchéité. Elle sert uniquement, lors de la mise en œuvre du béton coulé sur place, à éviter que sa laitance ne se perdre dans le sol ou entre les panneaux isolants. Cette feuille est parfois remplacée par un béton de propreté.

Inertie thermique

Un plancher lourd non isolé ou isolé par le dessous représente une masse d’inertie thermique importante. Dans le cas des bâtiments légers à faible inertie, seul le sol permet une certaine stabilité thermique et réduit les risques de surchauffe.

Étanchéité à l’air et aux gaz (Méthane, Radon, …)

Comme les autres parois du volume protégé, les planchers doivent être le plus possible étanches à l’air pour éviter les déperditions thermiques inutiles et les désordres provoqués par des condensations internes à la paroi. Une bonne étanchéité à l’air sera plus facile à obtenir si le plancher est coulé sur place. L’éventuelle membrane d’étanchéité à l’eau permet également une étanchéité à l’air performante.

Dans le cas des planchers légers, une barrière d’étanchéité à l’air est nécessaire.
Dans certaines régions, des gaz toxiques (Méthane, Radon, …) s’échappent du sol. Une parfaite étanchéité à l’air du plancher est alors indispensable.

Empêcher le Radon de rentrer dans le bâtiment.
Permettre au Radon de s’échapper du sol sous le bâtiment.

Posted By : Sylvie 21 Avr, 2011

Résistance thermique des couches d’air

L’Arrêté du Gouvernement Wallon du 17 avril 2008, dans son Annexe VII, Article 5.4.2.2 spécifie les valeurs à prendre en compte comme résistance thermique des couches d’air non-ventilées selon l’épaisseur de la lame d’air et la direction du flux :

Épaisseur d de la couche d’air [mm]	Direction du flux thermique
	ascendant	horizontal⁽¹⁾	descendant
0 < d < 5	0,00	0,00	0,00
5 ≤ d < 7	0,11	0,11	0,11
7 ≤ d < 10	0,13	0,13	0,13
10 ≤ d < 15	0,15	0,15	0,15
15 ≤ d < 25	0,16	0,17	0,17
25 ≤ d < 50	0,16	0,18	0,19
50 ≤ d < 100	0,16	0,18	0,21
100 ≤ d < 300	0,16	0,18	0,22
300	0,16	0,18	0,23
⁽¹⁾ valable pour une direction du flux de chaleur qui ne dévie pas de plus de ± 30° du plan horizontal.

En présence d’une lame d’air peu ventilée, on pourra considérer par simplification la moitité de la résistance donnée dans ce tableau pour une épaisseur équivalente.

La résistance thermique d’une lame d’air fortement ventilée sera considérée comme nulle.

Pour en savoir plus sur la résistance thermique des lames d’air.

Posted By : Sylvie 21 Avr, 2011

Résistance thermique d’échange superficiel

L’Arrêté du Gouvernement Wallon du 17 avril 2008, dans son Annexe VII, Article 5.3 spécifie les valeurs à prendre en compte comme résistance thermique d’échange superficiel selon l’environnement et la direction du flux :

	Direction du flux de chaleur
	ascendant	horizontal ⁽¹⁾	descendant
R_si [m²K/W]	0,10	0,13	0,17
R_se [m²K/W]	0,04	0,04	0,04
⁽¹⁾ valable pour une direction du flux de chaleur qui ne dévie pas de plus de 30° du plan horizontal.

Tableau 1 – Résistances thermiques d’échange R_si et R_se (en m²K/W).

Pour en savoir plus sur la résistance thermique d’échange superficiel.

Posted By : Sylvie 21 Avr, 2011

Résistance thermique des matériaux anisotropes

Certains matériaux ne présentent pas une composition uniforme. C’est notamment le cas des blocs creux. Au sein de ces matériaux dits « anisotropes » (présentant des propriétés différentes selon les directions), la chaleur se propage en même temps par conduction, convection et rayonnement (la valeur λ, qualifiant la conductivité thermique, n’est donc pas représentative).

L’Arrêté du Gouvernement Wallon du 17 avril 2008, dans son Annexe VII spécifie des valeurs par défaut pour qualifier la résistance thermique d’une couche de ces matériaux :

Maçonnerie en blocs creux	béton > 1 200 kg/m³	d = 0.14 m	R_u = 0.11 m²K/W
		d = 0.19 m	R_u = 0.14 m²K/W
		d = 0.29 m	R_u = 0.20 m²K/W
	béton < 1 200 kg/m³	d = 0.14 m	R_u = 0.30 m²K/W
		d = 0.19 m	R_u = 0.35 m²K/W
		d = 0.29 m	R_u = 0.45 m²K/W
Plancher brut préfabriqué en éléments creux en terre cuite	1 creux dans le sens du flux	d = 0.08 m	R_u = 0.08 m²K/W
	1 creux dans le sens du flux	d = 0.12 m	R_u = 0.11 m²K/W
	2 creux dans le sens du flux	d = 0.12 m	R_u = 0.13 m²K/W
		d = 0.16 m	R_u = 0.16 m²K/W
		d = 0.20 m	R_u = 0.19 m²K/W
Plancher brut préfabriqué en béton lourd (avec éléments creux)		d = 0.12 m	R_u = 0.11 m²K/W
		d = 0.16 m	R_u = 0.13 m²K/W
		d = 0.20 m	R_u = 0.15 m²K/W
Plaques de plâtre entre deux papiers forts		d < 0.014 m	R_u = 0.05 m²K/W
Plaques de plâtre entre deux papiers forts		d > 0.014 m	R_u = 0.08 m²K/W

Le site www.epdb.be produit conjointement par les trois régions donne des valeurs reconnues pour le calcul PEB. Elles concernent notamment la conductivité thermique, la résistance thermique et la masse volumique des principaux produits d’isolation et de construction opaque disponibles sur le marché belge.

Pour en savoir plus sur la résistance thermique des couches de matériaux.

Posted By : Sylvie 20 Avr, 2011

Ecole passive de Louvain-La-Neuve, un premier bilan

Introduction

En janvier 2010, les élèves de maternelle du collège du Biéreau ont emménagé dans les classes de leur toute nouvelle école passive. Le projet de construction de cette école a été baptisé METIS, acronyme de « Maîtrise Energétique et Technologique d’une Institution Scolaire ». Ce projet a été réalisé dans un esprit de forte collaboration entre l’architecte, Pierre Somers, les entreprises, et les futurs occupants du bâtiment. L’école a été conçue selon le standard passif, afin de limiter la pollution et de réaliser de fortes économies sur la facture énergétiques. Mais ces économies sont-elles réelles ?

Une forte isolation de l’enveloppe

Pour répondre à cette question, il faut d’abord examiner les principes constructifs mis en application lors de la conception du bâtiment.

Tout d’abord l’isolation importante du bâtiment permet de garder la chaleur à l’intérieur du bâtiment en hiver et de se protéger des fortes chaleurs extérieures en été. Cette isolation est réalisée par le placement de flocons de cellulose d’une épaisseur variant de 30 à 40 centimètres dans les murs et de 36 à 50 centimètres dans la toiture. Ces flocons de celluloses sont insufflés dans des caissons recouverts de plaque de plâtre à l’intérieur et de panneaux de fibre de bois à l’extérieur. Ces panneaux en fibres de bois permettent de couper les ponts thermiques réalisés par les poutres en bois des caissons.

En ce qui concerne les portes et fenêtres, les châssis placés sont munis de triples vitrages, dix fois plus isolants qu’un simple vitrage.
Mais une bonne isolation implique de faire la chasse à tout les ponts thermiques possibles, cela afin d’éviter que toute la chaleur du bâtiment ne s’échappe par une faiblesse dans l’enveloppe extérieure. Un bon exemple est donné ici dans la conception de la structure extérieure du bâtiment. En effet, cette structure est réalisée par des poutres et des colonnes en acier qui sont emballées dans les caissons de cellulose, évitant ainsi tout problème de pont thermique.

Une excellente étanchéité à l’air des parois extérieures permet de contrôler totalement les flux d’air entrant et sortant du bâtiment.

La structure intérieure de l’école est réalisée par des dalles de béton armé et des murs maçonnés en blocs de bétons. Ce choix apporte au bâtiment une très bonne acoustique et surtout une forte inertie du bâtiment qui permet une évolution très douce des températures.

Enfin, l’installation de stores motorisés et de « casquettes architecturales » permet de se protéger des rayons du soleil lors des périodes de surchauffe.

Un réseau d’air qui porte le chauffage et génère le rafraichissement

En ce qui concerne la ventilation des classes, elle est assurée par un système de ventilation double flux représenté ci-dessous. L’air neuf pris à l’extérieur passe tout d’abord par un puits canadien : l’air, en passant dans le sol à deux mètres de profondeur, se réchauffe en hiver et se refroidit en été. L’air passe ensuite dans un échangeur récupérateur de la chaleur de l’air sortant. L’air est alors pulsé dans les classes au moyen de ventilateurs. En cas de besoin, l’air est chauffé à 30 °C par une batterie de chauffe terminale placée à l’entrée de la classe. Une sonde de présence actionne d’ouverture d’un clapet à l’arrivée des élèves. Une sonde de température dans chaque classe régule la température. L’extraction se fait par les couloirs et l’air repasse dans l’échangeur avant d’être expulsé en toiture.

Schéma du système de ventilation et de chauffage.

Pendant les nuits d’été, l’air frais extérieur est pulsé dans les classes, mais en by-passant alors l’échangeur !

Voici les principes du système exposés, mais cela fonctionne-t-il en réalité ?

Première analyse du fonctionnement

Pour le savoir, examinons le résultat des mesures effectuées dans l’école.
Sur le graphe de la figure 2 sont représentées quatre courbes prises sur une durée de quatre jours. La courbe noire représente la température extérieure de l’air prise à l’entrée du puits canadien. La courbe verte représente la température de l’air prise à la sortie. L’air est donc réchauffé de 5 et 10°C par son passage dans le puits canadien. Les courbes mauve et jaune représentent respectivement l’évolution des températures de pulsion et d’extraction du système par le couloir. L’air pulsé est ici fortement réchauffé par l’air extrait du bâtiment, entre 8 et 12°C, ce qui prouve la grande efficacité de l’échangeur de chaleur.

Fig. 2 : Fonctionnement en hiver du puits canadien et de l’échangeur de chaleur.

Les courbes de la figure 3 représentent l’évolution de la température dans une classe orientée au nord sur une durée d’une semaine en hiver. La courbe noire représente les températures extérieures. La courbe rouge, représentant la température de pulsion d’air dans la classe, montre que des pulsions ponctuelles d’air à une température entre 30°C et 35°C suffisent à réchauffer l’air de la classe dont la température d’extraction est représentée par la courbe jaune.

Fig. 3 :Fonctionnement en hiver de la ventilation de la classe Nord.

Les courbes de la figure 4 donnent l’évolution de la température dans une classe orientée au sud durant la même froide semaine hivernale. La courbe rouge, représentant la température de pulsion d’air dans la classe, montre que la chaleur fournie par les enfants et le soleil suffit à chauffer cette classe, la température de pulsion étant, aux heures d’occupation du local, plus fraîche que celle d’extraction, représentée par la courbe jaune.

Fig. 4 :Fonctionnement en hiver de la ventilation de la classe Sud.

Cette installation de ventilation et de chauffage fonctionne donc très bien en hiver mais qu’en est-il de son fonctionnement en été ?

Sur le graphe de la figure 5 sont représentées quatre courbes prises sur une durée de quatre jours de canicule. La courbe noire représente la température extérieure. La courbe verte représente la température de l’air prise à la sortie du puits canadien. L’air est donc rafraîchi durant la journée et légèrement réchauffé durant la nuit. On peut se demander s’il ne serait pas intéressant de prendre l’air directement à l’extérieur pour refroidir le bâtiment la nuit sans passer par le puits canadien. Mais une telle stratégie empêcherait aussi le refroidissement de ce puits durant la nuit.
Les courbes bleue et jaune représentent respectivement l’évolution des températures de pulsion et d’extraction dans la classe du fond du couloir. On constate que l’air entrant dans la classe est nettement plus chaud que l’air qui sort du puits canadien. La raison en est la chaleur apportée par le ventilateur de pulsion et l’impact de la chaleur du couloir autour de la conduite d’amenée de l’air… La courbe jaune ne montre qu’un léger refroidissement du bâtiment durant la nuit. Mais malgré tout, par une température extérieure de 35°C, la température intérieure ne dépasse pas 27°C, ce qui montre la bonne inertie du bâtiment.

Ce refroidissement mécanique de nuit consomme de l’électricité… Dès lors, un refroidissement naturel direct par ouverture de fenêtres dans les classes et, soit l’action d’un extracteur mécanique, soit un effet cheminée naturel au dessus du couloir aurait été peut-être plus efficace et moins énergivore ?

Fig. 5 :Fonctionnement en été du puits canadien et de l’échangeur de chaleur.

La consommation en gaz mesurée y est très faible : 3 000 m³ de gaz en un an, pour 1 600 m² chauffés, soit la consommation équivalente à une maison d’habitation traditionnelle … pour un volume 10 fois plus grand ! Par contre, la consommation de 40 000 kWh électriques pourrait être améliorée car elle reste encore dans la moyenne de consommation des écoles traditionnelles. Des optimisations sont en cours…

Il serait dommage de conclure sans mentionner l’avis unanime des enseignants : la vie dans cette nouvelle école passive est vraiment très agréable ! La grande qualité d’air intérieur, le confort thermique des parois chaudes et le confort acoustique y sont très appréciés.

Un confort intérieur remarquable

La qualité de l’air intérieure est excellente : des taux de CO₂ l’ordre de 500 ppm sont mesurés (contre 3 à 4 000 dans les classes traditionnelles aux châssis rénovés… sans prise en compte de la ventilation !). La fameuse question : « Peut-on ouvrir les fenêtres ? » ne se pose pas ! Et rien n’empêche de les ouvrir en mi-saison, lorsque le chauffage est arrêté…

La stabilité des températures est très bonne grâce au choix d’une très forte inertie intérieure en contact direct avec l’ambiance. Et ce malgré un compromis pour l’acoustique : un absorbeur collé sur les 2/3 du plafond des classes.

Au niveau acoustique, à signaler également le très bon fonctionnement de la chicane absorbante acoustique placé dans le mur au passage de l’air entre classe et couloir.

La température intérieure est bien maîtrisée, grâce à casquettes architecturales et des stores de type screen qui filtrent le soleil.

Une consommation de chauffage 6 fois plus faible que la moyenne

Beaucoup de points forts se dégagent :

L’air gagne 5 à 7°C en passant par le sol en période de gel et perd 5 à 7°C en période de canicule.

L’échangeur de chaleur présente un rendement qui dépasse les 80 %.

L’individualisation de la gestion du chauffage local par local s’avère bien être une nécessité, il aurait été impossible de réussir une température intérieure correcte si l’on n’avait à disposition qu’une seule température de pulsion d’air pour l’ensemble des locaux.

La consommation annuelle, qui pourtant vérifiait les 15 kWh/m² lors de l’évaluation sur plan, frôle les 25 kWh/m² dans la pratique. Le rendement des installations, la production d’eau chaude sanitaire et le besoin de mise au point de la première année expliquent sans doute ce fait. Cette consommation est malgré tout 6 fois plus faible que la consommation moyenne des écoles du réseau libre.

Une consommation électrique qui reste élevée

La consommation électrique, par contre, interpelle. Elle est sensiblement égale, en kWh, à celle du chauffage au gaz. Donc elle est 2,5 fois plus élevée que le chauffage en énergie primaire ! En fait, elle est similaire à celle de la moyenne des écoles du réseau libre.

Globalement, avec un total de 90 kWh/m² en énergie primaire, le bâtiment respecte le critère de consommation primaire totale du passif. Mais vu l’accent tout particulier mis à réduire la consommation énergétique du bâtiment, on aurait pu s’attendre à une consommation électrique nettement plus faible que la moyenne également…

Ou part cette énergie électrique ? Pour moitié dans l’éclairage (pas de dimming, un seul interrupteur par classe,…) et pour un tiers dans les ventilateurs du double flux. Le fait que ces ventilateurs restent en fonctionnement jusque minuit pour assurer la ventilation de l’appartement intégré dans l’école n’est sans doute pas étranger à ce montant…

Une gestion lourde pour le directeur

Un directeur d’école ne devrait pas s’occuper de la gestion des équipements techniques de son bâtiment. Son rôle devrait se limiter à l’intégration des horaires de fonctionnement, une fois par an.

Le monitoring de l’école du Biéreau a fait apparaître que l’intégration des fonctions (ventilation, chauffage et froid) dans un même équipement de régulation est source de complexité :

dans la mise au point du bon fonctionnement,
dans la gestion future par les occupants.

Quelques disfonctionnements ont été relevés, notamment dans la gestion du free cooling. Pour une installation aussi innovante, un véritable commissionning aurait pu être prévu, c’est-à-dire une recherche du réglage optimum des installations. Mais cela demande une instrumentation spécifique… et un financement pour le faire !

Posted By : olivier 24 Mar, 2011

Coefficient de transmission thermique d’une fenêtre (Uw) ou d’une porte

Le coefficient de transmission thermique d’une fenêtre ou d’une porte simple

N.B.: la méthode présentée ci-dessous n’est valable que pour les fenêtres ou portes considérées comme simples, cas le plus courant dans nos régions.

Elle ne s’applique pas à une double fenêtre ou à une fenêtre à vantaux dédoublés.

Fenêtre simple.

Double fenêtre.

Fenêtre à vantaux dédoublés.

Détermination par essais

Le coefficient de transmission thermique d’une porte ou d’une fenêtre peut être déterminé avant pose par des essais réalisés conformément à la norme NBN EN ISO 12567-1 (ou -2 pour une fenêtre de toit). Ils peuvent aussi être réalisés sur exactement la même fenêtre ou porte avec les mêmes dimensions et les mêmes composants.

Détermination par calcul

Une fenêtre ou une porte est constituée de différentes parties qui ont chacune une surface et un coefficient de transmission thermique U déterminés.

l’encadrement (châssis) de la fenêtre ou de la porte (dans tous les cas) ;
le ou les vitrages (le cas échéant) ;
le ou les panneaux opaques (le cas échéant) ;
la ou les grilles de ventilation (le cas échéant).

Le contour des vitrages isolants et des panneaux est affecté d’une déperdition thermique supplémentaire résultant des effets combinés des encadrements, intercalaires, vitrages et panneaux (pont thermique linéaire).

L’ensemble de ces éléments permet de déterminer par calcul le coefficient de transmission thermique de la fenêtre Uw. Il s’agit de la valeur moyenne des coefficients de transmission thermique des différentes parties au pro rata de leurs surfaces, augmentées des déperditions linéiques aux rives des vitrages et panneaux.

avec :

U_g = le coefficient de transmission thermique du vitrage
A_g = l’aire du vitrage
U_f = le coefficient de transmission thermique de l’encadrement
A_f = l’aire de l’encadrement
U_p = le coefficient de transmission thermique du panneau
A_p = l’aire du panneau
U_r = le coefficient de transmission thermique de la grille de ventilation
A_r = l’aire de la grille de ventilation
ψ_g = le coefficient de transmission thermique linéique de l’intercalaire autour du vitrage
l_g = le périmètre visible du vitrage
ψ_p = le coefficient de transmission thermique linéique autour du panneau
l_p = le périmètre visible du panneau

Le calcul doit être effectué pour chaque fenêtre et porte.

Calcul simplifié

Pour un ensemble de fenêtres ayant un même type de vitrage, d’encadrement, de panneau de remplissage opaque et de grille de ventilation, et étant placées dans le même bâtiment, on peut adopter une seule valeur moyenne UW pour l’ensemble des fenêtres. Celle-ci tient compte d’une proportion fixe entre l’aire du vitrage et l’aire de l’encadrement ainsi que d’un périmètre du vitrage ou des intercalaires. On évite ainsi de devoir faire ce calcul pour chaque fenêtre.

La réglementation PEB fournit ainsi une formule simplifiée permettant d’évaluer l’efficacité énergétique d’une fenêtre en tenant compte de l’efficacité du châssis et du vitrage tout en supposant une bonne étanchéité à l’air.

		Partie vitrage et encadrement	Partie grille de ventilation
U_g ≤ U_f	U_w	= 0,7U_g + 0,3U_f + 3ψ_g	+ ∑A_r (U_r – U_g)/∑A_W,d	[W/m²K]
U_g > U_f	U_w	= 0,8U_g + 0,2Uf + 3ψ_g	+ ∑A_r (U_r – U_f)/∑A_W,d	[W/m²K]

avec :

U_vc = coefficient de transmission thermique U du vitrage.
U_ch = coefficient de transmission thermique U du châssis.
ψ_g= coefficient de transmission thermique linéique de l’intercalaire.
U_r = coefficient de transmission thermique de la grille de ventilation
∑A_r = aire totale des grilles de ventilation présentes
∑A_W,d = aire totale des fenêtres (déterminée sur la base des aires des baies des fenêtres)

La proportion varie suivant que le vitrage est thermiquement plus performant que l’encadrement, ou l’inverse. Généralement c’est le vitrage qui est le plus performant. Dans ce cas la formule de calcul devient, s’il n’y a ni grille ni panneau :

U_W,T= 0,7 U_g+0,3 U_f+3 ψ_g

Ce qui revient à considérer : 70 % de vitrage, 30 % d’encadrement et 3 m d’intercalaire par m² de fenêtre.

Si la fenêtre comprend des grilles de ventilation et des panneaux opaques la formule se complique. Elle tient compte de l’influence de ces éléments sur le résultat final (pour les calculs, se référer aux formules 20 et 21 de l’Art 8.5 de l’Annexe 7).

Source : AGW du 15 mai 2014, Annexe B1, Art 8.5

L’influence du volet (Uws)

En été, la présence d’un volet à l’extérieur améliore les moyens dont dispose le bâtiment pour résister à la surchauffe.

En hiver, un volet placé à l’extérieur d’une fenêtre apporte une résistance thermique supplémentaire lorsqu’il est fermé. Bien sûr, il n’est pas fermé en permanence et le taux de fermeture variera d’une fenêtre à l’autre. La législation PEB en Belgique suppose qu’il sera fermé 8 heures par jour.

La résistance thermique de l’ensemble fenêtre-volet s’exprime de la manière suivante :

R_ws = R_w + ΔR

ΔR dépendra de deux caractéristiques :

La résistance thermique totale du volet lui-même, R_sh ;
La fente totale effective entre les bords du volet et les bords de l’ouverture du jour de la fenêtre b_sh = b₁ + b₂ + b₃ . b₁, b₂ et b₃ sont respectivement la moyenne des ouvertures des fentes en bas, en haut et sur les côtés du volet.

Attention, la fente sur le côté du volet (b3) n’est comptée qu’une fois parce que les fentes situées dans le haut et dans le bas ont une plus grande influence.

R_sh est calculé de la même manière que les autres éléments de construction.

Cas particuliers :

Le calcul se fait suivant la norme NBN EN ISO 10211 dans le cas d’un volet à composition hétérogène ;
Le calcul se fait suivant la norme NBN EN ISO 10077-2 dans le cas d’un élément profilé ;
Rsh = 0 dans le cas d’un volet inconnu.

Lorsque R_sh et b_sh sont déterminées, ΔR est calculé à partir des formules reprises dans le tableau 3 extrait de l’Art. 8.4.5 de l’Annexe B1 de l’AGW du 15 mai 2014.

Classe	Perméabilité à l’air du volet en position fermée	b_sh [mm]	ΔR [m²K/W]⁽¹⁾
1	Perméabilité très élevée	35 < b_sh	0,08
2	Perméabilité élevée (le volet est lui-même étanche à l’air).	15 < b_sh < 35	0,25 . R_sh + 0,09
3	Perméabilité moyenne (le volet est lui-même étanche à l’air)	8 < b_sh < 15	0,55 . R_sh + 0,11
4	Perméabilité faible (le volet est lui-même étanche à l’air).	b_sh < 8	0,80 . R_sh + 0,14
5	Perméabilité très faible (le volet est lui-même étanche à l’air).	b_sh < 3 et b₁ + b₃ = 0 ou₍₂₎ b₂₍₃₎ + b₃ = 0	0,95 . R_sh + 0,17
⁽¹⁾Les valeurs ΔR sont valables pour R_sh < 0,3 m²K/W (R_sh est la résistance thermique du volet même, déterminée selon le chapitre 6 si celui-ci est d’application, selon la NBN EN ISO 10211 dans le cas d’un volet à composition hétérogène ou selon la NBN ISO 10077-2 dans le cas d’un élément profilé). ⁽²⁾Ce cas suppose la présence de joints d’étanchéité autour d’au moins 3 côtés du volet et que du côté restant la fente soit inférieure ou égale à 3 mm. ⁽³⁾La classe 5 (perméabilité très faible) peut également être adoptée si une mesure du débit d’air au travers du volet fermé démontre que ce débit d’air n’est pas supérieur à 10 m³/h.m² (avec une différence de pression de 10 Pa – essai selon la NBN EN 12835. Des conditions supplémentaires pour la classe 5 sont disponibles dans la NBN EN 13125 par type de volet.

Tableau 3 : résistance thermique additionnelle de la couche d’air et du volet fermé.

ΔR étant ainsi connu, la résistance thermique de l’ensemble fenêtre volet Rws peut être calculée.
Le coefficient de conductivité thermique U_ws est finalement obtenu par la formule :

U_ws = 1 / R_ws

Le logiciel PEB permet de calculer automatiquement U_ws à partir des informations introduites.

Les caisses à volets roulants

Attention, la pose de volets suppose dans certains cas la présence de caisses à volets. Lorsqu’elles sont encastrées dans la façade, il faudra être très attentif à maintenir la continuité de la couche isolante et l’étanchéité à l’air du bâtiment. Cela n’est pas toujours facile. Les détails techniques doivent être étudiés avec soin dès de le début de la conception de l’immeuble.

Source: AGW du 15 mai 2014, Annexe B1, Art 8.4.5

Posted By : olivier 24 Mar, 2011

Coefficient de transmission thermique d’une paroi (U)

Généralités

Le coefficient de transmission thermique d’une paroi est la quantité de chaleur traversant cette paroi en régime permanent, par unité de temps, par unité de surface et par unité de différence de température entre les ambiances situées de part et d’autre de la paroi.
Le coefficient de transmission thermique est l’inverse de la résistance thermique totale (R_T) de la paroi.

U = 1 / R_T

> U (ou k) s’exprime en W/m²K
Plus sa valeur est faible et plus la construction sera isolée.

Pour calculer le coefficient U d’une paroi, rendez-vous sur la page « Calculs » – catégorie « Enveloppe » !

Posted By : olivier 24 Mar, 2011

Résistance thermique d’échange superficiel d’une paroi (Rsi et Rse)

La transmission de la chaleur de l’air ambiant à une paroi et vice versa se fait à la fois par rayonnement et par convection.

…..

Le coefficient d’échange thermique superficiel entre une ambiance intérieure (h_i) et une paroi est la somme des quantités de chaleur transmise entre une ambiance intérieure et la face intérieure d’une paroi, par convection et par rayonnement, par unité de temps, par unité de surface de la paroi, et pour un écart de 1 K entre la température de la résultante sèche de l’ambiance et la température de surface.

> h_i s’exprime en W/m²K.

La résistance thermique d’échange d’une surface intérieure (R_si) est égale à l’inverse du coefficient d’échange thermique de surface intérieure h_i_.

R_si= 1/h_i

> R_si s’exprime en m²K/W.

Le coefficient d’échange thermique superficiel entre une paroi et une ambiance extérieure (h_e) est la somme des quantités de chaleur transmise entre la face extérieure d’une paroi et une ambiance extérieure, par convection et par rayonnement, par unité de temps, par unité de surface de la paroi, et pour un écart de 1 K entre la température de la résultante sèche de l’ambiance et la température de surface.

> h_e s’exprime en W/m²K.

La résistance thermique d’échange d’une surface extérieure (R_se) est égale à l’inverse du coefficient d’échange thermique de surface extérieure h_e_.

R_se= 1/h_e

> R_se s’exprime en m²K/W.

Les différences de valeur entre R_si et R_se ne proviennent pas de la différence de température entre l’intérieur et l’extérieur mais bien des mouvements d’air plus importants à l’extérieur qu’à l’intérieur, ce qui influence le transfert de chaleur par convection.

Les valeurs des résistances thermiques d’échange superficiel R_i et R_e sont données dans un tableau extrait de la réglementation thermique.

Posted By : olivier 24 Mar, 2011

Résistance thermique d’une couche d’air (Ra)

Définition d’une couche d’air

Pour qu’un espace vide situé à l’intérieur d’une paroi soit considérée comme une couche d’air, dans le cadre de la réglementation, il faut que les conditions suivantes soient remplies (source : Annexe VII de l’AGW du 17 avril 2008, Art. 5.4.2.1):

la couche d’air doit être délimitée par deux plans parallèles qui sont perpendiculaires à la direction du flux thermique ;
les deux faces de ces plans sont non-réfléchissants (c’est le cas de la plupart des matériaux de construction traditionnels)¹ ;
l’épaisseur de la couche d’air ne peut dépasser 30 cm ;
l’épaisseur de la couche d’air doit 10 fois plus petite que sa longueur et sa largeur ;
il ne peut pas y avoir de passage d’air entre la couche d’air et l’environnement intérieur du bâtiment².

¹Si une des couche au moins est réfléchissante, il faut se référer aux annexes B.2 et B.3 de la NBN EN ISO 6946.
²Dans le cas contraire, la couche d’air et toutes les couches de matériaux situés du côté intérieur par rapport à celle-ci, ne sont pas pris en considération.

R_a, la résistance thermique d’une couche d’air plane est l’inverse de la quantité de chaleur qui est transmise en régime permanent de la face chaude de la couche d’air vers la face froide, par conduction, convection et rayonnement, par unité de temps, par unité de surface et pour un écart de 1 K entre les températures des faces chaudes et froides.

> R_a s’exprime en m²K/W.

Définition d’une couche d’air non-ventilée

Une couche d’air sera considérée comme « non-ventilée » lorsque la surface des ouvertures entre cette couche d’air et l’environnement extérieur ne dépasse pas 5 cm²

par m de longueur dans le cas d’une paroi verticale ou
par m² de surface dans le cas d’une paroi horizontale³.

³Une paroi inclinée sera considérée comme verticale dès que sa pente dépasse 30°. Dans le cas contraire, elle sera considérée comme horizontale.

NB : Une paroi inclinée sera considérée comme verticale dès que sa pente dépasse 30°. Dans le cas contraire, elle sera considérée comme horizontale.

Les résistances thermiques des couches d’air non ventilées R_a sont données dans un tableau extrait de la réglementation thermique en fonction de l’épaisseur de la lame d’air et de la direction du flux.

Définition d’une couche d’air peu ventilée

Une couche d’air sera considérée comme « peu ventilée » lorsque la surface des ouvertures entre cette couche d’air et l’environnement extérieur est comprise entre 5 cm² et 15 cm²

par m de longueur dans le cas d’une paroi verticale ou
par m² de surface dans le cas d’une paroi horizontale (pente<30°).

Dans ce cas, on peut considérer pour cette couche une résistance thermiques R_a correspondant à la moitité de celle donnée pour une couche d’air non-ventilée d’épaisseur équivalente. De plus, la résistance thermique globale prise en compte pour les couches de construction entre la couche d’air et l’environnement extérieur sera limitée à maximum 0,15 m²K/W.

Définition d’une couche d’air fortement ventilée

Une couche d’air sera considérée comme « fortement ventilée » lorsque la surface des ouvertures entre cette couche d’air et l’environnement extérieur dépasse plus de 15 cm²

par m de longueur dans le cas d’une paroi verticale ou
par m² de surface dans le cas d’une paroi horizontale (pente<30°).

Dans ce cas, on considère pour cette couche une résistance thermique R_a nulle et la valeur R_si sera utilisée comme valeur caractéristique de la résistance thermique d’échange superficiel extérieur (R_se=R_si).

Posted By : olivier 24 Mar, 2011

Résistance thermique d’une couche de matériau (R)

La perméance thermique d’une couche de matériau

La perméance thermique (P) indique la quantité de chaleur qui se propage :

en 1 seconde,
à travers 1 m² d’une couche de matériau,
d’une épaisseur déterminée,
lorsque la différence de température entre les deux faces est de 1 K (1 K = 1 °C).

> La perméance thermique s’exprime en W/m²K.

Plus la perméance thermique est élevée, plus la couche laisse passer la chaleur.
Ce coefficient est valable aussi bien pour les matériaux homogènes que pour les matériaux non-homogènes.

Matériau homogène : P = λ / d où d = épaisseur de la paroi.
Matériau non-homogènes : P est déduite d’essais effectués en laboratoire.

La résistance thermique d’une couche de matériau

La notion de perméance thermique est peu utilisée. Elle permet d’introduire et de mieux comprendre la résistance thermique (R) qui est l’inverse de la perméance thermique.

R = 1 / P

> Elle s’exprime en m²K/W.

C’est la mesure de performance isolante de la couche de matériau. Plus la résistance thermique est élevée, plus la couche est isolante.
Ce coefficient est valable aussi bien pour les matériaux homogènes que pour les matériaux non homogènes.

Matériau homogène

La résistance thermique est obtenue par le rapport entre l’épaisseur (en m) et la conductivité thermique de la couche du matériau (en W/m.K) :

R = d / λ

Matériau non-homogène

La résistance thermique utile R_uest déduite d’essais effectués en laboratoire.

La valeur déclarée

La valeur déclarée R_D d’une couche de matériau de construction est généralement fournie par son fabricant. Cette valeur est certifiée sur base d’un agrément technique (ATG, CE, ETA, ETZ, …). Elle est obtenue dans des conditions de référence données de température et d’humidité (d’après les principes donnés dans la EN ISO 10456).

Les valeurs de calcul

À partir de cette valeur R_D, il est possible de déduire les valeurs de calcul de la conductivité thermique R_U,i et R_U,e qui correspondent aux conditions d’utilisation du matériau (interne ou externe).

Il existe un site officiel ( www.epbd.be) qui indique, pour les trois régions belges, les valeurs R_U,i et R_U,e de certains matériaux qui peuvent être utilisées pour le calcul des performances thermiques des parois suivant la réglementation PEB.

Les valeurs de calcul par défaut

Des valeurs de calcul R_U,i par défaut peuvent toujours être utilisées lorsque le matériau ne possède pas de valeur R_D certifiée ou n’est connu que par sa nature. Ces valeurs sont reprises dans un tableau de la réglementation.

La résistance thermique d’une couche de matériau homogène d’épaisseur variable

Dans les parois de l’enveloppe du volume protégé, certaines couches peuvent avoir des épaisseurs variables.

Exemples :

Un béton de pente
(peu d’influence sur la résistance thermique totale).

Une couche d’isolant à épaisseur variable
(grande influence sur la résistance thermique totale).

Méthode simplifiée

La résistance thermique de cette couche peut être déterminée de manière sécuritaire en considérant que son épaisseur est partout égale à son épaisseur la plus faible d_min -> R = d_min/λ.

Épaisseur d_min

Méthode précise

Si la différence de pente entre les deux faces de la couche est inférieure à 5 %, une méthode de calcul existe pour quantifier avec plus de précision les performances thermiques de la paroi. Celle-ci est décrite dans l’Annexe B1 de l’AGW du 15 mai 2014 à l’Art. 7.4.

Elle consiste à décomposer la paroi en éléments partiels de formes déterminées et à calculer à l’aide de formules directement la valeur U de chacun de ces éléments.

Décomposition de la paroi en éléments partiels.

Les formes de base :

Rectangulaire

U = 1/R₁. ln [1 + R₁/R₀]

Triangulaire avec partie la plus épaisse à la pointe

U = 2/R₁. [(1 + R₀/R₁) . ln (1+R₁/R₀) – 1]

Triangulaire avec partie la plus mince à la pointe

U = 2/R₁. [1 – R₀/R₁ . ln (1+R₁/R₀)]

Avec :

R₁: Résistance thermique maximale de la couche inclinée
R₀: Résistance thermique globale de l’élément d’environnement à environnement sans R₁.

Un outils de calcul développé par l’IBGE existe et est disponible ici. XLS

Si par contre, la différence de pente entre les deux faces de la couche est supérieure à 5%, cette méthode ne s’applique pas et un calcul numérique doit être réalisé.

La résistance thermique d’une couche de mousse de polyuréthane (PUR) projetée in situ

Il est difficile d’évaluer l’épaisseur exacte d’une couche de mousse de polyuréthane projetée in situ.

PUR projeté.

C’est la raison pour laquelle la résistance thermique R de cette couche est multipliée par un terme correctif a qui varie en fonction du type d’application.

R _{PUR projeté} = a x R _{PUR en plaque}

a vaut 0.85 pour les applications en toiture.
a vaut 0.925 pour les applications sur sol.

Source: AGW du 15 mai 2014, Annexe B1, Art 7. 3

PUR projeté en toiture.

PUR projeté sur sol.

La résistance thermique d’une couche de maçonnerie

Une maçonnerie est constitué de briques ou de blocs assemblés et solidarisés entre eux par du mortier. La résistance thermique d’une couche de maçonnerie devra donc prendre en compte l’épaisseur de ce joint de mortier.

Si cette épaisseur est inférieure à 3 mm, on peut considérer que les briques ou blocs sont collés. Dans ce cas, le coefficient de conductivité thermique utile λ_U de la maçonnerie est égal à celui des briques ou blocs. La résistance thermique de la couche est donc égale à l’épaisseur de la maçonnerie divisée par le coefficient de conductivité thermique de la brique ou du bloc.

R = d_U,maç / λ_{U,brique/bloc}

Blocs collés.

Si cette épaisseur est supérieure à 3 mm, il faudra tenir compte de la présence des joints pour déterminer le coefficient de conductivité thermique λ_U moyen de la maçonnerie.

λ_U,moyen = (λ_{U,brique/bloc} x Surface _brique/bloc + λ_U,jointx Surface _joint) / Surface _totale

Surface_joint = (l + h + d) x d
Surface_brique/bloc = l x h
Surface_totale = (l + d) x (h + d)

La résistance thermique de la couche est donc égale à l’épaisseur de la maçonnerie divisée par le coefficient de conductivité thermique moyen.

R = d_maç / λ_U,moyen

Valeurs par défaut

Lorsque la proportion de joints n’est pas connue,

si la conductivité thermique des joints est inférieure à des biques ou blocs, on peut considérer la maçonnerie comme collée (donc sans joints) ;
si la conductivité thermique des joints est supérieure à des biques ou blocs, on peut considérer :
- la fraction joints égale à 16 % pour les maçonneries intérieures et
- la fraction joints égale à 28 % pour les maçonneries extérieures.

Source: AGW du 15 mai 2014, Annexe B1, Art. G.3.1

La résistance thermique d’une couche non homogène d’un élément de construction avec structure bois

Les parois du volume protégé peuvent contenir des couches de matériaux non-homogènes dans lesquelles une structure bois est incorporée et dont le reste de l’espace est occupé par un matériau isolant.

Exemples :

chevrons d’une toiture inclinée ;
gîtage d’une toiture plate, d’un plafond ou d’un plancher en bois;
structure d’une façade légère à ossature bois ;
…

Façades et plancher à ossature bois.

Toit incliné à chevrons.

Cette structure affaiblit le pouvoir isolant de la couche. Il faut donc en tenir compte pour en calculer la résistance thermique.

Celle-ci dépend de la fraction bois. Dans le cas d’une structure régulière, la fraction bois est égale à la largeur des éléments en bois divisée par la distance moyenne entre les éléments (d’axe en axe).

% bois = d / l moyen

Cette fraction est généralement augmentée de 1 % pour tenir compte des entretoises.

Calcul de la résistance thermique de la couche

La résistance thermique de la couche se calcule donc en utilisant un coefficient de conductivité thermique λ_U moyen.

λ_U,moyen = λ_U,bois x % bois + λ_U,isolant x (100 % – % bois)

La résistance thermique de la couche est donc égale à l’épaisseur de la couche divisée par le coefficient de conductivité thermique moyen.

R = d / λ_U,moyen

Valeurs par défaut

La réglementation propose l’utilisation de valeurs par défaut. Elles correspondent aux limites supérieures des valeurs les plus courantes en fonction du type de paroi. Celles-ci sont reprises dans le tableau suivant :

Structure en bois	Fraction de bois (valeur par défaut)
Toiture à pannes (pannes-structure portante primaire)	0,11
Toiture à pannes (chevrons-structure portante secondaire)	0,20
Toiture à fermes (fermettes-structure portante secondaire)	0,12
Planchers en bois (poutres-structure portante secondaire)	0,11
Parois à ossature en bois	0,15

Source: AGW du 15 mai 2014, Annexe B1, Art G.4

Posted By : Sylvie 4 Mar, 2011

Aperçu des modèles d’isolation de l’espace protégé [Enveloppe – toiture inclinée]

Les combles qui seront occupés et chauffés doivent être isolés de l’ambiance extérieure.

Le toit incliné est dans ce cas la limite de l’espace protégé. C’est donc à ce niveau que doit être posé l’isolant et son pare-vapeur éventuel.

L’isolant peut être situé entre les éléments de charpente et/ou en dessous de ceux-ci (isolation par l’intérieur), ou au-dessus des éléments de charpente (isolation par l’extérieur).

Isolation par l’intérieur :

1. couverture
2. contre-lattes
3. lattes
4. sous-toiture
5. chevrons ou fermettes
6. isolant
7. pare-vapeur
8. finition intérieure
9. panne

[1] Isolation entre chevrons ou fermettes

Isolation par l’extérieur :

[1] Isolation au-dessus des chevrons ou des fermettes (« Sarking »)

1. couverture
2. contre-lattes
3. lattes
4. sous-toiture
5. isolant
6. pare-vapeur
7. chevrons ou fermettes
8. pannes

[2] Isolation au-dessus des pannes à l’aide de panneaux préfabriqués

1. couverture
2. languette d’assemblage
3. lattes
4. panneau de toiture préfabriqué
5. raidisseurs du panneau
6. isolant du panneau
7. pare-vapeur intégré éventuel
8. plaque inférieure du panneau
9. pannes

Posted By : Sylvie 4 Mar, 2011

Aperçu des modèles d’isolation du plancher des combles [Enveloppe – Le plancher des combles ]

Lorsque les combles ne sont pas prévus pour être chauffés, le plancher de celui-ci constitue la limite supérieure de l’espace protégé. C’est donc à ce niveau que doit être posé l’isolant et son pare-vapeur éventuel. Ce qui permet :

d’utiliser une surface d’isolant moindre que s’il fallait isoler les versants de toiture,
d’éviter d’avoir à traiter toutes les infiltrations d’air souvent nombreuses dans les combles inoccupés,
de permettre la ventilation des combles en été.

On distingue les planchers légers (en général, constitués d’une structure en bois supportant un plancher en bois et/ou un plafond en plâtre), des planchers lourds (en général, constitué de béton ou de terre-cuite).
Dans les deux cas, on précisera si le plancher des combles doit être circulable, pour permettre le rangement d’objets par exemple.

Les planchers légers

[1] léger sans aire de foulée

Gîte.
Isolant.
Pare-vapeur.
Finition du plafond.

[2] Plancher léger avec aire de foulée

Gîte.
Isolant (remplissage partiel).
Pare-vapeur.
Finition du plafond.
Isolant (remplissage complet).
Aire de foulée.

Les planchers lourds

[1] Plancher lourd sans aire de foulée

Isolant.
Pare-vapeur.
Support lourd.
Finition du plafond.

[2] Plancher lourd avec aire de foulée

Aire de foulée.
Lambourde (facultative).
Isolant.
Pare-vapeur.
Support lourd.
Finition du plafond.

Posted By : Sylvie 4 Mar, 2011

Longueur du chemin de moindre résistance thermique

Il existe des situations dans lesquelles les couches isolantes ne peuvent pas se joindre directement et dans lesquelles il n’est pas possible d’intercaler un élément isolant (par exemple, pour des raisons de stabilité). La coupure thermique ne peut pas, dans de telles situations, être conservée. Cela ne signifie pas pour autant qu’on ait à faire à un détail mal étudié. La réglementation PEB prévoit en effet une possibilité d’obtenir quand même, sans coupure thermique, un nœud constructif suffisamment performant du point de vue thermique.

Le flux thermique suivra toujours le chemin le plus facile de l’intérieur vers l’extérieur. Si la coupure thermique n’est pas présente, alors cela signifie que le flux thermique suit le chemin vers l’extérieur qui passe par l’interruption des couches isolantes, ce que l’on appelle le chemin de moindre résistance. Le chemin de moindre résistance ne passe donc jamais à travers une couche isolante.

Exemple : poutre extérieure.

Exemple : fondation.

Le chemin de moindre résistance est strictement défini comme le plus court trajet entre l’environnement intérieur, et l’environnement extérieur ou un espace adjacent non chauffé, et qui ne coupe nulle part une couche d’isolante ou un élément isolant d’une, ont la résistance thermique est plus grande, supérieure ou égale à la plus petite des deux résistances R1 et R2 (= les résistances thermiques des couches isolantes des parois). Cela signifie qu’on doit dessiner, sur le plan de coupe du nœud constructif, la ligne la plus courte, de l’intérieur vers l’extérieur ou vers un EANC qui ne coupe nulle part une couche isolante. Si la longueur totale de cette ligne est inférieure à 1 mètre, alors il est alors recommandé d’ajouter de l’isolant, à condition que cet isolant présente une résistance thermique plus grande, supérieure ou égale à la plus petite des valeurs de R1 et R2. Le chemin de moindre résistance doit contourner les « obstacles », ce qui l’allonge automatiquement et permet de satisfaire l’exigence pour le nœud constructif.

Exemple : poutre extérieure.

Exemple : fondation.

Dans le cadre de la réglementation PEB, on considère le nœud constructif comme suffisamment performant du point de vue thermique lorsque le chemin de moindre résistance est suffisamment long, à savoir, plus grand ou égal à 1 mètre. Lorsque c’est le cas, le flux thermique doit franchir une distance suffisamment grande et la déperdition thermique peut rester limitée.

Posted By : Sylvie 4 Mar, 2011

Interposition d’éléments isolants

Dans certains cas, les couches isolantes ne peuvent pas se raccorder directement l’une à l’autre. Il existe alors la possibilité d’intercaler des éléments isolants. Ces éléments isolants assument localement la fonction d’isolation thermique des couches isolantes, de manière à maintenir ainsi la coupure thermique, comme par exemple au raccord d’un toit plat avec un mur extérieur ou à un appui de fondation.

Élément isolant en verre cellulaire entre la couche
isolante de la façade et celle du plancher inférieur.

La réglementation PEB indique que pour que le nœud constructif soit conforme, tous les éléments isolants doivent répondre simultanément aux trois exigences suivantes :

La conductivité thermique λ de la couche isolante de l’élément isolant ne peut pas dépasser 0.2 W/m.k.
La résistance thermique de l’élément isolant doit être plus grande que la moitié de la résistance thermique de la couche isolante des parois la moins thermiquement résistante ou être supérieure à 2 m²K/W.Cas particulier des châssis et portes
Lorsqu’un châssis de fenêtre ou de porte joint l’élément isolant, il n’est pas tenu compte de la résistance thermique de la fenêtre, mais uniquement de la résistance thermique de la couche isolante de la paroi opaque. La résistance thermique de l’élément isolant doit être plus grande que la moitié de la résistance thermique de la couche isolante de cette paroi ou être supérieure à 1.5 m²K/W.
L’épaisseur de contact entre l’élément isolant et la couche isolante de la paroi jointe doit être au moins égale à la moitié de l’épaisseur de la couche isolante de la paroi jointe ou de l’épaisseur de l’élément isolant.
Si un élément isolant est accolé à un autre élément isolant, l’épaisseur de contact doit être au moins égale à la moitié de l’épaisseur de l’élément isolant le moins épais.
Ces épaisseurs doivent être mesurées perpendiculairement aux couches isolantes.

L’épaisseur de contact minimale doit être respectée pour tous les raccords.

Cas particulier des châssis et portes

Châssis de fenêtre ou de porte sans coupure thermique
L’épaisseur de contact doit être au moins égale à la moitié de l’épaisseur de l’élément isolant ou de l’épaisseur du dormant du châssis mesurée perpendiculairement au plan du vitrage.

Exemple : coupe en plan du piédroit SANS coupure thermique.

Châssis avec coupure thermique
L’élément isolant doit nécessairement être en contact direct avec la coupure thermique, et ce, sur toute l’épaisseur de la coupure thermique.

Exemple : coupe en plan du piédroit AVEC coupure thermique.

Posted By : Sylvie 4 Mar, 2011

Continuité de l’isolant

Pour qu’un nœud constructif soit considéré comme thermiquement performant, il suffit que la coupure thermique soit garantie. Cela signifie que les couches isolantes de 2 parois jointives de la surface de déperdition doivent s’accoler de manière toujours continue. Cela signifie au moins qu’on peut parcourir à l’aide d’un crayon les couches isolantes et les parties isolantes intercalées sans devoir relever ce crayon.

Continuité de l’isolant au raccord de deux façades.

La continuité des couches isolantes n’est garantie que si elles sont jointes directement l’une à l’autre avec une épaisseur de contact minimale.

Du point de vue thermique, la meilleure solution pour ces nœuds constructifs est de joindre au maximum les couches isolantes l’une à l’autre, ce qui signifie que l’épaisseur de contact entre les deux couches isolantes (d contact) doit être égale à l’épaisseur de la couche. Du point de vue pratique cette situation n’est pas toujours faisable. C’est pourquoi, la réglementation PEB prévoit la possibilité de s’écarter jusqu’à une certaine limite de cette situation thermiquement idéale.

L’épaisseur de contact doit être au moins égale à la moitié de l’épaisseur de la couche isolante la moins épaisse des parois qui se joignent. Ces épaisseurs doivent être mesurées perpendiculairement aux couches isolantes.

Exemple : coupe en plan à l’angle de deux façades.

Cas particulier des châssis et portes

Châssis de fenêtre ou de porte sans coupure thermique

L’épaisseur de contact doit être au moins égale à la moitié de l’épaisseur de la couche isolante de la paroi ou de l’épaisseur du dormant du châssis mesurée perpendiculairement au plan du vitrage.

Exemple : coupe en plan du piédroit d’une fenêtre SANS coupure thermique.

Châssis avec coupure thermique

La couche isolante de la paroi doit nécessairement être en contact direct avec la coupure thermique, et ce, sur toute l’épaisseur de la coupure thermique.

Exemple : coupe en plan du piédroit d’une fenêtre AVEC coupure thermique.

Définition de la couche isolante dans le cadre de la prise en compte des nœuds constructifs

La couche isolante d’une paroi de la surface de déperdition est par définition la couche de matériau avec la plus grande résistance thermique.

La couche isolante peut également être constituée de plusieurs couches de matériaux, homogènes ou non (les membranes doivent être négligées). À condition que :

les couches accolées de matériaux se succèdent ET
il n’y ait aucune couche d’air intercalée ET
chacune des couches de matériaux ait une valeur λ inférieure ou égale à 0.2 W/mK.

Dans ce cas, les couches isolantes doivent être considérées comme une couche isolante assemblée, avec une épaisseur d égale à la somme des épaisseurs de chacune des couches d_i et la résistance thermique R égale à la somme des résistances thermiques de chacune des couches R_i

Pour l’application de la réglementation PEB relative aux nœuds constructifs, s’il y a plusieurs couches isolantes non accolées, une seule des couches isolantes est prise en considération. C’est celle qui a la plus grande résistance thermique qui sera considérée comme la couche isolante de la paroi.

Posted By : Sylvie 3 Mar, 2011

Nœud constructif ponctuel

On est en présence d’un nœud constructif ponctuel lorsque la couche isolante d’une paroi est interrompue ou réduite ponctuellement.

Exemples

Colonnes qui traversent la couche isolante d’un plancher au-dessus de l’extérieur, d’un parking, d’une cave… ;

Colonne dans un parking non chauffé.

Poutres perpendiculaires à une paroi qui en interrompent la couche isolante ;

Console supportant une coursive.

Points de fixation de capteurs solaires, mâts… qui traversent la couche isolante ;

Ancrages ponctuels de supports de maçonneries (par exemple supports ponctuels de cornières utilisées localement pour soutenir des maçonneries) ;

Exceptions

Ne sont pas considérés comme des nœuds constructifs ponctuels :

Les percements de paroi par des passages de canalisations (gaines de ventilation, conduits de fumée, évacuations d’eau pluviale et autres passages de conduite) ;

Les intersections de deux ou trois nœuds constructifs linéaires ;

L’interruption ponctuelle de la couche isolante d’une paroi en contact direct avec le sol.

Posted By : Sylvie 3 Mar, 2011

Nœud constructif linéaire

Un nœud constructif linéaire peut se présenter aux deux endroits suivants :

Là où deux parois de l’enveloppe du volume protégé se rejoignent ;
Là où, dans une même paroi de la surface de déperdition, la couche isolante est interrompue ou réduite linéairement.

Rencontre de deux parois

Ce type de nœud constructif linéaire peut être repéré sur un plan ou une coupe d’un bâtiment.

Là où deux parois de la surface de déperdition se rejoignent, qu’elles soient dans le même plan ou non, il s’agit toujours d’un nœud constructif, même si la coupure thermique est assurée dans le détail pour éviter la création d’un pont thermique.

Là ou deux parois seront considérées comme différentes dès :

qu’elles ne sont pas dans le même plan ;

Façade – angle extérieur.

Façade – angle intérieur.

Raccord façade – toiture.

Raccord façade – plancher inférieur.

que leurs compositions varient (matériaux différents par leur nombre, leurs natures et/ou leurs épaisseurs) ;

Composants variant par leurs nombres, ordres, natures, épaisseurs.

que leur environnement extérieur varie.

Environnements extérieurs différents.

Interruption linéaire de la couche isolante

Là où une couche isolante d’une paroi est entièrement ou partiellement interrompue linéairement par un matériau avec une conductivité thermique plus élevée, on parle d’un nœud constructif linéaire.

Élément de structure.

Descente d’eau.

Balcon (coupe).

Appui de mur intérieur (coupe).

Ce type de nœud constructif linéaire se présente uniquement dans un même plan, à savoir le plan de la paroi elle-même. La couche isolante ne peut, et c’est important, être interrompue que sur une distance maximale de 0.4 m. Cela signifie qu’en coupe, la plus courte distance entre les deux extrémités de l’interruption de la couche isolante complète ne peut être plus grande que 0.4 m.

L’interruption de l’isolant ne
peut pas dépasser 40 cm.

Si cette distance est plus grande que 0.4 m, alors l’interruption doit être considérée comme une paroi à part entière avec son propre coefficient de transmission thermique U et une superficie déterminée à partir des dimensions extérieures. De plus, il faut remarquer que dans ce cas, deux nœuds constructifs linéaires apparaissent le long des deux côtés de la nouvelle paroi, étant donné qu’à ces endroits, deux parois de la superficie de déperdition se joignent.

Exceptions

Ne sont pas considérés comme des nœuds constructifs linéaires :

L’interruption linéaire de la couche isolante d’une paroi en contact direct avec le sol.

Ceci N’est PAS un nœud constructif !

Les endroits où la couche isolante est entièrement conservée (pas d’interruption, pas d’amincissement/élargissement, pas de décalages, pas de changement de direction de la couche isolante) même si les autres couches de matériaux varient.

(Vue en plan).

(Vue en coupe).

Posted By : Sylvie 3 Mar, 2011

Définition d’un noeud constructif

Définition

Le terme « nœuds constructifs » désigne les endroits où les parois de l’enveloppe du volume protégé se rejoignent (jonction) et les endroits où la couche isolante est interrompue localement linéairement ou ponctuellement (acrotères, fondations, raccords aux fenêtres, …)

On distinguera deux types de nœuds constructifs :

Les nœuds constructifs linéaire ;
Les nœuds constructifs ponctuels.

Ils ne sont pas à confondre avec les « interruptions linéaires et ponctuelles propres à une paroi » qui ne sont pas considérées comme des nœuds constructifs.

Ces interruptions sont réparties de manière régulière dans les différentes parois de l’enveloppe du volume protégé et sont directement prise en compte dans le coefficient de transmission thermique U de la paroi (montants et traverses en bois dans une paroi à ossature, crochets d’un mur creux, intercalaire d’un double vitrage, …)

Paroi à ossature.

Crochets de maçonnerie.

Intercalaire des vitrages.

Caractéristiques thermiques

Lorsqu’on considère une paroi extérieure avec une structure homogène et un coefficient de transmission thermique U bien déterminé et homogène, les isothermes (= lignes d’égale température) seront toujours parallèles au plan de la façade et les lignes de flux de chaleur perpendiculaires à celui-ci.

Une paroi extérieure avec une structure homogène présente des isothermes parallèles au plan de façade (au milieu) et des lignes de flux perpendiculaires au plan de façade (à droite).

Aux nœuds constructifs induits par une géométrie variante et/ou par la présence d’éléments constructifs de transmission thermique différente, les isothermes et les lignes de flux diffèrent de ce modèle unidimensionnel et la méthode de calcul sur base des valeurs U n’est plus correcte.

À certains endroits de l’enveloppe les isothermes et les lignes de flux diffèrent du modèle unidimensionnel.

Un calcul numérique bi- ou tridimensionnel validé est nécessaire pour pouvoir déterminer avec précision le flux thermique par transmission à l’endroit des nœuds constructifs. À partir de là, on peut déduire le coefficient de transmission thermique linéaire ou ponctuel des nœuds constructifs, qui corrige le flux thermique par transmission calculé de manière unidimensionnelle.

Posted By : Sylvie 3 Mar, 2011

Isolation à l’intérieur de l’ossature d’un plancher inférieur

Principe technique

On profite de l’espace disponible entre les éléments de l’ossature pour poser un maximum d’isolant.

L’isolant peut être placé en matelas fabriqués en usine. Ceux-ci sont découpés à la forme des cavités présentes dans la paroi. La fermeture d’une des faces de ces cavités par des panneaux ou des membranes se fait avant la pose de l’isolant.
La pose de l’isolant peut également se faire par dépose de flocons ou de billes en vrac dans les cavités. Ce travail doit être confié à un entrepreneur spécialisé, car, pour que la pose soit correcte, il nécessite une bonne expérience et un outillage adapté. On évite ainsi que l’isolant soit insuffisamment ou trop tassé, voir mal réparti. La face inférieure du plancher est posée avant placement de l’isolant. La face supérieure est généralement posée lorsque l’isolant est en place.

Les isolants généralement utilisés seront suffisamment souples et élastiques pour assurer un calfeutrement parfait contre les éléments de structures. Ainsi des fibres organiques ou minérales conviennent parfaitement. On sera cependant très attentif à prévoir du côté intérieur (côté chaud de l’isolant) un freine-vapeur ou pare-vapeur adapté à l’hygroscopicité de l’isolant à la perméabilité à la vapeur de la finition extérieure et aux caractéristiques du climat intérieur. Cette protection indispensable fera également office de barrière d’étanchéité à l’air, point faible des parois à ossature.

Schémas de principe

Revêtement de sol
Freine-vapeur, étanchéité à l’air
Structure du plancher
Isolant
Finition
Vide

Précautions

Les isolants utilisés devront avoir une bonne stabilité dans le temps (tassement, humidité, vermine, …)

Posted By : Sylvie 3 Mar, 2011

Isolation au-dessus du plancher support, sous l’aire de foulée

Principe technique

L’isolant est posé sur le support du plancher (béton armé, hourdis, …). Sur l’isolant est posée l’aire de foulée (chape + finition, panneaux, …). La chape peut être chauffante. C’est configuration peut s’appliquer tant pour les planchers sur sol que pour les planchers sur vide.

Schémas de principe

Revêtement de sol.
Chape.
Couche de séparation.
Isolant.
Plancher portant.
Sol ou vide

Précautions

L’isolant doit résister à la compression. Il n’est pas soumis à l’humidité.
Les canalisations hydrauliques (chauffage, ECS) dans le sol doivent se trouver au-dessus de l’isolant pour des raisons d’économie d’énergie.
Les nœuds constructifs aux appuis des maçonneries en élévation doivent être conçus afin d’éviter au maximum les ponts thermiques.
Les mouvements libres en périphérie (tassement et dilatation).
La chape qui recouvre l’isolant doit être suffisamment résistante (flexion et poinçonnement).
L’impact de la diminution de l’inertie thermique devrait être évalué (réduction de la capacité d’absorption et de déphasage par rapport à une dalle non isolée : avantageux dans le cas du chauffage par le sol mais désavantageux pour la gestion de la surchauffe.)

Posted By : Sylvie 3 Mar, 2011

Isolation sous le plancher sur vide

Principe technique

La pose de l’isolant sur la face extérieure des parois délimitant volume protégé amène de nombreux avantages : continuité de l’isolant, maintien de la paroi à une température constante intérieure, moins de risque de condensation interne, meilleure inertie thermique, etc. C’est également le cas pour les planchers situés au-dessus du vide.

Schémas de principe

Revêtement de sol
Chape
Plancher portant
Isolant
Finition (éventuelle)
Vide

Précautions

Tous les isolants conviennent.
Prévoir ou non une finition extérieure ventilée.
Nœuds constructifs aux appuis sur les fondations.

Posted By : Sylvie 3 Mar, 2011

Isolation sous le plancher sur sol

Principe technique

La pose de l’isolant sur la face extérieure des parois délimitant le volume protégé amène de nombreux avantages : continuité de l’isolant, maintien de la paroi à une température constante intérieure, moins de risque de condensation interne, meilleure inertie thermique, etc. C’est également le cas pour les planchers contre terre.

Schémas de principe

Revêtement de sol
Chape
Plancher portant
Couche de séparation
Isolant
Terre

Schémas de principe avec support, étanchéité éventuelle, isolation, protection éventuelle, drainage éventuel (prévoir des variantes : avec ou sans nappe phréatique ; radiers <-> semelles et dalles ; etc.)

Précautions

Les isolants utilisés devront avoir certaines caractéristiques

Ils devront être étanches à l’eau pour conserver leurs performances thermiques,
Ils devront résister à l’écrasement.

Posted By : Sylvie 3 Mar, 2011

Isolation enterrée

Principe technique

La pose de l’isolant sur la face extérieure des parois appartenant à l’enveloppe du volume protégé amène de nombreux avantages : continuité de l’isolant ; maintien de la paroi à une température constante intérieure ; moins de risque de condensation interne ; meilleure inertie thermique ; etc. C’est également le cas pour les murs contre terre.

	Mur enterré Étanchéité Isolant thermique Filtre Drain Fondation du drain Raccord entre le mur enterré et le bas de la façade
	Mur du local enterré Isolant thermique Matelas drainant Bavette en attente pour la finition supérieure
	Membrane d’étanchéité éventuelle Isolant thermique Filtre Drain
	Isolant thermique Drain (sable) Exemple de raccord d’étanchéité dans le haut du mur enterré

Schémas de principe avec support, étanchéité éventuelle, isolation, protection éventuelle, drainage éventuel (prévoir des variantes : avec ou sans nappe phréatique.

Précautions

Les isolants utilisés devront avoir certaines caractéristiques

Ils devront être étanches à l’eau pour conserver leurs performances thermiques ;
Ils devront résister à l’écrasement.

Posted By : Sylvie 3 Mar, 2011

Isolation à l’intérieur de l’ossature en bois d’un mur

Principe technique

On profite de l’espace disponible entre les éléments de l’ossature pour poser un maximum d’isolant.

Structure bois
Pare-pluie
Cavité
Isolant
Freine vapeur

Ossature bois avant la pose de l’isolation.

1. L’isolant peut être placé en panneaux fabriqués en usine découpés à la forme des cavités présentes dans la paroi. La fermeture d’une des faces de ces cavités par des panneaux ou des membranes se fait après la pose de l’isolant.

Isolation à l’aide de matelas souples.

2. La pose de l’isolant peut également se faire par insufflation de flocons dans les cavités qui, dans ce cas, sont complètement fermées avant insufflation. Ce travail doit être confié à un entrepreneur spécialisé, car, pour que la pose soit correcte, il nécessite une bonne expérience et un outillage adapté. On évite ainsi que l’isolant soit insuffisamment ou trop tassé, ou bien que des vides sans isolant subsistent.

Insufflation, pare-vapeur en feuille transparente.

Avant insufflation, pare-vapeur réalisé à l’aide de panneaux.

Les isolants généralement utilisés seront suffisamment souples et élastiques pour assurer un calfeutrement parfait contre les éléments de structures. Ainsi, des fibres organiques ou minérales conviennent parfaitement. On sera cependant très attentif à prévoir du côté intérieur un freine-vapeur ou pare-vapeur adapté à l’hygroscopicité de l’isolant à la perméabilité à la vapeur de la finition extérieure et aux caractéristiques du climat intérieur. Cette protection indispensable fera également office de barrière d’étanchéité à l’air, point faible des parois à ossature.

Schémas de principe avec ossature bois, isolant, finitions intérieure et extérieure, pare-vapeur, espace technique, …

Précautions

Les isolants utilisés devront avoir une bonne stabilité dans le temps (tassement, humidité, vermine, …).

Posted By : Sylvie 3 Mar, 2011

Mur enterré

Définition

Lorsqu’un bâtiment est partiellement enterré, des parois séparent les locaux du terrain extérieur. Les qualités des faces intérieures de ces parois doivent être équivalentes à celles des autres murs. Le contact avec le sol et les contraintes liées implique des principes constructifs différents de ceux des murs en élévation.

En général, les murs enterrés seront en maçonnerie pleine ou en béton armé. Ils peuvent être isolés par l’intérieur ou par l’extérieur. Ils devront de plus être rendus étanches aux infiltrations par des systèmes d’étanchéité et/ou de drainage.

Fonctions

Résistance mécanique

Le mur enterré supporte le poids de la construction. Il doit aussi résister à des contraintes obliques ou horizontales dues à la poussée du sol ou à la pression hydrostatique de l’eau qu’il contient lorsqu’il est situé plus bas que le niveau de la nappe phréatique.

Origines des contraintes mécaniques

Poids du bâtiment
Poussée des terres
Pression hydrostatique (si nappe phréatique)
Appui

Les murs enterrés sont donc généralement réalisés en maçonneries pleines (blocs de béton, de terre cuite ou briques). Ces maçonneries seront dans certains cas armées horizontalement dans les joints ou verticalement à travers les blocs creux pour résister aux contraintes horizontales. Ils peuvent aussi être renforcés par un galandage de poutres et de colonnes en béton.
Le poids du bâtiment situé au-dessus du mur enterré renforce sa résistance aux poussées latérales.

Les parois enterrées peuvent aussi être réalisées à l’aide de voiles en béton armé dont les armatures sont calculées pour qu’elles résistent aux contraintes auxquelles elles sont soumises.

Le poids du bâtiment situé au-dessus du mur enterré renforce sa résistance aux poussées latérales.

Résistance à l’humidité et infiltration d’eau

Types d’infiltrations :

Remontée capillaire
Eau de ruissellement
Eau de la nappe phréatique

Lorsqu’il abrite des locaux habitables, il est primordial que la face intérieure du mur enterré reste sèche (moins important lorsqu’il s’agit de caves ou de garages). Des mesures d’étanchéité doivent donc être prises.

Lorsque le mur est situé plus bas que le niveau de la nappe phréatique une étanchéité continue à l’aide d’une membrane d’étanchéité ou d’un cuvelage est mise en œuvre. Cette étanchéité est idéalement posée sur la face extérieure du mur de manière le maintenir sec. Elle doit résister aux racines.

Un cuvelage peut éventuellement être réalisé sur la face intérieure du mur. Dans ce cas, il faut être certains que les matériaux qui constituent le mur peuvent être noyés en permanence. Le cuvelage intérieur permet de rendre étanche a posteriori un local enterré sans devoir enlever les terres extérieures et un raccordement continu avec une étanchéité posée sur le plancher de sol (cuvelage complet). Attention, l’eau présente dans le mur aura tendance à monter par capillarité vers les éléments situés plus haut. Des barrières contre cette humidité capillaire doivent être réalisées.

Lorsque le mur est situé au-dessus du niveau de la nappe phréatique, une étanchéité extérieure (membrane ou cimentage hydrofuge) est également nécessaire, mais les contraintes hydrostatiques subies sont moins importantes. Un drainage du sol situé contre le mur est réalisé soit à l’aide d’une couche de granulats drainants (sable, gravier, …) protégée du colmatage par un filtre en géotextile, soit à l’aide d’une nappe drainante (feuille synthétique embossée, nappe filamentaire plissée, isolant rainuré, …) qui peut également être protégée par un filtre. Ces nappes protègent aussi mécaniquement les couches d’étanchéité.

A la base du drain vertical, un drain horizontal (tuyau muni de percements) évacue les eaux de ruissellement et de percolation vers le réseau d’égouttage.

Mur de cave
Couche hydrofuge
Couche drainante verticale
Filtre géotextile
Fondation du drain horizontal
Drain horizontal
Solin de protection

Résistance thermique

La présence du sol constitue déjà une forme d’isolation thermique du mur enterré. La chaleur doit en effet parcourir un chemin plus long dans le sol pour parvenir à l’extérieur.

Cela n’est cependant pas suffisant pour que le bâtiment soit thermiquement performant (la réglementation PEB exige une résistance thermique minimale de ce mur).
La mise en œuvre d’une couche isolante est donc nécessaire. Elle peut être placée du côté intérieur ou du côté extérieur du mur (contre le sol).

La pose de l’isolant sur la face extérieure nécessite l’emploi d’un matériau résistant à l’humidité et à la compression. Il peut être combiné avec le système de drainage et de protection de la membrane d’étanchéité.

Inertie thermique

Lorsque les caves n’étaient pas isolées, du fait de la présence du sol derrière les murs massifs, la température dans ces locaux était particulièrement stable, ce qui apportait un confort tant en été qu’en hiver.

Le fait d’isoler les murs enterrés entraîne une perte de l’inertie thermique et rend par là le local plus sujet aux variations rapides de température.

Posted By : Sylvie 2 Mar, 2011

Concevoir des noeuds constructifs performants

L’isolation thermique importante des parois du bâtiment accentue l’impact relatif des déperditions par les nœuds constructifs s’ils ne sont pas correctement étudiés et réalisés. Il est donc important de réaliser des nœuds constructifs thermiquement acceptables (PEB-conformes) en assurant la continuité de la couche isolante.

Cette continuité sera obtenue par :

1. soit, la jonction directe des couches isolantes des parois qui se rejoignent (PEB – règle de base 1) ;

2. soit, l’interposition d’éléments isolants là où cette jonction directe n’est pas possible (PEB – règle de base 2) ;

3. soit, la prolongation du chemin de moindre résistance thermique lorsqu’aucune des solutions précédentes n’est applicable (PEB – règle de base 3).

On restera attentif à ce que :

la parfaite stabilité de l’édifice reste assurée ;
l’étanchéité à l’air et à l’eau soit conservée ;
les risques de condensation internes soient maîtrisés.

Quelques exemples

Murs creux


Angle sortant. Continuité de l’isolant.	Appui de fondation. Élément intermédiaire.	Balcon. Chemin de moindre résistance thermique.

Isolation par l’extérieur


Angle sortant. Continuité de l’isolant.	Appui de fondation. Élément intermédiaire.	Balcon. Chemin de moindre résistance thermique.

Isolation par l’intérieur


Angle sortant. Continuité de l’isolant.	Mur de refend. Élément intermédiaire.	Plancher intérieur. Chemin de moindre résistance thermique.

Posted By : Sylvie 2 Mar, 2011

Choisir le type de plancher inférieur

Pour isoler le plancher inférieur du volume protégé, plusieurs méthodes d’isolation thermique sont possibles. Le choix dépendra principalement du système constructif choisi ainsi que de la facilité, selon les cas, à créer des nœuds constructifs exempts de ponts thermiques.

Plancher sur sol

(Remarque : la pose du plancher sur le sol augmente ses performances thermiques, car le sol de par ses dimensions allonge le chemin que doit parcourir la chaleur pour atteindre l’air extérieur).

Si le plancher est posé sur le sol, en général, il est en béton armé coulé in situ.

Isolant sous la dalle en béton

La pose de l’isolant sous la dalle permet facilement une continuité de la couche isolante et donc diminue l’impact des ponts thermiques surtout en périphérie.
Ce choix accroît la masse thermique du bâtiment, ce qui augmente les possibilités d’accumulation de chaleur due aux apports solaires et diminue les risques de surchauffe en été.
Tous les matériaux isolants ne conviennent à une pose directe dans le sol. Ils doivent être étanches à l’eau, imputrescibles et avoir une résistance suffisante à la compression.

Illustration de l'isolant sous la dalle en béton.

Revêtement de sol.
Chape.
Plancher portant.
Couche de séparation.
Isolant.
Terre.

Isolant au-dessus de la dalle en béton

La pose de l’isolant entre la dalle en béton et la chape peut se faire en fin de travaux.
La chape doit être suffisamment armée pour éviter les fissures dues aux contraintes mécaniques. L’inertie thermique est moindre que lorsque l’isolant est posé sous la dalle. Dans le cas d’un système de chauffage par le sol, l’inertie de la chape déterminera la réactivité du corps de chauffe. La position et l’épaisseur de l’isolant ainsi que la masse de la chape devront être prises en compte dans le calcul du chauffage.

Illustration de Isolant au-dessus de la dalle en béton.

Revêtement de sol.
Chape.
Couche de séparation.
Isolant.
Plancher portant.
Sol.

Plancher sur vide sanitaire, sur cave, sur espace adjacent non chauffé (EANC) ou sur l’environnement extérieur

(Remarque : la présence d’un espace fermé sous le plancher diminue le flux de chaleur à travers celui-ci à cause de la température moins froide du côté extérieur de la paroi. Cette température dépendra de l’étanchéité à l’air de l’espace concerné et des performances thermiques des parois qui le séparent de l’air extérieur.)

Plancher lourd

Le plancher lourd est en général, soit en béton armé coulé sur place, soit en hourdis de béton ou de terre cuite.

Isolant sous la dalle

La pose de l’isolant sous la dalle protège celle-ci des variations thermiques importantes et des dilatations qui peuvent en résulter.
Ce choix accroît la masse thermique du bâtiment, ce qui augmente les possibilités d’accumulation de chaleur due aux apports solaires et diminue les risques de surchauffe en été.
La face inférieure de l’isolant peut être parachevée (plaques de plâtre, lambris, …)
Les risques de condensation interstitielle sont éliminés si la finition inférieure éventuelle est perméable à la vapeur d’eau.

Illustration de l'isolant sous la dalle.

Revêtement de sol.
Chape.
Plancher portant.
Isolant.
Finition éventuelle.
Vide.

Isolant au-dessus de la dalle

L’isolant est posé entre la dalle et la finition circulable (lourde ou légère).
L’inertie thermique est moindre que lorsque l’isolant est posé sous la dalle.
Dans le cas d’un système de chauffage par le sol, l’inertie de la chape déterminera la réactivité du corps de chauffe. La position et l’épaisseur de l’isolant ainsi que la masse de la chape devront être prises en compte dans le calcul du chauffage.
Les risques de condensation interstitielle sont importants si la finition intérieure et l’isolant sont très perméables à la vapeur d’eau.

Illustration de l'isolant au-dessus de la dalle.

Revêtement de sol.
Chape.
Couche de séparation.
Isolant
Plancher portant.
Vide.

Plancher léger

Isolant sous le plancher léger

La pose de l’isolant sous le plancher protège celle-ci des variations thermiques importantes.
L’espace vide laissé entre les éléments de structure du plancher permet la pose de canalisations du côté chaud de la couche isolante.
Un freine vapeur assurant principalement l’étanchéité à l’air du plancher sera posé du côté chaud de l’isolant.
La face inférieure de l’isolant peut être parachevée (plaques de plâtre, lambris, …)
Les risques de condensation interstitielle sont éliminés si la finition inférieure éventuelle est perméable à la vapeur d’eau.

Illustration de l'isolant sous le plancher léger.

Revêtement de sol.
Plancher portant.
Isolant.
Finition éventuelle.
Vide.

Isolant au-dessus du plancher léger

L’isolant résistant à la compression est placé sur le plancher. Une plaque de circulation est placée sur l’isolant.
L’isolant ne doit pas être découpé et la pose est facile.
L’encombrement au-dessus du plancher est plus important.
Un freine vapeur assurant principalement l’étanchéité à l’air du plancher sera posé au-dessus de l’isolant.
La structure du plancher peut rester visible par-dessous ou la face inférieure de celle-ci peut être parachevée (plaques de plâtre, lambris, …)
Les risques de condensation interstitielle sont éliminés si la finition inférieure éventuelle est perméable à la vapeur d’eau.

Illustration de l'isolant au-dessus du plancher léger.

Revêtement de sol.
Pare vapeur éventuel.
Isolant.
Plancher portant.
Vide.

Isolant à l’intérieur de la structure du plancher léger

L’isolant peut être posé en panneaux ou en vrac. Les panneaux doivent être ajustés par découpe.
Les éléments de la structure interrompent la couche isolante, ce qui provoque des ponts thermiques (plus ou moins importants selon les types de matériaux mis en présence) et diminue les performances thermiques de la couche isolante.
Un freine vapeur assurant principalement l’étanchéité à l’air du plancher sera posé au-dessus de l’isolant.
La face inférieure de la structure doit être parachevée (plaques de plâtre, lambris, …) Les risques de condensation interstitielle sont éliminés si la finition inférieure éventuelle est perméable à la vapeur d’eau.

Illustration de l'isolant à l’intérieur de la structure du plancher léger

Revêtement de sol.
Freine vapeur, étanchéité à l’air.
Structure du plancher.
Isolant.
Finition
Vide.

Posted By : Sylvie 2 Mar, 2011

Délimiter le volume protégé [concevoir]

Définition

Dans le cadre de la réglementation sur la Performance Energétique des Bâtiments (PEB) le volume protégé est défini.

« Volume de tous les espaces d’un bâtiment qui est protégé du point de vue thermique, de l’environnement extérieur (air ou eau), du sol et de tous les espaces contigus qui ne font pas partie du volume protégé (chapitre 2 de l’Annexe A1 de l’AGW du15 mai 2014 : définitions).

Le volume protégé doit comprendre au moins tous les espaces chauffés (et/ou refroidis) (en continu ou par intermittence) qui font partie du bâtiment considéré … Les espaces du bâtiment considéré, qui ne sont pas repris dans le volume protégé, sont donc non chauffé par définition (article 5.2 de l’Annexe A1 de l’AGW du15 mai 2015 : subdivision du bâtiment) ».

La détermination du volume protégé permet de déduire quelles sont les parois qui déterminent son enveloppe et qui doivent donc être performantes du point de vue thermique (pour ne pas laisser passer la chaleur).

Les caractéristiques de l’environnement du côté froid sont aussi définies : Espace Adjacent Non Chauffé (EANC), cave, vide sanitaire, sol ou air extérieur. Cela permet de calculer avec précision les performances thermiques (U et R) de ces parois.

Délimitation du volume protégé des nouveaux bâtiments

Lorsque le bâtiment doit encore être construit, le maitre d’œuvre choisit les locaux qu’il souhaite intégrer dans le volume protégé.

Il veillera à donner au bâtiment la forme la plus compacte possible, à exclure du volume protégé tous les locaux qui ne nécessitent pas d’être chauffés et à coller ces derniers contre le volume protégé pour en augmenter la protection.

Les parois de l’enveloppe du volume protégé devront au moins répondre aux exigences réglementaires.

Il ne pourra pas chauffer les espaces qui n’appartiennent pas au volume protégé.

Posted By : Sylvie 2 Mar, 2011

Connaitre les principes et priorités de l’étanchéité à l’air

Améliorer l’étanchéité au niveau des parties courantes des parois

Au niveau des parties courantes des parois délimitant le volume protégé, toute fissure doit être colmatée.

Les matériaux poreux utilisés en construction (briques, blocs de béton, laines minérales, …), s’ils ne sont pas enduits, sont perméables à l’air.

De plus, il arrive que les joints des maçonneries ne soient pas correctement réalisés : les joints verticaux sont partiellement remplis mais ce défaut est camouflé par rejointoyage augmentant encore la perméabilité de l’ensemble de la maçonnerie.

À titre d’exemple, des mesures d’étanchéité sur des maisons en murs creux en blocs de béton non plafonnés ont donné des débits d’environ 0,5 m³/h.m².

Pour améliorer l’étanchéité à l’air de l’enveloppe, ces matériaux doivent être protégés d’une couche étanche à l’air : un enduit (cimentage ou plafonnage), des plaques de plâtres enrobées correctement rejointoyées. Une couche de peinture épaisse et filmogène peut aussi convenir.

Exemple.

Suite à une mesure de pressurisation sur un bâtiment en blocs non enduits et donc peu étanche, on a obtenu un n₅₀ = 10/heure. L’application d’une couche de peinture épaisse sur les blocs a réduit le n₅₀ à 1/heure.

Remarque : un pare-vapeur est plus ou moins étanche à la vapeur d’eau suivant sa nature, mais est également à l’air.

Améliorer l’étanchéité aux raccords des éléments de façade ou au niveau des percements

Les jonctions telles que les raccords entre les éléments de la construction (façade/toiture, façade/plancher au niveau de la plinthe, …) ou les percements (passage de conduite, baie vitrée, portes, caisson de volet, boîtiers électriques, …) sont toujours des points délicats. On doit vérifier la parfaite jonction du raccord entre les différents éléments de construction ou entre la paroi et le percement dès que ce dernier touche la ou les couche(s) de la façade qui assure l’étanchéité à l’air. Si cette jonction présente des espaces, il faut les colmater.

Améliorer l’étanchéité du raccord mur-châssis

Avec les châssis anciens, le joint entre le châssis et la maçonnerie était habituellement réalisé au moyen d’un mortier au ciment, souvent fendillé avec le temps et donc insuffisamment étanche.

On peut réfectionner ce joint. On procède en 4 étapes :

On dégage le joint existant (mortier ou mastic), y compris l’éventuel fond de joint.
On nettoie et on dégraisse les lèvres du joint.
On réalise un fond de joint (pour autant que l’espace vide soit suffisant), par exemple, en plaçant un préformé de bourrage à cellules fermées.
Dans le cas d’un mur plein, il est conseillé de créer une chambre de décompression entre le resserrage extérieur avec le gros œuvre et le resserrage intérieur.
L’injection de mousse de polyuréthane n’est pas conseillée car, de par son caractère expansif, peu provoquer des dégâts (arrachement, …).
On applique sur ce fond de joint un mastique élastique (thiokol ou mastic silicone) en veillant à assurer un bon contact entre les lèvres.

Améliorer l’étanchéité des châssis

Remarque : dans ce paragraphe, l’étanchéité à l’eau a été traitée en même temps que l’étanchéité à l’air ces deux-ci étant difficilement dissociables.

Une mauvaise étanchéité des châssis peut être due à :

Une classe de résistance à l’air et à l’eau du châssis insuffisante par rapport aux solicitations :

En effet, le STS définit des niveaux de performance d’étanchéité à l’eau (PE2, PE3, PE4, PEE ) et à l’air ( PA2, PA2B, PA3 ) des châssis à atteindre en fonction de la hauteur du châssis par rapport au sol.
S’il s’agit de châssis standards ces niveaux de performance sont signalés par l’agrément technique.

Hauteur par rapport au sol

Perméabilité à l’air

Étanchéité à l’eau

0 à 10 m

10 à 18 m

18 à 25 m

25 à 50 m

> 50 m

PA2B (1) (3)

PA2B (3)

PA3

PE2 (2)

PE3

PE4

PEE

(1) Si il n’y a pas d’exigence particulière du point de vue thermique et/ou acoustique, on se contentera d’un niveau PA2.
(2) Si le bâtiment a une exposition sévère (digue de mer), on prend un châssis de résistance PE3, et on le signale dans le cahier spécial des charges.
(3) Si on est en présence de locaux avec air conditionné, un niveau PA3 s’avèrera nécessaire.

Si les performances des menuiseries sont inadaptées à l’exposition et à la hauteur par rapport au sol, il n’est pas toujours possible d’y apporter les améliorations nécessaires (ajout d’une barrière d’étanchéité, modification du profil…).

Dans ce cas, seul un remplacement du châssis peut être envisagé.

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Pour en savoir plus sur le choix des châssis, cliquez ici !

Une mauvaise étanchéité entre dormant et ouvrant

Un mauvais fonctionnement de la double ou triple barrière d’étanchéité :

Remarque : des infiltrations d’eau et d’air sont inévitables malgré un bon dispositif d’étanchéité dans certains types d’ouvrants, au sein desquels l’interruption des joints d’étanchéité au droit des charnières est obligatoire.

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Pour connaître les risques d’infiltration en fonction du type d’ouvrant, cliquez ici !

Dans les anciens châssis, la forme des profilé ménageant une ou deux frappes constituait l’unique dispositif de joint entre dormant et ouvrant.
Dans ce cas et en cas de problème d’étanchéité, il est possible de réaliser un joint souple sur la frappe la plus intérieure de l’ouvrant, soit en mousse compressible, soit en mastic silicone épousant la forme des châssis.

Dans les châssis plus récents en bois, on peut ajouter également un tel type de joint sur la deuxième ou la troisième frappe.

Les fuites d’étanchéité peuvent être dues au vieillissement du préformé, dans ce cas, celui-ci doit être remplacé.

Remarque : lors de l’entretien des châssis en bois, le traitement du bois ne doit pas recouvrir le préformé, sinon ce dernier est rendu inefficace.

Il est indispensable de souder ou de recoller les joints d’étanchéité présentant une discontinuité dans les angles. En effet, la continuité du joint dans ces zones est particulièrement délicate : le joint peut facilement se défaire à cet endroit.

Dans tous les cas, il faut que le joint soit continu et reste dans un même plan sur tout le pourtour de l’ouvrant.

Un mauvais drainage

Le drainage de la chambre de décompression peut s’avérer insuffisant. Des conduits de drainages peuvent être rajoutés dans le dormant.
On veillera à réaliser des conduits d’inclinaison et de diamètres identiques à ceux existants. Normalement, les conduits seront situés près des angles et équidistants de +/- 50 cm.

Un mauvais réglage ou/et entretien des quincailleries.

Un bon réglage des quincailleries permet d’assurer un écrasement du préformé de -/+ 2 mm et garantit ainsi un bon fonctionnement de la barrière d’étanchéité.

Une déformation excessive du châssis lors de sa manipulation ou par la dilatation thermique.

Cette déformation engendre principalement un défaut d’étanchéité entre le dormant et l’ouvrant car ailleurs (c.-à-d.. entre la maçonnerie et le châssis et entre le châssis et la vitre), les joints sont extensibles.
On améliore la raideur du châssis en rapportant des profilés à la face intérieure ou extérieure.

Une mauvaise étanchéité entre le cadre et le vitrage

Dans les anciens châssis, un mastic durci et non élastique, posé généralement du côté extérieur, assurait la fixation du vitrage dans son cadre. Des petits clous assuraient la stabilité du vitrage en attendant la pose du mastic.

Les anciens mastics doivent être remplacés par des mastics souples après nettoyage et retraitement des châssis. On peut également d’abord rajouter des parecloses.

Pour les châssis récents en bois, on vérifie et éventuellement on remplace les joints, les parcloses, et l’emplacement des cales.

Pour les châssis PVC, aluminium ou polyuréthane, le joint autour des vitrages est généralement colmaté à l’aide d’un préformé d’étanchéité en néoprène, par exemple. Il doit être vérifié et remplacé s’il est abîmé.

Si on constate une insuffisance de drainage de la feuillure, on peut ajouter des conduits de drainage. L’opération est plus délicate que celle d’ajouter des conduits de drainage à la chambre de décompression car elle se fait dans l’ouvrant du châssis et toute erreur de disposition peut entraîner des infiltrations d’eau de rejet en aval de l’étanchéité à l’air du profilé.

Si le vitrage est remplacé, il faut prévoir un nouveau type de joint et vérifier la présence de drainage de la feuillure.

Une mauvaise étanchéité des assemblages

Les assemblages peuvent être rendus étanches par des injections de mastic fluide ou de colle.

Améliorer l’étanchéité au niveau des ouvertures

Les halls d’entrée sans sas

L’air conditionné en été et l’air chauffé en hiver s’échappent joyeusement… ! Le coût généré par cette fuite est variable en fonction de la durée d’ouverture.

À titre de repère, un trou permanent d’1 m² dans une enveloppe (vitre brisée, par exemple) génère un passage d’air à la vitesse moyenne de 1 m/s. Ce m³ qui s’échappe par seconde va entraîner une consommation hivernale de :

1 [m³/s] x 3 600 [s/h] x 5 800 [h/saison chauffe] x 0,34 [Wh/m³.K] x (15° – 6°) / 1 000 = 63 000 [kWh/an]

où :

- 15° est la température moyenne intérieure, tenant compte d’un abaissement nocturne et d’un apport équivalent de 3° par les apports « gratuits »,

- 6° est la température moyenne extérieure hivernale dans le centre de la Belgique,

- 0,34 Wh/m³xK est la capacité thermique de l’air.

Soit un équivalent de +/- 2 500 € par an et par m² d’ouverture permanente, si la chaleur est fournie par du combustible fuel à 0,375 €/litre.

Une solution consiste à créer un sas avec doubles portes ouvrantes automatiques, ou avec porte tournante, thermiquement plus efficace mais plus contraignante à l’usage.

Solution minimale : le ferme-porte automatique.

Posted By : Sylvie 2 Mar, 2011

Délimiter le volume protégé d’un bâtiment existant

Définition

Dans le cadre de la réglementation sur la Performance Energétique des Bâtiments (PEB) le volume protégé est défini.

« Volume de tous les espaces d’un bâtiment qui est protégé du point de vue thermique, de l’environnement extérieur (air ou eau), du sol et de tous les espaces contigus qui ne font pas partie du volume protégé (chapitre 2 de l’Annexe A1 de l’AGW du15 mai 2014 : définitions).

Le volume protégé doit comprendre au moins tous les espaces chauffés (et/ou refroidis) (en continu ou par intermittence) qui font partie du bâtiment considéré … Les espaces du bâtiment considéré, qui ne sont pas repris dans le volume protégé, sont donc non chauffé par définition (article 5.2 de l’Annexe A1 de l’AGW du 15 mai 2014 : subdivision du bâtiment) ».

Délimitation du volume protégé des bâtiments existants

Lorsque le bâtiment existe et que l’on souhaite l’améliorer, il est nécessaire de déterminer le volume protégé en se basant sur certaines caractéristiques du bâtiment. L’amélioration de ce dernier peut aussi nécessiter de modifier le volume protégé.

Indices montrant l’appartenance ou non d’un local au volume protégé :

Lorsqu’il y a au moins un corps de chauffe (poêle, radiateur, sol chauffant, …) dans un local, celui-ci appartient nécessairement au volume protégé ;

Lorsque le local abrite une activité qui nécessite un confort thermique (chauffage ou refroidissement) celui-ci appartient nécessairement au volume protégé ;

Lorsqu’il y a une intention d’isoler thermiquement le local de l’environnement extérieur par l’isolation d’au moins une des parois de ce local. Les indices d’isolation de la paroi sont la présence d’une couche isolante (λ < 0.08 W/mK) ou d’un double vitrage ;

Lorsque des locaux contigus sont ouverts l’un sur l’autre (baies sans porte ou fenêtre), soit ils appartiennent tous au volume protégé, soit aucun n’appartient au volume protégé ;

Lorsqu’un local est ouvert sur l’environnement extérieur (baies sans porte ou fenêtre) il n’appartient PAS au volume protégé ;

Lorsqu’une paroi isolée sépare deux locaux on peut supposer qu’on a voulu protéger l’un d’entre eux des déperditions thermiques. On peut donc en déduire que l’un appartient au volume protégé et l’autre pas ;

En l’absence des indices ci-dessus, on peut considérer qu’un local appartient au volume protégé lorsqu’il est majoritairement entouré par des espaces appartenant au volume protégé. C’est-à-dire que la surface des parois qui le sépare de ces espaces est plus grande que la surface de ses autres parois.

Si on veut améliorer les performances thermique d’un bâtiment, il peut être judicieux d’intégrer certains locaux au volume protégé (exemple : fermer un passage ouvert à tous vents sous un bâtiment) ou de les en exclure (exemple : suppression des radiateurs dans un local périphérique où la chaleur est inutile).

Le maître d’œuvre peut également isoler une paroi qui sépare deux locaux appartenant au volume protégé lorsque l’un d’entre eux n’est que rarement chauffé alors que l’autre l’est en permanence (exemple : conciergerie d’une salle de fête).

Posted By : Sylvie 2 Mar, 2011

Évaluer l’isolation thermique des planchers

Connaître les valeurs de référence

Une paroi est caractérisée par un coefficient de transmission thermique U. Plus ce coefficient est petit plus la paroi est isolante. La réglementation thermique wallonne impose, pour les parois neuves et assimilées délimitant le volume protégé, une valeur maximale du coefficient de transmission thermique.
Ces valeurs peuvent être vues comme un « garde-fou ». D’autres labels volontaires recommandent d’ailleurs des performances thermiques plus élevées.

Ces valeurs à respecter au minimum dans un nouveau bâtiment peuvent néanmoins servir de base pour évaluer la qualité d’un bâtiment existant.

Plancher accessible par le bas

On peut considérer que l’isolation d’un plancher existant accessible par le bas (l’isolation peut être posée sous celui-ci) est suffisante si R ≥ 1 W/m²K. En effet, en dessous de cette valeur, le temps de retour sur investissement devient assez important. Néanmoins, une rénovation complète ou partielle (finitions, revêtements,… ) sera toujours une bonne occasion de renforcer l’isolation.

Plancher sur sol

Si le plancher est posé sur le sol et que le rapport entre le périmètre exposé et sa surface (P/A) est inférieur à 0.30, l’amélioration de l’isolation n’est généralement pas nécessaire du fait que, la configuration même du plancher limite déjà les pertes thermiques.

Dans certains cas, l’amélioration de l’isolation d’une dalle posée sur sol peut être très coûteuse (démolition des sols existants) et un calcul de rentabilité spécifique au bâtiment est indispensable avant toute prise de décision. Le coût des travaux peut cependant être limité en n’isolant que la périphérie du plancher, soit horizontalement, soit verticalement.

Isolation périphérique horizontale et verticale.

Calculer le niveau d’isolation lorsque la nature et l’épaisseur des matériaux isolants sont connues

Calcul approximatif

L’isolant thermique est la couche du plancher qui influence le plus sa qualité thermique. Le calcul approximatif ci-dessous est suffisamment précis lorsqu’on s’approche de la gamme des valeurs admises.

R = e_i/ λ_i

Avec,

R : résistance thermique de la couche isolante,
λ_i = la conductivité thermique de l’isolant,
e_i = l’épaisseur de l’isolant.

Exemple.

4 cm de mousse de polystyrène extrudé dont λ vaut 0.038 W/mK (suivant Annexe D de l’AGW du 15 mai 2014), entraîne un R approximatif de :

0.04 m / 0.038 W/mK = 1,05 m²K/W

On obtient une valeur acceptable de R ≥ 1 m²K/W dont il est question ci-dessus, avec des épaisseurs :

de 4 cm de mousse de polystyrène extrudé (λ = 0.038 W/mK suivant Annexe D de l’AGW du 15 mai 2014)
de 5 (4.5) cm de mousse de polystyrène expansé (λ = 0.045 W/mK)
de 5 (4.5) cm de mousse de laine minérale (λ = 0.044 W/mK)
de 4 (3.5) cm de mousse de polyuréthane (λ = 0.029 W/mK)
de 6 (5.5) cm de verre cellulaire (λ = 0.050 W/mK)

Calcul plus précis

Si les matériaux constituant le plancher sont connus, il est possible de calculer exactement le coefficient de transmission thermique U ou la résistance thermique R exacte de celui-ci.

Il faudra cependant distinguer 5 cas.

Les planchers situés au-dessus de l’ambiance extérieure
Les planchers situés au-dessus d’un espace adjacent non chauffé (EANC)
Les planchers posés directement sur le sol
Les planchers situés au-dessus d’une cave
Les planchers situés au-dessus d’un vide sanitaire

Le U des planchers situés au-dessus de l’espace extérieur se calcule de manière classique :

Calculs

Pour calculer le coefficient de transmission thermique du plancher au-dessus de l’extérieur.

Pour les autres types de plancher, le U se calcule de la manière similaire. Un facteur de correction de température (≤1) est cependant appliqué à U_eq pour tenir compte de la protection complémentaire amenée par l’EANC , le sol, une cave ou un vide sanitaire. Ce facteur de correction peut toujours être considéré comme égal à 1, si on ne veut pas faire l’effort de le calculer. Ce choix peut être très pénalisant surtout dans les cas thermiquement bien protégé. Le calcul précis nécessite l’analyse thermique détaillée. Il peut se faire à l’aide du logiciel PEB fourni par la Région wallonne.

Repérer les indices d’une isolation thermique insuffisante

Dans l’idéal …

Idéalement, lorsque la nature, l’épaisseur et/ou l’état de la couche isolante ne sont pas connus, il convient d’effectuer un sondage à travers le plancher pour la déterminer.

À défaut, un indice pratique

Avant d’effectuer ce sondage, un indice peut indiquer un manque d’isolation efficace : la faible température de la paroi côté intérieur en période hivernale.
La condensation sur une paroi est signe d’absence ou de faiblesse de l’isolation.

Posted By : Sylvie 22 Fév, 2011

Mur à ossature

Les performances thermiques des murs dépendent principalement des qualités de la couche isolante. L’impact de son épaisseur est ainsi très important (plus l’épaisseur est grande meilleure est l’isolation). L’avantage des murs à ossature est de ménager dans la paroi des espaces suffisamment épais pour permettre la pose d’une couche épaisse d’isolant. Cette couche n’est malheureusement pas continue à cause des montants et traverses de la structure.

L’étanchéité à l’air de ce type de mur est plus difficile à obtenir que lorsque le mur est monolithe et enduit (murs en maçonnerie ou en béton). La pose d’un freine vapeur assurera l’étanchéité à l’air d’une telle paroi. Une attention particulière devra aussi être apportée à la réalisation des raccords.

Ossature bois

Finition intérieure
Structure de l’espace technique
Espace technique
Isolant (éventuel) dans l’espace technique
Pare-vapeur (freine-vapeur)
Isolant dans la paroi
Pare-pluie
Structure de la paroi
Vide ventilé
Finition extérieure (parement ou bardage)

Ce type de mur est constitué d’une résille de montants (colonnes) et de traverses (poutres) en bois qui assurent la stabilité de la paroi. L’ensemble est triangulé pour le rigidifier. Les espaces libres entre les éléments de structure contiennent l’isolant. Ces cavités sont généralement entièrement remplies pour obtenir des performances les plus élevées possible.

L’ossature est ensuite refermée :

du côté intérieur, une couche étanche à l’air et plus ou moins étanche à la vapeur d’eau (freine vapeur) choisi en fonction des conditions climatiques intérieures, de la nature de l’isolant, de la perméabilité à la vapeur d’eau de la couche extérieure.
du côté extérieur, La face extérieure est fermée par une couche de matériau étanche à l’eau et le plus perméable possible à la vapeur (pare pluie).

Du côté intérieur, un espace technique (vide ou rempli d’une couche supplémentaire d’isolant), est généralement aménagée entre le freine vapeur et la couche de finition pour permettre le passage des conduites (chauffage, ECS, électricité, …) sans percement du freine vapeur.

Pose des conduites dans l’espace technique
sans percer le pare-vapeur.

Du côté extérieur, la paroi est protégée par un bardage (bois, ardoises, plaques ondulées ou planes, …) ou un parement en brique. La brique à l’extérieur ne se justifie que par des contraintes urbanistiques. Son inertie thermique est inutile à l’extérieur. Elle donne la fausse impression que le bâtiment est réalisé en maçonnerie.

Le calcul de performances thermiques du mur à ossature bois tiendra compte de la présence du bois.

Ossature métallique

Colonne en acier
Bac horizontal en acier
Isolant
Bardage extérieur en acier

Les façades des bâtiments industriels sont régulièrement réalisées à l’aide d’ossatures métalliques recouvertes d’un bardage extérieur en plaques ondulées. Des caissons métalliques horizontaux sont fixés aux colonnes en acier. Le bardage extérieur vertical est à son tour, fixé au caisson. L’isolation thermique est obtenue par remplissage des caissons à l’aide d’un matériau isolant.

L’acier étant thermiquement 1 000 fois plus conducteur que le bois, les pertes de chaleur par les liaisons entre les caissons et le bardage sont très importantes. De plus, les tôles intérieures et extérieures répartissent la chaleur sur de grandes surfaces et la résistance d’échange thermique superficielle est, de ce fait quasi nulle.

Pour remédier à cette faiblesse, un isolant résistant suffisamment aux contraintes métalliques est interposé entre les caissons et le bardage. Cela réduit ainsi considérablement les ponts thermiques ponctuels répartis sur la paroi.

Schéma principe mur à ossature métallique - 2.

Colonne en acier
Bac horizontal en acier
Isolant
Isolant interposé sous le bardage
Bardage extérieur en acier

Le calcul des performances thermique d’un mur à ossature métallique est relativement compliqué et nécessite l’usage d’un programme de calcul numérique. Dans le cadre de la réglementation PEB, ce programme doit satisfaire à toutes les exigences qui sont indiquées dans les normes.

Posted By : Sylvie 22 Fév, 2011

Objectifs d’une bonne toiture

La toiture sera stable et protégera les occupant des agresseurs extérieurs :

l’eau,
le froid,
la poussière,
le vent,
le bruit.

Assurant ainsi le confort des occupants à un coût énergétique avantageux.

Comment composer une toiture qui remplisse ces objectifs ?

Pour visualiser la composition d’une toiture inclinée, consulter la partie ci-dessous :

1. Le bâtiment sans toiture

Inspiré de « L’isolation thermique des toitures » CIFUL / FFC.

Sources d’inconfort.
Toiture et accessoires.
Effets de la toiture sur les sources d’inconfort.
– – – – – – – – –

Pluie, vent et neige
Température extérieure de 0°
Production de vapeur d’eau
Air intérieur de 0°
Mur creux isolé

2. La toiture élémentaire

Inspiré de « L’isolation thermique des toitures » CIFUL / FFC.

Sources d’inconfort.
Toiture et accessoires.
Effets de la toiture sur les sources d’inconfort.
– – – – – – – – –

Pluie, vent et neige
Température extérieure de 0°
Production de vapeur d’eau
Air intérieur de 1°
Mur creux isolé
Eau infiltrée
Migration de la vapeur de l’intérieur vers l’extérieur
Gouttière et évacuation

-> Les composants mis en œuvre :

La charpente, la couverture et les évacuations d’eau pluviale

La charpente assure la stabilité de la toiture.
La couverture protège les occupants contre les intempéries.
La couverture et les évacuations écartent les eaux pluviales.

3. La toiture sans infiltration

Inspiré de « L’isolation thermique des toitures » CIFUL / FFC.

Sources d’inconfort.
Toiture et accessoires.
Effets de la toiture sur les sources d’inconfort.
– – – – – – – – –

Pluie, vent et neige
Température extérieure de 0°
Production de vapeur d’eau
Air intérieur de 5°
Mur creux isolé
Eau infiltrée
Migration de la vapeur de l’intérieur vers l’extérieur
Gouttière et évacuation
Pose d’une sous-toiture étanche à l’eau et perméable à la vapeur d’eau + contre-lattes

-> Les composants mis en œuvre :

La charpente, la couverture et les évacuations d’eau pluviale

La charpente assure la stabilité de la toiture.
La couverture protège les occupants contre les intempéries.
La couverture et les évacuations écartent les eaux pluviales.

La sous-toiture

Elle limite les infiltrations d’air.
Elle protège le bâtiment des eaux accidentellement infiltrées et des poussières.

4. Vers une toiture isolée

Inspiré de « L’isolation thermique des toitures » CIFUL / FFC.

Sources d’inconfort.
Toiture et accessoires.
Effets de la toiture sur les sources d »inconfort.
– – – – – – – – –

Pluie, vent et neige
Température extérieure de 0°
Production de vapeur d’eau
Air intérieur de 18°
Mur creux isolé
Eau infiltrée
Migration de la vapeur de l’intérieur vers l’extérieur
Gouttière et évacuation
Pose d’une sous-toiture étanche à l’eau et perméable à la vapeur d’eau + contre-lattes
Pose d’un isolant thermique

-> Les composants mis en œuvre :

La charpente, la couverture et les évacuations d’eau pluviale

La charpente assure la stabilité de la toiture.
La couverture protège les occupants contre les intempéries.
La couverture et les évacuations écartent les eaux pluviales.

La sous-toiture

Elle limite les infiltrations d’air.
Elle protège le bâtiment des eaux accidentellement infiltrées et des poussières.

L’isolation

Elle limite les pertes de chaleur.
Elle protège les occupants du bruit extérieur.

DANGER ! RISQUES DE CONDENSATION

5. La toiture isolée complète

Inspiré de « L’isolation thermique des toitures » CIFUL / FFC.

Sources d’inconfort.
Toiture et accessoires.
Effets de la toiture sur les sources d’inconfort.

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Pluie, vent et neige
Température extérieure de 0°
Production de vapeur d’eau
Air intérieur de 20°
Mur creux isolé
Eau infiltrée
Migration de la vapeur de l’intérieur vers l’extérieur
Gouttière et évacuation
Pose d’une sous-toiture étanche à l’eau et perméable à la vapeur d’eau + contre-lattes
Pose d’un isolant thermique
Pose d’un écran étanche à l’air et à la vapeur
Finition intérieure

-> Les composants mis en œuvre :

La charpente, la couverture et les évacuations d’eau pluviale

La charpente assure la stabilité de la toiture.
La couverture protège les occupants contre les intempéries.
La couverture et les évacuations écartent les eaux pluviales.

La sous-toiture

Elle limite les infiltrations d »air.
Elle protège le bâtiment des eaux accidentellement infiltrées et des poussières.

L’isolation

Elle limite les pertes de chaleur.
Elle protège les occupants du bruit extérieur.

L’écran étanche à l’air et à la vapeur, et la finition intérieure

Ils suppriment les courants d’air.
Ils protègent la toiture des condensations internes et lui conservent son aspect, son efficacité thermique et sa stabilité.

Posted By : Laurent 20 Jan, 2011

PEB chauffage : Arrêté wallon du 29 janvier 2009

Généralités

Contexte

Comme ce fut le cas en Région flamande il y a quelque temps, la Région wallonne a été amenée, dans le cadre de la Directive européenne sur la performance énergétique des bâtiments, à modifier l’ancienne réglementation fédérale de 1978 relative à la prévention de la pollution atmosphérique provoquée par les installations de chauffage central.

Conformément à la directive européenne du 19 mai 2010 sur la performance énergétique des bâtiments (2010/31/UE), l’arrêté wallon du 29 janvier 2009 (modifié le 18 juin 2009, le 28 avril 2011 et le 15 mai 2014) fixe des exigences afin de prévenir la pollution atmosphérique potentielle des installations de chauffage central (pour le chauffage des espaces et la production d’eau chaude sanitaire) et afin de réduire la consommation énergétique. L’arrêté est d’application depuis le 29 mai 2009. Les dernières modifications sont entrées en vigueur le 1er janvier 2015. L’ancien arrêté royal du 6 janvier 78 est abrogé.

Domaine d’application

En termes de domaine d’application, la réglementation s’applique :

Aux installations composées d’au moins un générateur de chaleur alimenté en combustibles liquides, solides ou gazeux. Le fluide caloporteur est de l’eau, de la vapeur basse pression ou de l’huile thermique permettant la distribution de la chaleur vers les différentes parties d’un bâtiment devant être chauffé, voire la distribution de la chaleur vers un dispositif de stockage d’eau chaude sanitaire (ECS).
Aussi bien aux installations neuves qu’aux installations existantes (mises en service pour la première fois avant le 29 mai 2009).

Exigences : les différentes actions

On retrouve des exigences à différentes étapes de la vie d’une installation de chauffage :

Avant la réception :

La puissance nécessaire doit être calculée conformément à la méthode fixée par le Ministre de l’Énergie. Elle est en outre limitée dans un même local de chauffe.
Le local de chauffe neuf doit répondre aux normes NBN B 61-001, NBN B 61-002, voire pour le gaz NBN D 51-003, NBN 51-004 et/ou NBN D 51-006. Dans les bâtiments existants, les locaux de chauffe doivent satisfaire aux dispositions du code de bonne pratique qui leur étaient applicables au moment du placement de l’installation de chauffage central ou auxquelles ils ont été soumis par la suite.
L’installation d’un générateur de chaleur doit être effectuée par un technicien agrée d’une entreprise ou sous sa responsabilité et son contrôle. Les installations de chauffage central doivent être équipées d’orifices de mesure.
La première mise en service doit être réalisée par un technicien agréé. À moins qu’il n’effectue directement la réception (voir ci-après), le technicien remet au propriétaire une attestation de réception provisoire.
La réception d’un nouveau générateur de chaleur doit aussi être effectuée par un technicien agrée. Cette étape est réalisée :
- Soit en même temps que la première mise en service par le même technicien agréé ;
- Soit au plus tard 15 jours après la première mise en service si le propriétaire décide de faire réaliser la réception par un autre technicien agréé.

Les points traités par le rapport de réception qui est remis au propriétaire et qui sont visés par la réception sont :

- la vérification du raccordement chaudière-brûleur ;
- l’adéquation entre la chaudière et le brûleur ;
- le contrôle des orifices de mesure ;
- la vérification des conduits d’évacuation ;
- le contrôle de la conformité de la cheminée, de l’aération du local de chauffe, de l’amenée d’air ; comburant aux normes NBN B 61-001 et NBN B 61-002 ;
- la réalisation des essais de vérification de bon fonctionnement ;
- le contrôle de la présence d’instructions d’utilisation et d’entretien ;
- la vérification de la présence et de la validité d’une note de calcul.

Pendant l’utilisation de l’installation :

Toute intervention sur la partie combustible d’un générateur de chaleur alimenté en combustible liquide ou gazeux ne peut être effectuée que par un technicien agréé. Pour cette raison, l’entretien des générateurs, tel que généralement considéré (comprenant notamment le nettoyage de la chambre de combustion, la vérification des brûleurs, le remplacement des gicleurs présents sur les chaudières mazout, le réglage de la combustion sur les chaudières le permettant,…) ne pourra être effectué que par un technicien agréé (pour le mazout il s’agira d’un technicien agréé L, pour le gaz atmosphérique et prémix d’un technicien agréé G1 et pour le gaz pulsé d’un technicien agréé G2). Sous la dénomination « entretien », peuvent néanmoins parfois être repris certains actes techniques ne requérant pas d’intervention sur la partie combustion du générateur de chaleur (comme par exemple le nettoyage du siphon d’une chaudière à condensation). Ce type d’acte peut quant à lui être effectué par des techniciens ne disposant pas de l’agrément de la Région wallonne.
Les installations de chauffage doivent faire l’objet d’une inspection périodique. Cette nouvelle terminologie combine le contrôle périodique et le diagnostic approfondi. L’inspection périodique doit être effectuée à la fréquence minimale de 1 an pour les combustibles solides et liquides, de 3 ans pour les installations combustibles gazeux de puissance nominale inférieure ou égale à 100 kW et de 2 ans pour les installations à combustibles gazeux de puissance nominale supérieure à 100 kW. Les dates sont calculées à partir de la première mise en service du générateur (avec un délai d’action de 3 mois). Une inspection doit également avoir lieu après chaque intervention sur la partie combustion du générateur de chaleur.

Type de combustible	Fréquence de contrôle
Combustibles liquides et solides	1 an
Combustibles gazeux	3 ans (puissance nominale utile ≤ 100kW)2 ans (puissance nominale utile > 100kW)
Pour tous les cas	Après chaque intervention sur la partie combustion

Le contrôle périodique n’est plus une exigence uniquement applicable pour les appareils au fuel (comme dans l’ancienne réglementation fédérale). La personne qui réalise la vérification doit disposer d’un agrément (ou de la qualification requise par l’arrêté). Elle doit transmettre à l’utilisateur une attestation de contrôle conforme au modèle arrêté par le ministère de l’Environnement. Les critères de bon fonctionnement d’une installation de chauffage central sont aussi fixés par l’arrêté : indice de fumée, teneur en CO₂, en CO, d’O₂ ainsi que le rendement de combustion et température des fumées. En outre, la chaufferie, le bon fonctionnement des circulateurs et l’état de marche de la régulation doivent aussi être contrôlés.
Les installations de chauffage central à eau dont la puissance nominale installée est supérieure à 20 kW doivent être soumises à un diagnostic approfondi lors de l’inspection périodique. Le diagnostic approfondi n’est pas requis sauf si une modification de l’installation a été réalisée depuis la dernière inspection ou si les besoins thermiques du bâtiment ont été modifiés (voir logigramme ci-après). Si il y eu modification, un diagnostic approfondi doit être réalisé dans les 2 ans suivants la modification apportée lors de lors d’une inspection périodique en même temps que le prochain contrôle périodique prévu. La personne effectuant le diagnostic doit disposer d’un certificat d’aptitude en diagnostic approfondi ou d’un agrément en tant qu’auditeur pour la réalisation d’audits énergétiques (ce dernier uniquement pour les puissances inférieures à 100 kW). A la suite du diagnostic, elle remet un rapport au propriétaire. Celui-ci comprend : l’évaluation du rendement de la chaudière, le dimensionnement par rapport aux besoins calorifiques du bâtiment, un avis sur le remplacement de la chaudière et d’autres conseille sur des solutions afin de réduire ses consommations énergétiques. Le technicien renseigne également le propriétaire sur les aides existantes.
Le personnel ayant effectué la réception, le diagnostic approfondi et les contrôles périodiques doit tenir à jour un registre chronologique de ces actes, qu’il conserve durant quatre années. Il doit également conserver un duplicata des rapports de réception (4 ans), des rapports de diagnostic approfondi (2 ans) et des attestations de contrôle (pas de durée prescrite). Il a l’obligation d’agrafer le ticket généré par les instruments de mesure sur l’attestation de contrôle et au rapport de réception. L’arrêté prévoit en plus des spécifications techniques et des obligations de contrôle et d’étalonnage des équipements de mesure.

Logigramme relatif au diagnostic approfondi.
(Source : Service public de Wallonie (SPW), Agence wallonne de l’Air et du Climat)

Techniciens

Seuls les techniciens en combustibles solides n’ont pas besoin d’obtenir une agrégation réglementée par l’arrêté du gouvernement wallon.

Les certifications en combustible liquide et gazeux s’obtiennent par la réussite d’un examen. Il faut y ajouter une formation et un examen supplémentaire pour être agrée pour le diagnostique approfondi. Les conditions d’agrément sont décrites dans l’arrêté wallon. La certification est valable 5 ans et renouvelable sous conditions de suivre une formation minimale de perfectionnement.

Une entreprise qui emploie un ou plusieurs techniciens agrées doit renseigner à l’AWAC (Agence wallonne de l’Air et du Climat) leur nom et leurs numéros de certificat.

Types de techniciens

Technicien agréé combustibles liquides.
Technicien agréé combustibles gazeux G1, c’est-à-dire toutes les chaudières gaz sont les chaudières à brûleurs gaz pulsés.
Technicien agrée combustibles gazeux G2, c’est-à-dire pour les chaudières à brûleurs gaz pulsés.
Technicien spécialisé en combustibles solides.
Technicien agrée pour le diagnostic approfondi des chaudières de plus de 15 ans et de type I (c’est-à-dire de puissance inférieure à 100 kW).
Technicien agrée pour le diagnostic approfondi des chaudières de plus de 15 ans et de type II (c’est-à-dire de puissance supérieure à 100 kW, plusieurs chaudières de moins de 100 kW ou pour les combustibles solides).

Exigences pour les gaz de combustion

Les gaz de combustion doivent répondre aux exigences mentionnées dans le tableau suivant

Combustible	Type « unit » ou brûleur pulsé	Prémix?	Année de Fabrication	Code catégorie	Indice de fumée maximal (bacharach)	T° gaz de combustion maximale (°C)	Teneur en CO₂ minimale (%)	Teneur en O₂ maximale (%)	Teneur en CO maximale (mg/kWh)	Rendement de combustion minimal (%)	Reclassement à partir du 30 mai 2017
Liquide	Pulsé		> 1998	LP A	1		12	4.4	155	90
			[1988,1997]	LP B	1		11		155	88	LP A
			< 1988	LP C	2		10		155	85	LP A
Gazeux	Pulsé		> 1998	GP A		200	8.5		110	90
			[1988,1997]	GP B		220	7.5		150	88	GP A
			< 1988	GP C		250	6.5		270	85	GP A
	Unit	Prémix	> 2007	GUP A		180			110	90
			[1998,2006]	GUP B		180			150	90	GUP A
			[1988,1997]	GUP C		200			150	88	GUP A
			< 1988	GUP D		250			270	84	GUP A
		Non- prémix	>2007	GUnP A		200			150	88
			[1998,2006]	GUnP B		200			200	88	GUPnP A
			[1988,1997]	GUnP C		250			200	86	GUPnP A
			< 1988	GUnP D		300			300	82	GUPnP A

Que se passe-t-il en cas de non conformité de l’installation ?

En cas de non respect des critères de bon fonctionnement, l’arrêté impose une procédure de mise en conformité qui peut, si les dispositions adéquates ne sont pas prises, conduire finalement à une obligation de mise à l’arrêt du générateur (voir le logigramme ci-après).

Le générateur de chaleur ne pourra normalement être mis ou maintenu en service que si l’installation est conforme. Néanmoins, afin d’éviter que des personnes se retrouvent sans chauffage durant la période hivernale, dans les logements d’habitation, une procédure dérogatoire pourra être envisagée entre septembre et avril si le fonctionnement du générateur ne risque pas de porter préjudice à la sécurité des personnes.

Logigramme relatif au contrôle périodique.
(Source : Service public de Wallonie (SPW), Agence wallonne de l’Air et du Climat)

Posted By : Laurent 19 Jan, 2011

Régulation de l’académie de dessin de Molenbeek

Objectif de l’audit de régulation

L’académie de dessin et d’arts visuels de Molenbeek est située rue Mommaerts. Son installation de chauffage a été rénovée dans les années 2004-2005. Il s’agit d’une installation de chauffage moderne dont la conception respecte les règles de l’art en matière d’utilisation rationnelle de l’énergie (URE). Néanmoins, si une installation bien conçue est un élément essentiel pour un fonctionnement efficace, il faut aussi que l’exploitation quotidienne se fasse de manière optimale. C’est à ce stade qu’intervient la régulation. Il est important que le contrôle, le « pilotage », de l’installation se fasse de manière correcte et cohérente durant toute la durée d’utilisation. Dans bien des cas, on trouve des installations modernes dont la régulation ne fonctionne pas bien (ou plus bien), grevant ainsi de manière significative les performances énergétiques. À titre d’exemple, il peut s’agir de paramètres de la régulation qui ont été modifiés de manière incorrecte pour faire face à une situation ponctuelle, de paramètres de réglage qui n’ont jamais été adaptés finement au bâtiment, voire de matériel assurant la régulation qui est devenu défectueux.

C’est dans cette réflexion qu’a été réalisé l’audit de l’installation de chauffage de l’académie de Molenbeek. Cet audit a pour but d’identifier les éventuels dysfonctionnements de la régulation, d’en optimiser les paramètres ainsi que d’aider le Responsable Énergie à se réapproprier la compréhension et la maitrise des régulateurs. Cet encadrement méthodologique a été réalisé par l’ICEDD dans le cadre d’un audit Sibelga. Durant l’audit, l’attention s’est essentiellement focalisée sur la régulation.

Description de l’installation

Comme évoqué plus haut, l’installation de chauffage de l’académie de Molenbeek est équipée de matériel performant et a bénéficié d’une bonne conception. Nous décrivons ci-dessous les éléments de l’installation ainsi que les mesures qui ont été prises pour atteindre les meilleures performances énergétiques.

Schéma de principe de l’installation

Schéma de principe de l’installation de chauffage de l’académie de Molenbeek.

À la production, on trouve deux chaudières au gaz à condensation de 300 kW fonctionnant en parallèle (2). Il s’agit de deux chaudières à prémélange équipées d’un ventilateur et d’un contrôle de combustion. Elles permettent d’atteindre une large plage de modulation (de 8 à 100 % de la puissance nominale) avec de très bons rendements. En outre, la technologie du brûleur a été développée pour minimiser l’émission de NO_x.

Nous sommes en présence de chaudières contenant un grand volume d’eau et qui par conséquent ne nécessitent pas d’être irriguées en permanence d’un débit d’eau minimum. Cette caractéristique permet de disposer d’un collecteur primaire ouvert (1) (non bouclé, sans bouteille casse-pression). Ceci permet d’éviter tout risque d’un retour direct d’eau à haute température vers le retour des chaudières qui grèverait la condensation. Sur ce circuit primaire viennent se greffer deux circuits de chauffage qui vont distribuer l’eau chaude dans les différentes parties du bâtiment. La température de départ de chaque circuit est adaptée avec une vanne trois voies (3). La température de départ est mesurée au moyen d’un capteur (4). Celle-ci est adaptée au moyen de la vanne trois voies pour atteindre une température de consigne fixée par la régulation climatique (5). Par définition de la régulation climatique (courbe de chauffe), la température de consigne pour l’eau de départ est fixée principalement en fonction de la température extérieure.

L’occupation et par conséquent le chauffage des locaux est intermittent. Dans certaines plages horaires (définies dans le régulateur) correspondant à l’inoccupation du bâtiment, le chauffage est coupé. En pratique, on laisse redescendre la chaudière en température et les circulateurs (6) sont coupés pour ne plus alimenter les circuits de chauffage. Néanmoins, en période de gel (mesurée par la sonde extérieure de la régulation (5)), on fait de nouveau circuler de l’eau dans le circuit de chauffage pour assurer que le bâtiment ne descende pas trop bas en température pendant la période de coupure. Dans ce cas, le niveau de température pour les départs des circuits est maintenu à une valeur faible, mais suffisante pour « protéger » le bâtiment.

Les radiateurs, non représentés dans le schéma ci-dessus, sont équipés de vannes thermostatiques pour réaliser la régulation fine de température dans chaque local. Les vannes thermostatiques étant susceptibles de se fermer pour réduire le débit (lorsqu’elles réalisent la régulation locale), des circulateurs à vitesse variable (6) ont été placés sur chaque départ limitant ainsi les consommations électriques liées à la distribution.

Pour conclure, il nous reste à commenter la manière dont les deux chaudières sont régulées. Le brûleur de chaque chaudière est régulé pour maintenir une température de départ à un niveau de consigne (2). Cette température de consigne pour le circuit primaire est calculée par le régulateur (5). Il s’agit généralement de la température du circuit de chauffage le plus demandeur (majorée de 5°C). En d’autres termes, il s’agit de la température calculée par la régulation climatique en fonction de la température extérieure (augmentée de 5°C) pour les deux circuits de chauffage.

Photographie des différents éléments

Les deux chaudières sont de type gaz à condensation de 300 kW (première photo). La deuxième photo montre le collecteur primaire et les départs/retours des deux circuits de chauffage. De manière générale, on voit que l’ensemble des conduites et des vannes est particulièrement bien isolé pour limiter les pertes vers la chaufferie. La troisième photo est un zoom sur une des extrémités du collecteur primaire : on voit clairement que le circuit primaire est de type ouvert.

La première photo est un zoom sur les vannes 3 voies (3) qui équipent chacun des 2 circuits de chauffage : le niveau d’isolation est soigné. Chaque température de départ est mesurée et transmise (4) au système de régulation (5). La deuxième et la troisième figure montrent ces capteurs de température en conduite ainsi que leur câblage vers le régulateur.

Les trois photographies montrent à quoi peut ressembler un système de régulation d’une installation de chauffage (5). La première photo montre le coffret électrique de l’installation dans lequel se trouve la régulation. La deuxième image est un zoom sur le rail sur lequel est monté le régulateur (à gauche) et son interface avec l’utilisateur de contrôle (à droite). Dans cette installation, l’interface est assez conviviale dans la mesure où elle est facile d’emploi, explicite et donc relativement facile à manipuler par un utilisateur indépendant du fabricant (en d’autres termes, non-initié à travailler avec ce matériel spécifique).

On retrouve les deux circulateurs à vitesse variable (6) sur les deux dernières photos. On remarque que l’enveloppe du circulateur au niveau de son rotor est elle aussi isolée pour limiter les pertes de chaleur.

Campagne de mesure

L’audit a pour but de vérifier si l’installation de chauffage se comporte correctement, de détecter d’éventuelles erreurs et, si possible, d’apporter une correction. Pour faire le diagnostic, il faut disposer d’informations. Il peut s’agir de témoignages d’occupants du bâtiment (ex. plaintes), du gestionnaire de l’installation ou par la vérification « in situ » du fonctionnement. Néanmoins, la source d’informations que nous souhaitons mettre en avant dans cette « étude de cas » est la campagne de mesure. En effet, sur base des technologies actuelles de sondes de mesure, il est très facile de placer plusieurs sondes de température (d’ambiance ou de surface) au sein de l’installation pour mesurer et enregistrer son fonctionnement. Il s’agit de sondes que l’on achète et place « soi-même » et non pas des capteurs propres à la régulation (dont l’historique des mesures est généralement indisponible).

Dans la présente étude, les sondes suivantes ont été placées :

mesure de la température de départ et de retour des deux circuits de chauffage (par la mesure de la température de surface des conduites métalliques) ;
mesure de la température de départ et de retour des chaudières (par la mesure de la température de surface des conduites métalliques) ;
mesure de la température extérieure (par une sonde de mesure de la température ambiante placée dehors à l’abri du vent et de la pluie) ;
mesure de la température dans plusieurs zones thermiques (locaux) du bâtiment (par une sonde de mesure de la température ambiante).

Ce matériel ainsi que son logiciel d’exploitation sont relativement bon marché. Le prix varie suivant les marques, mais une recherche rapide nous a permis d’estimer la valeur à approximativement ~ 1 000, 1 500 €. Au regard du prix de l’installation ainsi que du potentiel d’économie réalisable via un audit de la régulation, l’investissement dans un tel matériel est négligeable.

Exemples de mesures

Mesure de la température de départ et de retour de la chaudière par sonde de mesure de la température de surface : sonde appliquée sur la surface métallique avec une bande en velcro.

À gauche, mesure de la température de départ du circuit de chauffage en aval du circulateur (de nouveau, sonde avec bande velcro). À droite, sonde de mesure de température ambiante (pour zone thermique du bâtiment ou température extérieur).

Résultats et amélioration de la régulation

Nous illustrons les résultats de la campagne de mesure par des graphes représentant des relevés réalisés entre le 08/12/2010 et le 20/12/2010. Cela permet de mettre en évidence l’effet de mesures correctives apportées à l’installation, celles-ci ayant été introduites le 14/12 (soit au milieu de l’intervalle de temps cité ci-dessus).

Paramètres de réglage initiaux (comportement avant le 14/12)

La campagne de mesure a montré que la régulation était mal paramétrée :

D’une part, la courbe de chauffe en occupation des 2 circuits de chauffage (droite rouge sur la figure ci-dessous) était très élevée. La courbe de chauffe se définit par deux points. Le premier est la température de départ quand la température extérieure est la plus basse (température de dimensionnement). La valeur était au départ fixée à 80°C par -10°C extérieur. Le deuxième point est la température de départ à la température extérieure limite de chauffage (c’est-à-dire la température extérieure à partir de laquelle on commence à chauffer le bâtiment). La valeur était au départ fixée à 70°C pour une température extérieure de 15°C. La température de départ était bien trop chaude pour les températures extérieures modérées (entre 5° et 15°C). En conclusion, il n’y avait qu’une différence de 10°C entre les points extrêmes de la courbe de chauffe ce qui révèle que la régulation climatique ne régulait pratiquement pas. Dans ces conditions, le fonctionnement des vannes thermostatiques présentes sur les radiateurs n’est pas optimum.

D’autre part,

la courbe de chauffe en inoccupation (droite bleue sur la figure ci-dessous) n’était pas non plus optimisée car on opère toujours la distribution d’eau chaude dans les radiateurs ce qui assure toujours un chauffage des locaux (à plus faible intensité).

Ci-dessous le graphique présentant le réglage initial de la courbe de chauffe :

Sur base de ce constat, on remarque une incohérence majeure dans la paramétrisation. En effet, la régulation climatique demande presque exclusivement des températures supérieures à 75°C pour les circuits de chauffage et, par conséquent, pratiquement un minimum de 75-80°C aux chaudières (+ 5°C par rapport au circuit le plus demandeur). Dès lors, les chaudières se mettent systématiquement en arrêt temporaire (via l’aquastat) dès que leur température atteint 80°C (ce qu’on observe dès que la température extérieure descend en-dessous de 5°C). Les chaudières se mettront dès lors de manière cyclique en mode arrêt/marche. On peut s’en convaincre par le graphe de mesure de la température de départ des chaudières (durant une semaine avec gel), Figure (1).

Figure (1) : Mesure de la température de départ des chaudières entre 08/12 et le 20/12, une semaine avec gel (date/heure en abscisses et température correspondante en ordonnées).

Avant l’intervention du 14/12, on voit bien que la température est oscillante, en dents de scie, la chaudière se mettant systématiquement en arrêt provisoire au-delà de 80 °C. La chaudière se remettait en marche pour des températures entre 50 et 60 °C. Ce n’est pas un fonctionnement normal pour des chaudières à condensation modulante qui sont censées adapter leur puissance aux besoins. En pratique, il faut éviter ces cycles courts de production parce qu’ils augmentent l’émission de polluants, réduisent le rendement et augmentent l’usure du matériel. Sur ce graphe, on constate aussi qu’avant le 14/12, la température en période d’inoccupation tourne autour de 45 °C. Cette température grève les performances de l’intermittence. Ceci est du à un abaissement insuffisant de la courbe de chauffe en inoccupation. On voit dans le graphe suivant que la température dans les différents locaux ne varie pas significativement entre le jour et la nuit (avant le 14/12), Figure (2). Dans les graphes, on distingue notamment la différence d’intermittence entre une période d’inoccupation pour la nuit ou le week-end.

Figure (2) : Mesure de la température dans trois zones thermiques du bâtiment (bleu, vert et magenta) et de la température extérieure (rouge) (date/heure en abscisses et température correspondante en ordonnées).

Paramètres de réglage adaptés (comportement après le 14/12)

Pour corriger les comportements cités ci-dessus, les mesures suivantes ont été prises :

La courbe de chauffe des 2 circuits a été redéfinie de manière plus raisonnable. La différence de température de départ est plus marquée suivant la température extérieure. La température de l’eau est surtout abaissée lorsqu’il fait « doux » dehors. En outre, le niveau de température a été globalement abaissé pour réduire les pertes de distribution, augmenter l’efficacité des chaudières à condensation et l’efficacité des vannes thermostatiques. L’évolution de la température est plus lissée, signe d’une bonne modulation.
La courbe de chauffe en inoccupation a été abaissée pour rendre l’intermittence plus efficace ce qui permet une coupure pratiquement complète du chauffage en inoccupation.

Les horaires de chauffe ont été adaptés d’une part en fonction des occupations réelles (on chauffait un circuit le vendredi alors que la partie du bâtiment desservie était inoccupée toute la journée) et d’autre part en fonction de la coupure en inoccupation qui nécessite une anticipation plus prononcée à la relance notamment le lundi (on ne dispose pas d’une sonde d’ambiance qui permettrait d’optimiser automatiquement la relance).

On peut maintenant visionner l’effet de ces mesures sur les Figures (1) et (2), en se focalisant sur la période ultérieure au 14/12. Sur la Figure (1), on voit que la température de départ est plus régulière en période d’occupation. Les chaudières fonctionnent dès à présent sans cycles courts. La température en période d’inoccupation a été réduite jusqu’à obtenir une coupure de chauffage en période d’inoccupation (une fonction « température départ par gel extérieur » permet néanmoins d’assurer un contrôle minimum de la température ambiante). L’effet sur la qualité de l’intermittence est visible sur la Figure (2). On voit que la température des zones redescend significativement en période d’inoccupation, durant la nuit et le week-end. Un pic de « surchauffe » est visible le 18 et 19/12 dans une zone de mesure (courbe en magenta). Pour information, il ne s’agit d’un dysfonctionnement. Une chaufferette électrique est parfois installée, de façon occasionnelle, pour augmenter la température d’un local spécifique (ex. séance de dessin avec modèle nu).

Bien entendu, on n’obtient pas nécessairement le bon paramétrage du premier coup. Le gestionnaire devra probablement encore adapter le paramétrage pour un fonctionnement adéquat : fournir le confort souhaité aux heures souhaitées avec le maximum d’efficacité énergétique.

Conclusions

Au travers cette étude de cas, nous avons essayé de vous convaincre de l’intérêt de réaliser un audit de régulation ainsi que de sa simplicité. En effet, le matériel nécessaire est relativement réduit, peu coûteux et facile d’emploi.

Pour conclure cette étude de cas, un point nous semble important à mentionner. La facilité du suivi de la régulation d’une installation de chauffage est grandement conditionnée par la qualité de l’interface du système de régulation. L’interface de la présente installation est explicite, conviviale/ergonomique ce que facilite grandement son usage par des non-spécialistes. Dans beaucoup d’installations, c’est loin d’être le cas. On est en présence d’une « boîte noire » sans interface, voire avec une interface totalement hermétique pour un non-spécialiste. Dans ce cas de figure, l’adaptation des paramètres de régulation nécessite l’intervention de spécialistes familiers de la marque du régulateur … soit, des coûts supplémentaires et une perte de contrôle et/ou de compréhension sur l’installation à moins de disposer des compétences en interne pour en assurer le suivi ce qui n’est pas toujours le cas. Conclusion : attention lors du choix de votre matériel de régulation ! Veillez à ce qu’il soit adapté à l’utilisateur final !

Différence entre une interface explicite et facile d’emploi et d’un boîtier de régulation « boîte noire ».

Posted By : Laurent 3 Jan, 2011

Chauffage urbain au bois à Libin

Principe du réseau de chaleur

Dans certaines installations, on trouve une chaufferie qui réalise la production de chaleur pour un ensemble de plusieurs bâtiments. La chaleur produite est distribuée au départ de la chaufferie vers les différents consommateurs via un réseau de chaleur. Celui-ci est composé d’un circuit primaire (directement couplé à la chaufferie) qui alimente les différents circuits de chauffage des bâtiments au travers d’un échangeur à plaque, les circuits secondaires. Il y a donc autant de circuits secondaires que de bâtiments. Ces circuits peuvent avoir des propriétés qui varient selon les bâtiments (type de fluide caloporteur, régime de température). Un compteur de chaleur est placé au départ de chaque circuit secondaire si bien qu’il est possible d’identifier clairement la consommation de chaque bâtiment. Chaque utilisateur reste donc responsable de la maîtrise de sa consommation énergétique.

Illustration du principe de chaufferie centralisée couplée à réseau de chaleur.

Les raisons qui peuvent conduire au choix d’une chaufferie centralisée sont multiples. On peut citer les économies d’échelle possible qui permet d’obtenir un investissement global plus faible comparé à des chaudières réparties dans chaque bâtiment. Au final, cela doit améliorer la rentabilité du projet. En outre, la chaufferie sera gérée par des professionnels ce qui doit assurer un fonctionnement correct du matériel, c’est-à-dire obtenir les rendements de production attendus ainsi qu’une usure normale du matériel. Dans le cas du bois-énergie, ces éléments sont particulièrement intéressants dans la mesure où les investissements sont relativement plus importants. On souhaite donc obtenir une durée de vie maximale du matériel pour obtenir la meilleure rentabilité. De plus, le gestionnaire de l’installation s’occupe de l’approvisionnement et du stockage du bois-énergie, ce qui simplifie grandement la vie des utilisateurs. On pourrait résumer le potentiel d’une chaufferie centralisée au bois-énergie comme étant « une opportunité de se chauffer avec une énergie renouvelable en minimisant le prix et les contraintes pour les utilisateurs« .

Néanmoins, un élément clef pour garantir l’efficacité énergétique de ses installations est de minimiser les pertes par distribution. Il s’agit de l’énergie perdue par le réseau de distribution dans le sol (qui a une température plus froide). À l’image des habitations, on isole les conduites des réseaux de chaleur afin de minimiser ces pertes. Celles-ci sont-elles pour autant négligeables ? Sur ce point, les opinions divergent. Certaines études tendraient même à montrer que quelle que soit la structure du réseau de distribution, les pertes grèvent toujours de manière significative la rentabilité des réseaux de chaleur. Cette question dépassant le cadre de cette étude, nous encourageons les lecteurs qui veulent s’engager dans un projet de réseau de chaleur de s’assurer auprès du gestionnaire du projet (ex. le bureau d’études) que ces pertes seront minimisées et ne dégraderont pas substantiellement les performances de l’installation.

Exemple de tuyaux utilisés pour le réseau de chaleur.

Gardons quand même à l’esprit qu’il est préférable d’avoir des consommateurs ayant les mêmes profils de consommation sur une même boucle primaire. En effet, comme le schéma ci-dessus le représente bien, il suffit qu’un seul des utilisateurs finaux ait besoin de chaleur à un moment donné pour que le fluide caloporteur circule dans l’ensemble de la boucle primaire, ce qui peut potentiellement engendrer des pertes importantes pour un besoin final faible.

Le projet de chaufferie centralisée au bois à Libin

La Commune de Libin est une des plus grosses communes forestières de Wallonie, avec plus de 8 200 ha de forêts dont 6 069 ha de forêts communales soumises. Alors, quand il s’est agi de trouver une solution pour chauffer économiquement et écologiquement les principaux bâtiments communaux, le choix d’une chaufferie centralisée au bois s’est rapidement imposé ! L’étude de préfaisabilité a été réalisée en 2003 alors que les travaux ont été effectués en 2008.

Non contentes de faire ce choix pour leurs propres bâtiments, les autorités communales ont aussi fait la démarche d’associer le plus largement possible les riverains au projet de réseau de chaleur. Ils représentent aujourd’hui 50 % des consommations du réseau. Une option qui offre l’avantage de réduire proportionnellement les coûts d’investissement, d’améliorer la rentabilité des infrastructures et de rendre le système thermiquement plus performant, en associant des consommateurs avec des profils (tertiaires et logements) complémentaires. En effet, cette complémentarité accroît la charge de base, c’est-à-dire la charge présente en quasi-permanence, ce qui accroît le temps de fonctionnement de la chaudière.

Pour son approvisionnement en bois, la commune de Libin s’est par ailleurs associée aux communes voisines de Paliseul et Wellin pour mettre en place et gérer une plateforme transcommunale de préparation, de séchage, de stockage et de distribution des plaquettes de bois faites à partir de bois forestiers de moindre valeur.

Cette étude de cas est une version étendue des fiches produites par le facilitateur bois-énergie orienté secteur public pour le compte de la Région wallonne. Cette fonction de facilitateur est réalisée par la Fondation Rurale de Wallonie (FRW) dans la personne de Francis Flahaux. Cette fiche technique est disponible via le site internet de la FRW ( http://www.frw.be/). En outre, le projet de chauffage urbain à Libin s’intègre dans le Plan Bois-Énergie et Développement Rural (PBE&DR – https://www.frw.be/pbe.html) pour la Wallonie.

Logo Fondation Rurale de Wallonie.

Description du réseau de chaleur

Le réseau de chaleur assure le chauffage de 9 bâtiments publics, mais aussi de 16 bâtiments privés représentant 22 logements, dont une banque, un hôtel, des logements sociaux. Il est composé de trois branches et mesure 715 mètres de long.

Schéma du réseau de chaleur à Libin. Le silo de stockage se situe au niveau du rectangle bleu et la chaufferie au niveau du rectangle rouge. Les bâtiments publics sont les suivants : la maison communale (1), les écoles communales (2), la salle de gym (3), la poste (4), le CPAS (5), le presbytère (6), l’église (7), la maison de village (8) et les logements sociaux (9). Quant aux bâtiments privés, on retrouve l’Hôtel (10), les logements privés (11) et la banque (12).

Vues du centre de Libin. La première image montre la maison communale (1) à droite avec les logements privés (11) et la banque (12) répartis du côté gauche de la rue. La deuxième image est prise dans la direction opposée. On distingue au premier plan le « couvercle » du silo, ensuite vient la maison communale (1). L’église (7), la maison de village (8) ainsi que les logements sociaux (9) ne sont pas visibles en arrière-plan. La dernière image est prise dans la ruelle qui longe les écoles communales (2).

Photographies lors du placement des tuyaux du réseau de chaleur.

La chaufferie

Le schéma ci-dessous illustre bien le principe de base de la chaufferie, bien que la configuration spatiale (c’est-à-dire la position relative des différents éléments) diffère un peu avec la situation réelle à Libin. Au départ, on trouve un silo enterré pour réaliser le stockage des plaquettes. Le plafond du silo est muni d’une trappe qui permet à camion de venir alimenter le silo. Sur le sol du silo, on trouve le racleur hydraulique qui permet d’extraire des plaquettes hors du silo et de les diriger vers le système d’alimentation de la chaudière. Finalement, les plaquettes sont acheminées vers la chaudière au moyen d’une vis sans fin.

Schéma de principe de la chaufferie à plaquette de Libin : silo (accessible par un charroi lourd, équipé de deux lignes de racleurs hydrauliques), vis sans fin et chaudière en bout de course.

On peut maintenant illustrer de manière plus précise chaque élément cité ci-dessus.

Le silo, l’extraction et le transport des plaquettes

La première photo montre, en avant-plan, la trappe fermée du silo en avant de la maison communale. On constate que la présence du silo est assez « discrète » dans la mesure où l’intégration avec l’ensemble des bâtiments est assez harmonieuse. Les photos suivantes montrent l’ouverture progressive de la trappe au moyen de vérins. Une fois la trappe complètement ouverte un camion peut venir alimenter le silo, comme l’illustre la dernière photographie.

Le silo a un volume utile de 90 m³. Il assure 7 jours d’autonomie à la chaudière bois quand elle fonctionne à puissance nominale.

La première photo donne une idée de la profondeur du silo comparé aux dimensions de la trappe. La deuxième photo montre les deux racleurs hydrauliques placés dans le silo.

Deux lignes de racleurs hydrauliques ramènent les plaquettes vers une vis sans fin. Celle-ci alimente la chaudière située en bout de course de la vis.

La première figure l’arrivée des plaquettes sur le début de la vis sans fin, en fin de ligne des racleurs hydrauliques. La deuxième photo montre le canal métallique qui contient la vis sans fin et qui fait progresser les plaquettes vers la chaudière. Celle-ci est visible sur la troisième photographie (en orange). Finalement, on voit la vis sans fin munie de retour d’angle pour assurer les changements de niveau permet aux plaquettes de parcourir une petite dizaine de mètres.

La chaudière à plaquettes

La chaudière Schmid à plaquettes a une puissance de 550 kW. Elle possède un foyer de type volcan, un décendrage et nettoyage automatique des tubes de fumées. La nouvelle chaufferie contient une chaudière d’appoint au mazout. Celle-ci à une puissance de 600 kW. Néanmoins, grâce à la complémentarité des profils de consommation évoquée ci-dessus (entre tertiaire et logements) qui assure une charge de base plus importante, la chaudière au bois assure 90 % de la production de chaleur. Dans le cas de la chaufferie de Libin, les deux nouvelles chaudières ont pu être installées dans l’ancienne chaufferie évitant ainsi de devoir construire un nouveau bâtiment.

La première figure montre la chaudière à plaquette au sein de la chaufferie. La troisième figure illustre son principe de fonctionnement. On distinguera principalement le foyer volcan alimenté par une vis sans fin, ainsi que le réseau de tubes de l’échangeur de chaleur (qui récupère l’énergie des fumées).

La première image montre l’intérieure de la chambre de combustion (en dépression). La deuxième photographie est un zoom sur les vérins qui assurent le raclage des tubes horizontaux de l’échangeur de chaleur, effectuant ainsi le nettoyage et le décendrage. La troisième photographie montre un des cendriers connectés à la chaudière tandis que la dernière image donne un aperçu du volume de cendre qui peut être généré.

Analyse économique

L’investissement total de l’installation est de 1 078 000 € TVAC. Approximativement la moitié de l’investissement est dédié au réseau de chaleur (avec 468 022 €). Le restant de l’investissement peut être divisé en trois parties quasiment égales : le gros œuvre (191 156 €), la chaudière et ses périphériques (208 975 €) et l’hydraulique (174 507 €). La part dédiée aux études et à la coordination est relativement faible dans la mesure où elle se limite à 35 340 €.

Le soutien financier de la Wallonie a été substantiel dans la mesure où celle-ci est intervenue pour un montant s’élevant à 862 400 €. La part restant à la commune étant limitée à 215 600 €. Sur base des prix de l’énergie moyens de 2008, la consommation annuelle de ~2 000 map de bois permet d’économiser approximativement 60 000 €/an par rapport au mazout, le vecteur énergétique de l’ancienne installation. Sur base de ces chiffres, le facilitateur bois-énergie estime le temps de retour à 3.6 ans pour un matériel dont la durée d’utilisation tourne autour d’une vingtaine d’années (du moins en ce qui concerne la chaufferie).

Performances environnementales

Si on considère les émissions de gaz nocifs émis par la combustion, on voit que la chaudière au bois permet de réduire significativement l’empreinte environnementale. Il faut du moins que la forêt de laquelle sont extraites les plaquettes soit gérée de manière durable.

Si on considère le cycle complet du combustible, c’est-à-dire en intégrant les processus énergivores de l’extraction, du conditionnement et du transport, on peut prendre une émission de 327 grammes d’équivalent CO₂émis par kWh pour le fioul et de 25 grammes par kWh pour les plaquettes. Si on intègre le cycle de vie complet, l’impact du bois-énergie sur l’émission de gaz à effet de serre n’est pas nul, mais il est de loin inférieur par rapport aux énergies fossiles. Dans le cas du mazout, la différence est estimée à 302 grammes de CO₂ par kWh. Si on reprend la consommation annuelle de la chaudière de ~2 000 000 kWh, les plaquettes permettent de réduire l’émission de ~600 tonnes d’équivalents CO₂ par an ! Le facilitateur estime quant à lui, cette réduction à 486 tonnes par an. En termes de production de SO₂, cette réduction serait de 940 kg/an.

Quelles leçons tirer après 8 ans d’usage ?

Les travaux furent terminés en 2008. En 2016, nous avons rencontré le premier échevin de la commune de Libin et avons visité les installations en compagnie de la conseillère en énergie de la commune et du responsable technique de ces équipements.

Ils nous ont fait part de leurs expériences.

Leurs clients privés sont très satisfaits du service offert. Ils payent exactement l’énergie fournie (rendement de production : 100 %). Ils n’ont pas de frais d’entretien. Ils n’ont pas besoin de chaufferie ni de cheminée. La chaleur fournie est suffisante et très rarement indisponible, la plupart du temps à cause d’une panne chez le client. Dans ce dernier cas, le gestionnaire du réseau intervient très rapidement.

A l’usage, il est cependant apparu que certains points peuvent être améliorés. Un audit de l’installation hydraulique va être réalisé pour pouvoir définir les améliorations nécessaires.

La boucle du réseau de chaleur extérieur est fort longue. Elle aurait pu être théoriquement optimisée. Les pertes de chaleur dépendent de la longueur de la boucle. Heureusement, les tuyaux sont bien isolés et les pertes visibles en hiver lorsqu’il y a de la neige sur le sol ne sont pas trop importantes. Ce sont des contraintes administratives (propriétés traversées) et techniques (configuration de la voirie et de son infrastructure) qui ont dicté le tracé des conduites.

Le comptage d’énergie fournie est bien effectué chez les clients, mais pas dans les bâtiments communaux. L’énergie totale fournie n’est donc pas mesurée. Le rendement de l’installation et la répartition des pertes sont ainsi impossibles à déterminer jusqu’à présent.

Lorsque les clients extérieurs sont en demande importante en hiver, les bâtiments communaux sont mal chauffés. L’équilibrage des boucles et les débits des circulateurs doivent être réétudiés pour déterminer les modifications nécessaires.

Un client important, un hôtel, n’est plus approvisionné en chaleur. La puissance du réseau est depuis sous-employée. La commune a l’intention d’étendre le réseau et d’y raccorder d’autres clients.

La fourniture de chaleur pour la production d’eau chaude sanitaire (ECS) chez les clients oblige la boucle de distribution à fonctionner toute l’année, y compris en été. Il est envisagé de trouver un autre moyen pour produire l’ECS directement sur les lieux de consommation.

La qualité des plaquettes a un impact important sur le bon fonctionnement de l’installation. Les fournisseurs doivent en garantir un niveau suffisant. Ils n’en sont pas toujours conscients.
- Forme des plaquettes : des plaquettes de forme anormale, des branches par exemple, se coincent parfois dans les systèmes d’acheminement vers la chaudière. Elles peuvent provoquer des obstructions ou se coincer devant des détecteurs optiques. Dans ce dernier cas, les informations transmises au système sont fausses et provoquent des pannes, des défauts d’approvisionnement et des mises en sécurité de la chaudière. Lorsqu’il y a obstruction, les plaquettes se compactent par écrasement et provoquent aux raccords entre les transporteurs des bouchons très durs, difficiles à enlever. Lorsque cela arrive, c’est la chaudière au mazout qui prend le relais. Il en résulte une consommation plus importante de combustible fossile en lieu et place du bois. L’adaptation des systèmes de détection par le responsable technique de l’installation a déjà apporté de nombreuses améliorations.

- Propreté des plaquettes : la présence de poussière dans le produit due aux aléas de sa fabrication provoque dans la chaudière l’apparition de mâchefers lors de la combustion. La quantité produite est très importante et nécessite un nettoyage journalier. Ce travail est difficile, car les mâchefers s’accrochent aux parois. Leur enlèvement nécessite d’arrêter la chaudière pour la laisser redescendre en température.

- Corps étrangers : des pierres, des morceaux de béton ou des barres métalliques sont parfois présents dans les plaquettes fournies. Lorsqu’ils pénètrent dans le système de transport, ils provoquent des dégâts importants (blocages, déformations et bris).

Un site comprenant un hangar de séchage, une aire de manœuvre (broyage) et une zone de stockage de bois vont être créés en partenariat avec les communes de Wellin et Paliseul, de manière à ce que les trois communes produisent elles-mêmes leur combustible. La qualité de celui-ci sera dès lors mieux contrôlée et le fonctionnement du système sera amélioré.

Le silo de stockage des plaquettes, bien que son volume total soit de 120 m³, ne peut contenir que 60 m³ au lieu des 90 m³ utiles théoriques. Les plaquettes déversées forment un tas qui ne s’étale pas complètement dans le volume disponible. La pente de talus provoquée par les caractéristiques des plaquettes est très importante. Cela nécessite des approvisionnements plus fréquents que prévu. Un silo permettant un accès aux camions à plusieurs endroits aurait été plus facile à remplir. Le silo réalisé en fonction de la configuration locale est cependant facile d’accès depuis la rue pour les camions à benne basculante. Le versage est rapide. La chaufferie située un étage plus bas que la voirie ne nécessite quasiment pas de relevage du combustible.

Partenaires du projet et contacts

Commune de Libin, Laurent Jacquet : laurent.jacquet@creg.be
Gros œuvre par l’entreprise TP rénovation, Olivier Cariaux : o.cariaux@tprenovation.be
Chaudière et périphérique par SCHMID (France), Stephan Kohli : schmid-france@wanadoo.fr
Hydraulique par la société Druart, Francesco Di Giacomo : druart-hvac@druat-sa.be
Réseau de chaleur par la SOCOGETRA, Michel Evrard : michel.evrard@socogetra.com
Etude de projet par SECA Benelux, Bernard Tamigneau : secabenelux@groupe-seca.com
Facilitateur Bois-Énergie pour le secteur public et coordinateur du plan PBE&DR, Francis Flahaux de la Fondation Rurale de Wallonie (FRW), e-mail : pbe@frw.be

N’hésitez pas également à consulter notre page consacrée aux technologies de conversion du bois-énergie.

Yearly Archives: 2011

Principe

Calcul de l’énergie

Composants d’un système de comptage d’énergie thermique

Débimètre d’eau

Compteur à ultrason

Sonde de température

Calculateur-intégrateur (électronique de comptage)

Compteurs d’énergie thermique compacts

Interfaçage avec une gestion technique centralisée

Norme et classes de précision

Régulation d’ensemble

Ordre de priorité

Zone 1

Zone 2

Zone 3

Comment assurer la régulation d’ensemble ?

Régulation interne de la cogénération

Taux de charge du cogénérateur

Taux de charge du ballon

Régulation individuelle des chaudières par rapport à la cogénération

Stratégie de chauffage et de refroidissement

Influence sur le choix du type de source froide et son dimensionnement

Source froide : l’air ou aérothermie

Source froide : le sol ou géothermie

Source froide : l’eau ou hydrothermie

Influence sur le choix du type de source chaude et son dimensionnement

Régime de température

Les émetteurs à eau

Les émetteurs à air

Inertie de l’émetteur

Influence sur le choix du type de compresseur

Besoins thermiques et électriques d’un bâtiment moderne

Besoins thermiques

Comment déterminer les besoins de chaleur ?

Comment déterminer les besoins d’électricité ?

Intérêt énergétique, environnemental et financier de l’association

Scénario de départ

Simulation

Il y a t-il un intérêt réel d’association ?

Niveau énergétique

Niveau environnemental

Niveau financier

Aspect hydraulique et de régulation

Condition de cohabitation

Aspect hydraulique

Température de retour

Configuration de collecteur

Configuration des équipements de production

Exemple 1 : Deux chaudières à condensation et un cogénérateur à huile végétale

Exemple 2 : Une chaudière traditionnelle, une chaudière à condensation et un cogénérateur

Exemple 3 : une chaudière à condensation à un seul retour et un cogénérateur

Aspect de régulation globale

Dimensionnement de la production de chaleur

Le principe du dimensionnement

Attention à la température extérieure de référence !

Faut-il surdimensionner la production de chaleur pour permettre l’intermittence ?

Durant la saison de chauffe

Lors de la situation la plus critique

Faut-il tenir compte des pertes de distribution ?

Comment vérifier que le dimensionnement a été effectué correctement ?

Déperditions au travers des parois et pertes par ventilation

Puissance de relance

Influence de la performance de l’enveloppe du bâtiment

Facteurs d’influence

Exemple 1

Exemple 2

Exemple 3

En résumé

Intérêt énergétique, environnemental et financier

Scénario de départ

Simulation

Y a-t-il un intérêt réel d’association ?

Niveau énergétique

Niveau environnemental

Niveau financier

Aspect hydraulique et de régulation

Condition de cohabitation

Aspect hydraulique

Température de retour