En rénovation, les contraintes sont plus importantes (l’accès à la lumière naturelle et le câblage,…) sont par exemple déterminés).
Selon ces contraintes, les moyens donnés (rénovation partielle ou complète) et les objectifs fixés (diminuer les consommations, diminuer les coûts d’entretien ou améliorer le confort lumineux), on tentera au maximum de se rapprocher des objectifs de performance en conception neuve.
Les classes sont généralement caractérisées par un taux élevé d’éclairage naturel. Il est donc très rare que l’éclairage artificiel doive, à lui seul, assurer l’éclairage d’un espace.
La commande de l’éclairage général d’une salle de classe peut ainsi s’effectuer par zones. Le plus logique est de piloter les lignes de luminaires parallèles aux baies vitrées de manière à pouvoir éteindre la plus proche de la lumière du jour quand la luminosité extérieure le permet.
Dans une classe à aménagement variable, la mise à disposition de plusieurs allumages permet une grande souplesse d’utilisation du local. Dans le cas d’une classe maternelle, par exemple, le zonage peut être fait selon les différentes « régions » de la classe, en créant différentes ambiances : le coin « lecture », le coin « sieste », le coin découverte, le coin bricolage, … Néanmoins, il risque d’être difficile à réaliser si l’implantation même des « coins » est sujette à modifications fréquentes…
Le zonage de l’éclairage en fonction des différentes activités est primordial. Il faudra pouvoir régler le niveau d’éclairement en fonction des différents moyens de projection utilisés, soit par l’utilisation de ballasts électroniques HF dimmables (c’est-à-dire permettant un réglage en continu du flux lumineux des lampes), soit par l’emploi de veilleuses commandées séparément. Dans le cas de grands auditoires, cette commande sera placée à proximité de l’orateur.
Proposition de commande de l’éclairage pour une salle de classe, à deux portes d’entrée, utilisée le jour et le soir :
L’interrupteur commandant les rangées de luminaires les plus éloignées des fenêtres doit être mis en évidence, par exemple en étant de couleur rouge. Cela incitera les utilisateurs à d’abord allumer les deux rangées côté couloir, avant d’allumer éventuellement la rangée proche des fenêtres.
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.
La qualité de l’éclairage naturel dans un hall de sports réside dans son aptitude à éclairer les surfaces de jeux le plus longtemps possible sans risque d’éblouissement et de surchauffe.
Spécifiquement dans les halls sportifs, il est intéressant d’exploiter la lumière zénithale de par la disponibilité de grandes surfaces peu encombrées par rapport aux façades.
En éclairage naturel zénithal, l’orientation a toute son importance. Par exemple, l’orientation au nord permet de bénéficier d’un éclairage « diffus » très important et constant sous nos latitudes. L’avantage de l’orientation au nord des baies vitrées réside aussi dans l’absence d’éblouissement direct du rayonnement solaire.
Lors de la conception d’un hall de sports, une attention toute particulière doit être apportée à la quantité et à la qualité de lumière du jour apportée aux plateaux sportifs.
À partir de la modélisation d’un hall de sports classique, l’influence de la proportion d’ouvertures en toiture et de l’orientation du bâtiment sur l’éclairage naturel du plateau sportif principal a été évaluée. Cette évaluation a été validée par une simulation dynamique d’éclairage naturel (réalisée à l’aide du logiciel Daysim).
L’éclairage naturel est réalisé via une ouverture zénithale située au faîte de la toiture. Cette ouverture consiste en un lanterneau en polycarbonate opalin à triple parois de 32 x 4 m (soit 128 m² de base) orienté le long de l’axe NNE-SSO (244° de décalage par rapport au nord).
Ouverture zénithale classique : hall de sport de Grez-Doiceau.
Aucune baie vitrée n’est placée dans les parois verticales de la salle, à l’exception de la surface vitrée communiquant avec la cafétéria en partie supérieure des gradins.
Les caractéristiques des plateaux sportifs sont les suivantes :
4 tailles de lanterneau zénithal sont simulées :
⇒ Très petit lanterneau
Proportion d’ouvertures en toiture : 6 %.
⇒ Petit lanterneau
Proportion d’ouvertures en toiture : 10 %.
⇒ Grand lanterneau
Proportion d’ouvertures en toiture : 17 %.
⇒ Très grand lanterneau
Proportion d’ouvertures en toiture : 23 %.
8 décalages par rapport au nord sont simulés dynamiquement, de 0 à 360°, par pas de 45°. En effet, le lanterneau n’étant pas centré sur l’aire de jeu (voir image ci-dessous), on ne peut pas considérer qu’un décalage de 45° par rapport au nord donnera les mêmes résultats qu’un décalage de 225°.
Vue en plan du bâtiment décalé de 45° par rapport au nord. La surface de calcul est représentée en bleu.
Les résultats sont évalués sur base d’une comparaison du facteur, de l’autonomie et de l’éclairement utile de lumière du jour.
Exemple de simulation pour une ouverture équivalent à 6 % de la surface de toiture :
⇒ Facteur lumière du jour
⇒ Autonomie lumière du jour – 300 lux (9h00 à 23h00).
⇒ Autonomie en lumière du jour – 100 < % < 2 000 lux (09h00 à 23h00)
| Analyse des résultats | ||
|---|---|---|
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FLJ |
DA |
UDI |
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FLJ > 2 % |
DA > 40 % |
UDI > 50 % |
(*)
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À la lecture des résultats (voir graphique ci-dessous), on peut remarquer que, pour une même orientation du bâtiment :
Influence de la proportion d’ouvertures en toiture sur l’éclairage naturel du plateau sportif.
Augmenter de façon exagérée la proportion d’ouvertures en toiture n’est donc pas à conseiller, du point de vue de l’éclairage naturel, car ceci peut mener à un éclairement trop important qui augmentera le risque d’éblouissement pour les sportifs ; il faut trouver un juste équilibre entre l’éclairage naturel utile et la réduction des besoins en éclairage artificiel. Dans l’étude de cas qui nous concerne, cet optimum semble se situer aux environs de 10 % d’ouvertures en toiture.
Les simulations dynamiques (voir graphique ci-dessous) montrent que, pour une même configuration des ouvertures, l’orientation du bâtiment a une grande influence sur l’éclairement de jour utile et sur l’autonomie de lumière du jour, et donc également sur les consommations en éclairage artificiel. Ces deux valeurs réagissent cependant de manière antinomique à la variation de l’orientation du bâtiment. Une fois de plus, du point de vue de l’éclairage naturel, il faut trouver un optimum entre un éclairement de lumière du jour réellement utile pour les activités sportives qui devront se dérouler sur le plateau et une autonomie de lumière du jour la plus élevée possible.
Influence de l’orientation du bâtiment sur l’éclairage naturel du plateau sportif (via un lanterneau zénithal décentré).
Les conclusions ci-dessus ne prennent en compte que les aspects liés à l’éclairage, mais il ne faut surtout pas oublier que les ouvertures pratiquées dans l’enveloppe du bâtiment sont également source de déperditions thermiques et de surchauffes estivales.
Il convient donc également de simuler le comportement thermique du plateau sportif en fonction de la proportion d’ouvertures en toiture et de l’orientation du bâtiment afin de savoir si l’optimum en termes d’éclairage correspond à l’optimum en termes thermiques.
Pour rappel, les simulations dynamiques en éclairage naturel donnent une idée du confort visuel et des consommations énergétiques en éclairage artificiel.
Des simulations thermiques dynamiques sont souvent nécessaires afin de vérifier que les options prises suite aux simulations dynamiques en éclairage naturel ne vont pas à l’encontre du bilan énergétique global qui associera les consommations électriques en éclairage artificiel aux consommations dues au chauffage et éventuellement au refroidissement du bâtiment étudié.
Outre les hypothèses prises lors des simulations en éclairage naturel (horaire d’occupation, orientation de base du bâtiment, volumétrie, …), les hypothèses suivantes sont prises :
Au cours des différentes simulations, on fait varier :
| U parois [W/(m².K)] | |||
|---|---|---|---|
|
Type de paroi |
Réglementaire | Basse énergie | Très basse énergie |
|
Mur Mur contre terre Sol Toiture Vitrage Lanterneau |
0,5
0,9 0,9 0,3 1,1 1,3 |
0,25
0,25 0,25 0,2 1,1 1,1 |
0,15
0,15 0,15 0,15 0,7 0,7 |
On remarque sur les graphiques ci-dessus que la consommation d’électricité pour l’éclairage artificiel du plateau sportif diminue fortement lorsque la proportion d’ouvertures en toiture varie de 0 à 5 %, puis décroit ensuite lentement au-delà de 5 %.
La consommation de chauffage, quant à elle, augmente de manière constante avec la proportion d’ouvertures tandis que la consommation de refroidissement ne commence à devenir significative qu’au-delà de 20 % d’ouvertures.
En mettant ces résultats en concordance avec les simulations d’éclairage naturel, on peut trouver un optimum commun aux deux simulations aux alentours de 10 % d’ouvertures en toiture. Cette valeur est, bien entendu, propre à l’étude de cas qui nous occupe ici ; il faut seulement retenir qu’il est important, lors de la conception des ouvertures, de prendre en compte les aspects thermiques en parallèle avec les aspects visuels.
Le graphique ci-dessous montre que les besoins énergétiques de chauffage sont minimisés lorsque les locaux à température de consigne élevée (tels que les vestiaires) et avec de grandes ouvertures destinées à capter les apports solaires (tels que la cafétéria) sont orientés plein sud. Les besoins énergétiques de refroidissement étant faibles dans le cas des halls de sports, l’impact de l’orientation du bâtiment sur ceux-ci est très peu perceptible.
De plus, le modèle de simulation intégrant un lanterneau zénithal comme seule ouverture dans l’enveloppe extérieure du plateau sportif, l’orientation de celui-ci n’a quasiment aucun impact sur les besoins énergétiques du hall de sports.
En comparant ces résultats avec ceux des simulations d’éclairage naturel, on aperçoit que l’orientation préférentielle de notre modèle en termes thermiques est également celle qui apporte le plus grand éclairement de lumière du jour utile (de 100 à 2 000 lux) pour le plateau sportif.
Ceci constitue un argument supplémentaire en faveur de l’orientation nord-sud pour le hall de sports, avec les vestiaires et la cafétéria au sud et le plateau sportif au nord, malgré le fait que l’autonomie de lumière du jour soit minimale pour le plateau sportif lorsque le bâtiment est orienté de cette manière.
Le type de vitrage influence également les besoins en chauffage et en froid.
Dans le modèle considéré, un vitrage clair en toiture donnera plus d’apports solaires, mais risquera d’induire de la surchauffe, contrairement à un vitrage opalin.
D’autres configurations existent pour éclairer naturellement le plateau sportif modélisé. Deux sont proposées ci-dessous et sont ensuite comparées avec modèle initial (éclairé par un lanterneau zénithal opalin orienté NNE-SSO).
Caractéristiques :
Caractéristiques :
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Modèle 1 Éclairage zénithal opalin NNE-SSO |
Modèle 2 Éclairage bilatéral nord et sud |
Modèle 3 Éclairage par sheds au nord |
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|---|---|---|---|
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|
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| FLJ > 2 % |
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| Éclairement de lumière du jour utile |
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| Autonomie de lumière du jour min-max |
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| Consommation d’éclairage avec et sans dimming |
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| Avantages |
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| Inconvénients |
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Partant du principe que le confort lumineux doit être assuré en présence ou pas d’éclairage naturel, un complément d’éclairage artificiel est nécessaire. Normativement, le dimensionnement de l’éclairage artificiel s’effectue sans les apports de lumière naturelle. La démarche énergétique d’un système d’éclairage artificiel réside donc dans sa capacité à moduler la puissance installée en fonction de l’éclairage naturel. En effet, pour autant qu’il n’y ait pas d’éblouissement, meilleure l’autonomie en lumière du jour sera, moins fort sera le poids des consommations d’éclairage artificiel pour donner le complément de confort nécessaire.
Dans le cas de l’atelier considéré, le choix du type d’éclairage artificiel et surtout du type de luminaire, passe par une étude de type Dialux permettant de comparer des luminaires entre eux.
La salle est éclairée artificiellement au moyen de 4 rangées de 10 plafonniers industriels Zumtobel Copa A-B 1/400W HIT/HST E40 VVG KSP IP65 équipés d’une lampe de 400 W aux iodures métalliques à brûleur quartz. Ces luminaires peuvent également être équipés de lampes à vapeur de sodium haute pression.
La simulation Dialux (logiciel gratuit) permet d’évaluer principalement le niveau d’éclairement moyen, l’uniformité de l’éclairement et l’efficacité énergétique (en W/m²).
Position de la surface de calcul.
En fonction du nombre de luminaires, de leurs caractéristiques lumineuses, de leur disposition au dessus des aires de jeux, …, les niveaux d’éclairement sont calculés dans Dialux.
Plan d’implantation des luminaires.
Courbes isolux.
Le niveau d’éclairement moyen calculé est de 876 lux (soit 745 lux après dépréciation). Ce niveau d’éclairement correspond au niveau moyen recommandé pour des compétitions nationales et internationales (750 lux). Il aurait pu être dimensionné entre 500 et 600 lux (après dépréciation) dans le cas bien précis de cette salle de compétition moyenne.
L’uniformité d’éclairement (Emin/Emoy) calculée est de 0,66. Une valeur supérieure ou égale à 0,7 aurait été préférable pour les compétitions (amateurs ou professionnelles).
L’UGR maximum calculé dans les 2 directions du terrain est de 26. Cette valeur est peu représentative pour ce type de salle. En effet, étant donné qu’il s’agit d’un terrain omnisports, l’emplacement idéal et l’orientation des luminaires pour empêcher l’éblouissement par la vue des sources lumineuses sont impossibles.
Les lampes utilisées (aux iodures métalliques) ont des températures de couleur froides (3 200 à 5 600 K) qui s’équilibrent avec la lumière du jour lorsque l’éclairage artificiel est utilisé parallèlement à celle-ci. Elles ont également un bon indice de rendu des couleurs (65 à 90) qui permettra de bien distinguer les différentes lignes de jeux, à la fois pour les niveaux amateur et professionnel.
Les tracés de jeu sont très contrastés par rapport au sol. Ceci facilite la perception visuelle (qu’aucun éclairage ne pourrait suppléer).
Avec une puissance spécifique calculée de 2,73 W/m²/100 lux (20,33 W/m²), l’éclairage installé est performant (< 3 W/m²/100 lux) d’un point de vue énergétique. Ceci est principalement dû à l’utilisation de lampes aux iodures métalliques et de ballasts électroniques.
Les parois verticales de la salle sont réalisées en blocs de béton peints avec une couleur claire à l’exception des murs de la réserve de matériel sportif qui sont, quant à aux, peints avec une couleur plus foncée. L’uniformité d’éclairement pourrait éventuellement être améliorée si on les repeignait avec une couleur claire.
La commande d’éclairage de cette salle est séparée en 2 zones mal réparties :
Il serait préférable de pouvoir commander l’allumage séparé des 3 à 5 aires de jeux (basket-ball, volley-ball et badminton) situées transversalement par rapport à l’aire de jeux principale (football en salle et handball) de manière à éviter que tous les terrains soient éclairés alors qu’un seul est occupé. Il serait également utile de pouvoir adapter le niveau d’éclairement des terrains au sport pratiqué, au niveau de jeu (loisir ou compétition) et à l’apport de lumière naturelle.
Dans une démarche de construction ou de rénovation durable, on privilégiera l’utilisation de la lumière naturelle à la place de l’éclairage artificiel. La qualité « spectrale » de la lumière naturelle ainsi que sa variabilité et ses nuances offrent une perception optimale des formes et des couleurs. L’éclairage artificiel doit être donc considéré comme un complément à la lumière naturelle.
En confort lumineux, l’objectif premier est de privilégier l’ouverture des espaces de travail vers la lumière naturelle tout en sachant qu’une trop grande ouverture des façades est souvent synonyme d’éblouissement. Cependant, l’éblouissement peut être assez facilement traité par un store interne.
D’un point de vue énergétique, l’utilisation de l’éclairage naturel comme « source » lumineuse est gratuite ; ce qui signifie que la facture électrique d’éclairage artificiel sera d’autant plus réduite que l’éclairage naturel exploité. De plus, en améliorant la qualité énergétique de l’enveloppe, que ce soit en conception ou en amélioration, les consommations énergétiques d’éclairage deviennent prépondérantes.
À titre d’exemple, les clefs de répartition énergétique pour un ancien bâtiment « passoire » et un nouveau bâtiment très performant sont les suivantes :
Dans ce type de bâtiment « passoire », les consommations de chauffage et l’éclairage sont prédominants dans le sens où les parois sont très déperditives et l’installation d’éclairage peu performante.
Un bâtiment très performant et bien étudié au niveau de l’enveloppe limite ses dépenses énergétiques tant en chauffage qu’en refroidissement. Si l’installation électrique n’est pas performante (comme le montre cet exemple), les consommations d’éclairage en énergie primaire deviennent prépondérantes.
En absolu, on peut apprécier l’effort réaliser sur les consommations en énergie primaire. On réduit effectivement par 3 ces consommations primaires.
On se retrouve devant le défi, surtout pour le tertiaire, d’optimiser les consommations énergétiques d’éclairage en maximisant les apports gratuits d’éclairage naturel.
Attention cependant que dans bien des projets de conception ou de rénovation de bâtiments tertiaires, des trop grandes ouvertures génèrent des risques de surchauffe en été et des déperditions plus importantes en hiver. Le gestionnaire du bâtiment risque d’avoir la mauvaise surprise de payer une facture énergétique plus importante de climatisation en été et de chauffage en hiver. Cependant, les performances thermiques des vitrages actuels et le choix d’une bonne stratégie de protection solaire limitent l’impact respectivement des déperditions et des surchauffes sur le bilan énergétique global. Il en résulte que la consommation énergétique principale risque bien de devenir l’éclairage artificiel.
Bien des paramètres viennent influencer de manière plus ou moins significative la pénétration de la lumière dans les espaces de travail :
Exemple d’analyse en autonomie en lumière du jour.
Pour un projet de taille importante, une étude par un bureau spécialisé est toujours intéressante sachant qu’il est possible d’optimiser conjointement les conforts lumineux et thermiques par des simulations dynamiques tenant compte de l’ensoleillement et du climat à tout moment de l’année et disponibles sous forme de bases de données type « météonorm » par exemple.
L’étude de cette influence porte sur un projet de conception d’un ensemble de plateaux de bureaux dans un immeuble tour. Une série de simulation dynamique en éclairage naturel (ECOTECH et DAYSIM) sont réalisées afin de mettre en évidence l’influence :
L’objectif des simulations est de réaliser un arbitrage entre différentes configurations de module de bureau. À chaque étape d’optimisation, l’arbitrage élimine les moins bonnes solutions.
La modulation des façades influence la pénétration de la lumière naturelle dans l’espace de travail. C’est ce qu’on se propose d’étudier ici.
| Analyse des résultats | ||
|---|---|---|
| FLJ (Facteur de Lumière du jour) > 3 % |
Position du bureau |
DA (Autonomie en Lumière du Jour) |
| 1 < FLJ < 2 % | Éloigné de la fenêtre | DA < 20 % |
| 3 % < FLJ < 5 % | Proche de la fenêtre | 50 % < DA |
|
Les bureaux côté intérieur devront bénéficier régulièrement d’un système d’éclairage artificiel. |
||
| Analyse des résultats | ||
|---|---|---|
| FLJ (Facteur de Lumière du jour) > 3 % |
Position du bureau |
DA (Autonomie en Lumière du Jour) |
| 1 < FLJ < 2 % | Éloigné de la fenêtre | 20 % < DA < 50 % |
| 3 % < FLJ < 5 % | Proche de la fenêtre | 50 % < DA |
|
Pour une même surface vitrée, une large fenêtre permet de laisser entrer plus facilement la lumière naturelle qu’une fenêtre étroite. |
||
Tout en conservant la taille de la baie vitrée de 180 x 237 cm pour laquelle la pénétration de la lumière est la meilleure, on remplace un trumeau de section rectangulaire par un trumeau de section trapézoïdale.
| Analyse des résultats | ||
|---|---|---|
| FLJ (Facteur de Lumière du jour) > 3 % |
Position du bureau |
DA (Autonomie en Lumière du Jour) |
| 1 < FLJ < 3 % | Éloigné de la fenêtre | 30 % < DA < 50 % |
| 3 % < FLJ < 5 % | Proche de la fenêtre | 50 % < DA |
|
Les trumeaux trapézoïdaux améliorent légèrement la couverture des besoins d’éclairage par de l’éclairage artificiel. Cependant, on comprend aisément que la mise en œuvre de tel trumeaux risque de poser des problèmes. |
||
| Analyse des résultats | ||
|---|---|---|
| FLJ (Facteur de Lumière du jour) > 3 % |
Position du bureau |
DA (Autonomie en Lumière du Jour) |
| 2,5 % < FLJ < 3 % | Éloigné de la fenêtre | 40 % < DA < 50 % |
| 5 % < FLJ | Proche de la fenêtre | 50 % < DA |
|
La configuration des modules de façade devient optimale. Cependant, pour les bureaux le long de la fenêtre, le risque d’éblouissement croît. |
||
En conception, dans la modulation de façade, l’optimum de la couverture d’éclairage par la lumière naturelle (gratuite) passe par le choix d’une ouverture large pour les baies vitrées avec un vitrage de transmission lumineuse élevée. En rénovation, c’est du cas par cas ! Attention, cependant, que la limite d’ouverture à outrance des baies vitrées risque de provoquer de l’inconfort visuel (éblouissement) et thermique (surchauffe). Pour cette raison, l’étude doit souvent être complétée par des simulations thermiques dynamiques.
La modulation des cloisons internes va aussi modifier le niveau d’exploitation de la lumière naturelle. Ici, un seul module de bureau est modélisé. Seule la position des parois varie. Pour ce type de configuration, les vitrages ont une transmission lumineuse TL de 50 %.
| Analyse des résultats | ||
|---|---|---|
| FLJ (Facteur de Lumière du jour) > 3 % |
Position du bureau |
DA (Autonomie en Lumière du Jour) |
| 0 < FLJ < 1,2 % | Éloigné de la fenêtre | DA < 20 % |
| FLJ < 3 % | Proche de la fenêtre | DA < 50 % |
|
Le cloisonnement des plateaux de bureaux ne favorise pas l’entrée de la lumière dans le local individuel. Même la lumière naturelle n’apprécie pas l’individualisme ! |
||
| Analyse des résultats | ||
|---|---|---|
| FLJ (Facteur de Lumière du jour) > 3 % |
Position du bureau |
DA (Autonomie en Lumière du Jour) |
| 1 < FLJ < 1,5 % | Éloigné de la fenêtre | DA < 20 % |
| 3 % < FLJ | Proche de la fenêtre | 50 % < DA |
|
Une ouverture plus large permet de bénéficier une qualité de lumière acceptable pour les plans de travail situé côté fenêtre. |
||
| Analyse des résultats | ||
|---|---|---|
| FLJ (Facteur de Lumière du jour) > 3 % |
Position du bureau |
DA (Autonomie en Lumière du Jour) |
| 0 < FLJ < 1,2% | Éloigné de la fenêtre | DA < 20 % |
| FLJ < 3 % | Proche de la fenêtre | DA < 50 % |
|
Le cloisonnement désaxé du trumeau (centrée avec l’axe du châssis) n’est pas vraiment une bonne idée. En rénovation, par exemple, ce type d’aménagement de cloison se rencontre souvent. À éviter si possible ! |
||
Le cloisonnement des plateaux de bureaux au sens large du terme en bureaux individuel est, dans la mesure du possible, à éviter. On comprend bien que ce soit régulièrement impossible à envisager. Cependant, une ambiance chaleureuse de travail dans un paysager permet souvent d’optimiser le niveau de pénétration de la lumière naturelle.
L’épaisseur plus ou moins variable des trumeaux (ou l’épaisseur de la façade) crée un ombrage fluctuant. Cette influence est décrite ci-dessous pour des épaisseurs variant de 70 à 40 cm.
Épaisseur des trumeaux : 70 cm – Facteur de lumière du jour et Autonomie en lumière du jour
Épaisseur des trumeaux : 60 cm – Facteur de lumière du jour et Autonomie en lumière du jour
Épaisseur des trumeaux : 50 cm – Facteur de lumière du jour et Autonomie en lumière du jour
Épaisseur des trumeaux : 40 cm – Facteur de lumière du jour et Autonomie en lumière du jour
| Analyse des résultats | ||
|---|---|---|
| Épaisseur des trumeaux de 70 cm | ||
| FLJ (Facteur de Lumière du jour) > 3 % |
Position du bureau |
DA (Autonomie en Lumière du Jour) |
| FLJ < 3 % | Éloigné de la fenêtre | DA < 50 % |
| 3 % < FLJ < 6 % | Proche de la fenêtre | 50 % < DA |
|
Épaisseur des trumeaux de 60 cm. |
||
| FLJ < 3 % | Éloigné de la fenêtre | DA < 50 % |
| 3 % < FLJ < 6 % | Proche de la fenêtre | 50 % < DA |
|
Épaisseur des trumeaux de 50 cm |
||
| FLJ < 3 % | Éloigné de la fenêtre | DA < 50 % |
| 3 % < FLJ < 6 % | Proche de la fenêtre | 50 % < DA |
|
Épaisseur des trumeaux de 40 cm |
||
| FLJ < 3 % | Éloigné de la fenêtre | DA < 50 % |
| 6 %< FLJ | Proche de la fenêtre | 50 % < DA |
Attention toutefois à l’épaisseur trop faible des trumeaux qui risque d’occasionner un risque d’éblouissement. Dans la construction ou la rénovation basse énergie, les épaisseurs des parois ont tendance à augmenter ; ce qui a pour conséquence de réduire la pénétration de la lumière dans les espaces mais de réduire les risques de surchauffe. Décidément, la Belgique est vraiment la championne du compromis !
Autonomie en lumière de jour pour une orientation nord.
Pour une orientation nord, l’autonomie en lumière du jour est suffisante pour les espaces bureaux à proximité de la baie vitrée. Mais on voit tout de suite la limite de pénétration de la lumière naturelle à savoir : la mi-profondeur du local étudié.
Autonomie en lumière du jour pour une orientation sud.
Pour une orientation sud, la pénétration de la lumière naturelle est importante. On pourrait pratiquement équiper les espaces de bureaux sur toute la profondeur du local.
Intérêt du store pour une orientation sud.
Les hypothèses prises pour réaliser les simulations sont les suivantes :
Lampe fluocompacte 4 broches.
Module LED.
Initialement, les luminaires « downlights » ont été développés pour accueillir des lampes fluocompactes à broches de puissance réduite. Actuellement, une alternative plus économique est le downlight à LED. Le luminaire complet est prévu uniquement pour y intégrer un module LED (éventuellement remplaçable).
D’un point de vue de l’éblouissement direct ou indirect via les écrans d’ordinateurs, tout comme les luminaires pour les tubes fluorescents, les luminaires « downlight » suivent la norme EN 12464-1. Il existe des downlights équipés d’une optique spéciale (forme adaptée du réflecteur) pour limiter les luminances. Mais il existe également des grilles pour limiter les luminances (UGR < 19) des downlights.
Les downlights performants ont une luminance moyenne faible pour des angles ϒ supérieurs à leur angle de défilement (voir illustration ci-après). Ils sont caractérisés par des optiques en aluminium.
Pour les luminaires éclairant des postes de travail avec équipement de visualisation, la norme EN 12464-1 spécifie que pour des angles d’élévation supérieurs ou égales à 65°, la luminance moyenne des luminaires ne doit pas dépasser les valeurs reprises dans le tableau suivant et ce en fonction de la luminance moyenne propre des écrans concernés :
| État de luminance élevé de l’écran | Écran à haute luminance L > 200 cd.m-2 |
Écran à luminance moyenne L ≤ 200 cd.m-2 |
|---|---|---|
| Cas A
(polarité positive et exigences normales concernant la couleur et le détail des informations affichées, comme pour les écrans utilisés dans les bureaux, pour l’éducation, etc.) |
≤ 3 000 cd/m² | ≤ 1 500 cd/m² |
| Cas B
(polarité négative et/ou exigences plus élevées concernant la couleur et le détail des informations affichées, comme pour les écrans utilisés pour le contrôle des couleurs en conception assistée par ordinateur etc.) |
≤ 1 500 cd/m² | ≤ 1 000 cd/m² |
| Exemple.
Ce luminaire basse luminance répond à norme EN 12464-1 car la luminance est inférieure à 200 Cd/m² pour des angles d’élévation > 65° quel que soit le plan considéré. L’angle de défilement dans l’axe longitudinal et l’axe transversal est de 60°.
|
L’équipement permettant l’alimentation de la LED est appelé couramment un « driver » de LED. L’alimentation s’effectue en courant continu dans le sens passant. La stabilité de l’alimentation de la LED dépend de la qualité du redresseur AC/DC et du filtre « lisseur » de tension. Suivant la qualité de ce dernier, la fluctuation du flux lumineux (papillotement) peut être source d’inconfort visuel sachant que la LED n’a qu’une très faible rémanence et, par conséquent, n’agit pas comme moyen de lissage supplémentaire.
« Driver » de LED.
Jusqu’il y a peu, on sous-estimait l’importance de l’alimentation par rapport à la source LED. Pourtant, les exigences principales par rapport à une bonne alimentation sont sévères :
Le mode de pilotage des alimentations peut être de différents types :
Relation courant-tension dans une LED.
Le pilotage en courant est souvent préféré au pilotage en tension pour les simples raisons :
Un pilotage en tension de plusieurs LED en parallèle (courant différent dans chaque LED) peut aussi entrainer des différences de courant entre chaque LED qui sont sensées donner la même lumière.
Influence du courant sur la chromatique.
Le pilotage en PWM (Pulse Width Modulation) est souvent utilisé dans le domaine de l’éclairage sachant que les LEDs sont très peu sensibles à ce type de modulation. L’avantage également est que ce pilotage permet de réaliser un dimming comme le montre la figure suivante.
Modulation du courant en fonction de la modulation de la largeur d’impulsion.
Lorsque le luminaire LED est « dimmé » par son alimentation, une variation de l’efficacité et du facteur de puissance (cos φ) de l’alimentation apparait.
En fonction du niveau de courant, une dérive du spectre des LEDs est observé et différent suivant le mode de pilotage et le type de technologie des LEDs blanches, à savoir :
Sur base du graphique ci-dessus, on peut retirer les grandes lignes suivantes :
Le contrôle simultané du niveau de rouge et de vert pour la technologie RGB en mode de pilotage DC paraît délicat et coûteux.
Dans la mesure du possible, on préfèrera une alimentation déportée pour éviter d’influencer l’alimentation par la chaleur dégagée par la ou les LED(s) du luminaire. Cette configuration déportée devra tenir compte de l’adaptation :
Dans le cas d’alimentation intégrée ou embarquée dans le luminaire, l’alimentation sera soumise par conduction, ou même par convection, à l’échauffement des LEDs. Il y a lieu d’en tenir compte.
| Exemple :
Le type de lampe développé ci-contre dispose de 3 dissipateurs thermiques radiaux (un tous les 120°). L’alimentation se trouve entre le culot et l’ampoule. Entre 2 dissipateurs, une ou plusieurs LEDs sont placées. La raison d’être des dissipateurs au niveau de la partie « éclairante » de la lampe s’explique par la nécessité d’évacuer la chaleur vers le bas plutôt que vers le haut sachant que l’alimentation se trouve au-dessus de la source lumineuse lorsque la lampe est « tête en bas ». |
Les luminaires, en plus de produire de la lumière, vont également dégager de la chaleur. Une grande partie de l’énergie consommée est transformée en chaleur et doit être évacuée par la machine frigorifique. Il y a plusieurs manières de limiter les apports thermiques de l’éclairage et ainsi de diminuer les consommations énergétiques des meubles frigorifiques.
| Exemple.
Selon |
Toute l’énergie consommée par les lampes est transformée en chaleur par :
En fonction de la famille de lampes considérée, la répartition de ces divers apports sera différente. Il est essentiel de tenir compte de cette répartition pour éviter des élévations de température trop importantes.
Parmi les manières envisageables pour limiter ces apports thermiques, on peut par exemple :
Dans toutes les applications, il y a lieu de limiter les apports thermiques du système d’éclairage. Ceux-ci se paieront par une surconsommation au niveau de la climatisation et/ou des machines de froid alimentaire.
Deux caractéristiques permettent de choisir correctement le type de lampe à utiliser :
Pour éviter un apport calorifique trop important, on réalisera le système d’éclairage à partir de tubes fluorescents.
Ces lampes émettent un rayonnement infrarouge important (de l’ordre de 75 % de la puissance de la lampe). Comme les infrarouges et les rayons lumineux se réfléchissent en même temps, les lampes à réflecteur et les projecteurs intensifs vont provoquer des élévations de température très importantes dans l’axe du faisceau.
Les lampes à rayonnement dirigé dites à « faisceau froid » ou dichroïque » limitent le rayonnement infrarouge direct. Le miroir de ces lampes, conçu pour réfléchir la lumière, est transparent pour les radiations infrarouges indésirables. Lorsque l’on utilise ce genre de lampe, il faut s’assurer que le luminaire utilisé est susceptible de les recevoir, car, sans précaution, elles provoquent un échauffement supplémentaire de la douille, du câblage et de la partie arrière du luminaire.
Ces lampes émettent une très faible proportion de rayons infrarouges courts. Par contre, les tubes à décharge des halogénures métalliques et des sodiums haute pression émettent une quantité importante d’infrarouges moyens. En ce qui concerne les lampes fluorescentes, on ne fera attention qu’aux niveaux d’éclairement très élevé qui sont les seuls à produire un effet thermique direct perceptible.
Si l’effet calorifique du rayonnement de ces lampes est relativement faible, la transformation en chaleur de l’énergie électrique consommée (lampe et ballast) ne doit pas être sous-estimée. L’élévation de la température des parois du luminaire va transformer celui-ci en émetteur d’infrarouges longs susceptibles d’influencer la distribution thermique du local et/ou du meuble frigorifique.
Les lampes LED ne génèrent pas ou peu de rayonnement infrarouge (IR) ou ultraviolet (UV) dans le flux lumineux.
C’est la température de jonction qui influence le flux lumineux de la LED chip et donc son efficacité lumineuse. Les LED conviennent particulièrement bien pour les applications à basse température (surgélation, réfrigération, …) sachant que le flux lumineux augmente avec l’abaissement de la température de jonction. De plus, pour les basses températures, la durée de vie augmente.
Le tableau suivant donne les bilans énergétiques de quelques types de lampes.
| Bilans énergétiques de quelques lampes (d’après C. Meyer et H. Nienhuis) | |||||
|---|---|---|---|---|---|
| Type de lampe | Conduction et convection [%] | Rayonnement [%] | Rayonnement lumineux [%] | Puissance à installer par 100 lm [W] | |
| UV | IR | ||||
| Incandescentes 100 W | 15 | 75 | 10 | 10 | |
| Fluorescentes rectilignes | 71.5 | 0.5 | (1) | 28 | 1.4 |
| Fluorescente compactes | 80 | 0.5 | (1) | 19.5 | 1.8 |
| Halogénures métalliques | 50 | 1.5 | 24.5 | 24 | 1.3 |
| Sodium haute pression | 44 | 25 | 31 | 1 | |
| (1) Dans le cas de lampes fluorescentes dont la surface développée est importante, on pourrait séparer le rayonnement infrarouge (long). Pour les lampes fluocompactes cette distinction est inutile. | |||||
|
Exemple. Par exemple si 2 500 lm doivent être fournis, les bilans énergétiques des différentes installations deviennent :
Cet exemple montre bien l’intérêt d’utiliser des lampes à décharge. Leur faible coût d’achat, leur longue durée de vie, leur bon indice de rendu des couleurs font des lampes fluorescentes le choix le plus adapté. |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Pour éviter de consommer inutilement de l’énergie (de l’ordre de 10 % de l’énergie de jour fournie par l’évaporateur), l’éclairage du meuble doit être prévu en dehors de la zone froide. D’une part, les lampes fluorescentes ont une mauvaise efficacité lumineuse à basse température, d’autre part, les luminaires sont des sources de chaleur. Comme dit précédemment, l’énergie électrique consommée par les lampes et les ballasts est transformée en chaleur. Pour cette raison on tentera au maximum de sortir les appareils des zones ou des meubles froids. Si le maître d’ouvrage se refuse à déplacer la lampe, il faudra tout de même essayer de sortir le ballast de la zone réfrigérée ou climatisée.
Dans la lutte contre les apports de rayonnements, les baldaquins de forme concave dont la face inférieure est recouverte d’un aluminium de type poli miroir non anodisé, peuvent être utiles.
Ces baldaquins interceptent une part importante de la lumière d’ambiance et il peut alors être nécessaire de faire recourt à un appoint d’éclairage. Ce complément peut être réalisé de manière confortable en utilisant comme réflecteur la sous face en aluminium du baldaquin.
Cela permet :
La plupart du temps, les constructeurs de meubles frigorifiques utilisent des lampes fluorescentes. Le problème est que ce type de lampes a une basse efficacité lumineuse aux basses températures comme le montre la figure suivante :
Les pertes peuvent donc être très importantes :
De nombreux fabricants proposent des solutions permettant de limiter l’influence de la température sur le flux de la lampe.
Certains constructeurs proposent ainsi une sorte de douille qui se monte sur une des extrémités de la lampe fluorescente, celle désignée comme étant le point froid de la lampe. Il y provoque une élévation de la température.
Une autre solution consiste à utiliser un tube de protection qui va permettre d’augmenter la température ambiante autour de la lampe.
Si dans la pratique, le niveau d’éclairement est suffisant, alors il est possible de remplacer la lampe par une autre de puissance plus faible, mais équipée de ce genre de solution.
|
Exemple. Soit une zone de froid positif (8 °C) équipé de tube T5 de 54 W (4450 lm à 25 °C). La faible température va influencer la lampe qui ne va émettre que 75 % de son flux théorique, soit un peu moins de 3500 lm. Une lampe de 35 W, équipée d’un dispositif permettant de combattre la baisse de la température fournira un flux équivalent. Il est ainsi possible de gagner 19 W par lampe tout en assurant le même confort. |
AVANT-PROPOS
INTRODUCTION
ANNEXE A (informative) : mesures du circuit d’éclairage
ANNEXE B (informative) : méthode de mesurage de la puissance totale des luminaires et de la puissance auxiliaire associée
ANNEXE C (informative) : détermination du facteur de dépendance de la lumière du jour
ANNEXE D (informative) : détermination du facteur de dépendance de l’occupation
ANNEXE E (informative) : détermination du facteur d’éclairement constant
ANNEXE F (informative) : valeurs de référence et critères de conception de l’éclairage
ANNEXE G (informative) : valeurs par défaut
ANNEXE H (informative) : autres considérations
ANNEXE I (informative) : liste des symboles
Dans le respect de la norme NBN EN 12464-1, l’objectif de la norme 15193 est d’établir des conventions et de donner un mode opératoire pour estimer les exigences énergétiques vis-à-vis de l’éclairage des bâtiments et de déterminer un indicateur numérique de la performance énergétique des bâtiments.
Pour une pièce ou une zone déterminée, le calcul de l’énergie totale utilisée pour l’éclairage s’effectue de la manière suivante :
|
Wt = WL,t + WP,t [kWh] WL,t = Σ{(Pn x Fc) x [(tD x Fo x FD) + (tN x Fo)]} / 1 000 [kWh] WP,t = Σ{{(Ppc x [ty – (tD + tN)]} + (Pem x tem)} / 1 000 [kWh] |
Où :
Et :
Pour une pièce ou une zone définie, le facteur de dépendance de la lumière du jour est donné par la relation suivante :
|
FD,n = 1 – (FD,S,n x FD,C,n) FD,mois = 1 – (FDS x FDC x CDS) |
Où :
Lorsqu’une zone est aveugle, le facteur de dépendance de la lumière du jour est de 1.
La méthodologie pour déterminer le facteur FD,n comprend 5 étapes :
Ce facteur est surtout lié :
Dans toutes les installations d’éclairage, le niveau d’éclairement après un certain temps diminue par rapport celui obtenu lors de la mise en service. Il est donc impératif de tenir du facteur de maintenance. C’est ce dernier qui conditionne le facteur d’éclairement constant FC.
L’énergie totale annuelle consommée à l’échelle du bâtiment :
| W = WL + WP [kWh/an] |
Où :
C’est en fait la consommation spécifique de l’éclairage ramenée au m².
| LENI = W / A [kWh/(m² x an)] |
Où A est la surface plancher du bâtiment [m²].
Ou encore :
| LENI = {Fc × PN/1 000 ×[(tD × FD × FO) +(tN × FO)]} + 1 + {5/ty × [ty – (tD+ tN)]} [kWh/(m² • an)] |
Des valeurs de référence et critères de conception de l’éclairage sont repris dans le tableau suivant permettant d’appréhender des ordres de grandeur par défaut nécessaire au calcul des consommations spécifiques des luminaires.
| ECL sans système de régulation à éclairement constant | ECL avec système de régulation à éclairement constant | |||||||||||||||
| PN | tD | tN | Fc | Fo | FD | LENI | LENI | LENI | LENI | |||||||
| Classe de qualité | Puissance auxiliaire de secours Pem [kWh/(m².an)] | Puissance auxiliaire de secours Ppc [kWh/(m².an)] | W/m² | h | h | ECL sans rec | ECL avec rec | Man | Auto | Man | Auto | Valeur limite [kWh/(m².an)] | ||||
| Bureau | * | 1 | 5 | 15 | 2 250 | 250 | 1 | 0,9 | 1 | 0,9 | 1 | 0,9 | 42,1 | 35,3 | 38,3 | 32,2 |
| ** | 1 | 5 | 20 | 2 250 | 250 | 1 | 0,9 | 1 | 0,9 | 1 | 0,9 | 54,6 | 45,5 | 49,6 | 41,4 | |
| *** | 1 | 5 | 25 | 2 250 | 250 | 1 | 0,9 | 1 | 0,9 | 1 | 0,9 | 67,1 | 55,8 | 60,8 | 50,6 | |
| Établissement d’enseignement | * | 1 | 5 | 15 | 1 800 | 200 | 1 | 0,9 | 1 | 0,9 | 1 | 0,8 | 34,9 | 27 | 31,9 | 24,8 |
| ** | 1 | 5 | 20 | 1 800 | 200 | 1 | 0,9 | 1 | 0,9 | 1 | 0,8 | 44,9 | 34,4 | 40,9 | 31,4 | |
| *** | 1 | 5 | 25 | 1 800 | 200 | 1 | 0,9 | 1 | 0,9 | 1 | 0,8 | 54,9 | 41,8 | 49,9 | 38,1 | |
| Établissement sanitaire | * | 1 | 5 | 15 | 3 000 | 200 | 1 | 0,9 | 0,9 | 0,8 | 1 | 0,8 | 70,6 | 55,9 | 63,9 | 50,7 |
| ** | 1 | 5 | 25 | 3 000 | 200 | 1 | 0,9 | 0,9 | 0,8 | 1 | 0,8 | 115,6 | 91,1 | 104,4 | 82,3 | |
| *** | 1 | 5 | 35 | 3 000 | 200 | 1 | 0,9 | 0,9 | 0,8 | 1 | 0,8 | 160,6 | 126,3 | 144,9 | 114 | |
| Hôtellerie | * | 1 | 5 | 10 | 3 000 | 200 | 1 | 0,9 | 0,7 | 0,7 | 1 | 1 | 38,1 | 38,1 | 34,6 | 34,6 |
| ** | 5 | 20 | 3 | 3 000 | 1 | 0,9 | 0,7 | 0,7 | 1 | 1 | 72,1 | 72,1 | 65,1 | 65,1 | ||
| *** | 1 | 5 | 30 | 3 000 | 200 | 1 | 0,9 | 0,7 | 0,7 | 1 | 1 | 108,1 | 108,1 | 97,6 | 97,6 | |
| Restauration | * | 1 | 5 | 10 | 1 250 | 125 | 1 | 0,9 | 1 | 1 | 1 | – | 29,6 | – | 27,1 | |
| ** | 1 | 5 | 25 | 1 250 | 125 | 0,9 | 1 | 1 | 1 | – | 67,1 | – | 60,8 | – | ||
| *** | 1 | 5 | 35 | 1 250 | 125 | 1 | 0,9 | 1 | 1 | 1 | – | 92,1 | – | 83,3 | – | |
| Salle de sport | * | 1 | 5 | 10 | 2 000 | 200 | 1 | 0,9 | 1 | 1 | 1 | 0,9 | 43,7 | 41,7 | 39,7 | 37,9 |
| ** | 1 | 5 | 20 | 2 000 | 200 | 1 | 0,9 | 1 | 1 | 1 | 0,9 | 83,7 | 79,7 | 75,7 | 72,1 | |
| *** | 1 | 5 | 30 | 2 000 | 200 | 1 | 0,9 | 1 | 1 | 1 | 0,9 | 123,7 | 117,7 | 111,7 | 106,3 | |
| Commerce de détail | * | 1 | 5 | 15 | 3000 | 200 | 1 | 0,9 | 1 | 1 | 1 | – | 78,1 | – | 70,6 | |
| ** | 1 | 5 | 25 | 3000 | 200 | 1 | 0,9 | 1 | 1 | 1 | – | 128,1 | – | 115,6 | – | |
| *** | 1 | 5 | 35 | 3000 | 200 | 1 | 0,9 | 1 | 1 | 1 | – | 178,1 | – | 160,6 | – | |
| Usine | * | 1 | 5 | 10 | 2500 | 150 | 1 | 0,9 | 1 | 1 | 1 | 0,9 | 43,7 | 41,2 | 39,7 | 37,5 |
| ** | 1 | 5 | 20 | 2500 | 150 | 1 | 0,9 | 1 | 1 | 1 | 0,9 | 83,7 | 78,7 | 75,7 | 71,2 | |
| *** | 1 | 5 | 30 | 2500 | 150 | 1 | 0,9 | 1 | 1 | 1 | 0,9 | 123,7 | 116,2 | 111,7 | 105.0 | |
|
Il va de soi que la conception, l’installation, ou encore la rénovation d’un système d’éclairage doit se conformer aux normes EN 12464-.
Les critères de conception et de rénovation de l’éclairage sont mentionnés dans le tableau ci-dessous. |
||||||||||||||||
Où :
| Classe de critères de conception et rénovation des éclairages | |||
| * | ** | *** | |
|
Éclairement à maintenir sur les plans de travail horizontaux (Em horizontal) |
◙ | ◙ | ◙ |
|
Contrôle approprié de l’éblouissement (UGR) |
◙ | ◙ | ◙ |
|
Évitement des effets de scintillation et des effets stroboscopiques |
◙ | ◙ | ◙ |
|
Contrôle approprié de l’éblouissement par réflexion |
◙ | ◙ | |
|
Amélioration du rendu des couleurs |
◙ | ◙ | |
|
Évitement des ombres accentuées ou d’une lumière trop diffuse |
◙ | ◙ | |
|
Répartition appropriée de l’éclairement dans la pièce (Evertical) |
◙ | ◙ | |
|
Prise en compte particulière de la communication dans l’éclairage des visages (Ecylindrique) |
◙ | ||
|
Prise en compte particulière des questions relatives à la santé (°) |
◙ | ||
|
|||
Fig. 1 Pictogramme lié à la labellisation des lampes.
Ce règlement s’applique dès le 1er septembre 2013 aux lampes électriques telles que les lampes à filament , les lampes fluocompactes, les lampes à décharges à haute intensité et les lampes (et modules) LED (de plus de 30 lumens).
La réglementation définit les classes d’efficacité énergétique des lampes en fonction d’un critère de rendement. Ces classes (au nombre de 7) sont dénommées de A++ à E, la classe A++ ayant la meilleure efficacité énergétique. Les classes sont définies par un rapport entre une puissance absorbée par la lampe (et corrigée de la totalité des pertes de l’appareillage de commande) et une puissance de référence, nommée indice d’efficacité énergétique IEE. Les limites sont définies comme suit :
| Classe d’efficacité énergétique | Lampes non dirigées | Lampes dirigées |
|---|---|---|
| A++ (le plus efficace) | IEE ≤ 0.11 | IEE ≤ 0.13 |
| A+ | 0.11 < IEE ≤0.17 | 0.13 < IEE ≤0.18 |
| A | 0.17 < IEE ≤0.24 | 0.18< IEE ≤0.40 |
| B | 0.24 < IEE ≤0.60 | 0.40 < IEE ≤0.95 |
| C | 0.60 < IEE ≤0.80 | 0.95 < IEE ≤1.20 |
| D | 0.80 < IEE ≤0.95 | 1.20 < IEE ≤1.75 |
| E (le moins efficace) | 0.95 < IEE | 1.75 < IEE |
Le règlement n°874/2012 doit être appliqué en parallèle aux règlements n°244/2009, n°859/2009, n°245/2009, n°347/2010 et n°1194/2012 qui concernent les exigences d’écoconception des lampes et des équipements correspondants.
⇒ Pour en savoir plus : 
http://eur-lex.europa.eu
Le site internet du Bureau de Normalisation ( w ww.nbn.be) propose un moteur de recherche qui permet d’identifier toutes les normes relatives à un domaine en particulier. Celui-ci est 
disponible ici.
De même, sur ce site vous trouverez toutes les informations nécessaires pour la commande et la consultation de normes.
| Puissances (W) | Puissance driver (W) | Puissance totale (W) | Flux lumineux (lm) |
Efficacité lumineuse (ballast non compris) (lm/W) |
IRC | T° de couleur (K) |
Durée vie utile/Durée vie moyenne (h) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Forme standard (type remplacement incandescente) | |||||||
| 3 | 0,6 | 3,6 | 136 | 45 | 80-90 | 2 700-3 000 | 15 000-30 000 |
| 5 | 0,9 | 5,9 | 250 | 50 | |||
| 8 | 1,6 | 9,6 | 470 | 59 | |||
| 10 | 2 | 12 | 650 | 65 | |||
| 12 | 2,4 | 14,4 | 810 | 68 | |||
| 14,5 | 5,9 | 17,4 | 1 055 | 73 | |||
| Pour en savoir plus sur les LEDs et leur fonctionnement, cliquez-ici ! |
| Puissances (W) | Puissance ballast (W) | Puissance totale (W) | Flux lumineux (lm) |
Efficacité lumineuse (ballast non compris) (lm/W) |
IRC | T° de couleur (K) |
Durée vie utile/Durée vie moyenne (h) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 35 | 9,2 | 44,2 | 4 700 | 134 | – | 1 800 | 12 000 à 18 000 |
| 55 | 19 | 74 | 8 000 | 145 | |||
| 90 | 21 | 111 | 13 600 | 151 | |||
| 135 | 22,5 | 157,5 | 22 600 | 167 | |||
| 180 | 32 | 212 | 32 000 | 178 |
| Puissances (W) | Puissance ballast (W) | Puissance totale (W) | Flux lumineux (lm) |
Efficacité lumineuse (ballast non compris) (lm/W) |
IRC | T° de couleur (K) |
Durée vie utile (h) | Durée vie moyenne (h) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 50 | 8 | 58 | 2 000 | 40 | de 37 à 60 |
de 3 400 à 4 300 |
8 000 à 12 000 |
15 000 à 24 000 |
| 80 | 10 | 90 | 4 000 | 50 | ||||
| 125 | 14 | 139 | 6 000 | 54 | ||||
| 250 | 18 | 268 | 14 000 | 56 | ||||
| 400 | 20 | 420 | 24 000 | 60 | ||||
| 700 | 26 | 726 | 40 000 | 57 | ||||
| 1 000 | 40 | 1 040 | 60 000 | 60 |
| Puissances (W) | Puissance ballast (W) | Puissance totale (W) | Flux lumineux (lm) |
Efficacité lumineuse (ballast non compris) (lm/W) |
Efficacité lumineuse (ballast compris) (lm/W) | IRC | T° de couleur (K) |
Durée vie utile (h) | Durée vie moyenne (h) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Sodium standard |
|||||||||
| 70 | 11 | 81 | 6 600 | 94 | 81 | 25 | 2 000 | 16 000 | 25 000 |
| 100 | 14 | 114 | 10 500 | 105 | 92 | ||||
| 150 | 16 | 166 | 16 500 | 110 | 99 | ||||
| 250 | 26 | 276 | 32 000 | 128 | 115 | ||||
| 400 | 29 | 429 | 55 000 | 138 | 128 | ||||
Sodium « confort » ou « de luxe » |
|||||||||
| 150 | 16 | 166 | 13 000 | 86 | 78 | 65 | 2 150 | 13 000 | 25 000 |
| 250 | 26 | 276 | 23 000 | 92 | 83 | ||||
| 400 | 29 | 429 | 38 000 | 95 | 89 | ||||
Sodium « blanche » |
|||||||||
| 35 | 6 | 41 | 1 300 | 37 | 31 | 83 | 2 500 | 13 000 | 25 000 |
| 50 | 11 | 61 | 2 300 | 46 | 37,7 | ||||
| 100 | 15 | 115 | 5 000 | 48 | 41,7 | ||||
| Puissances (W) | Puissance lampe (W) | Puissance ballast (W) | Flux lumineux (lm) |
Efficacité lumineuse |
Efficacité lumineuse (ballast compris) (lm/W) |
T° de couleur |
Durée vie utile (h) |
Durée vie moyenne (h) | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Standard (tube à décharge en quartz) |
|||||||||
|
70 |
78 | 10,5 | 6 500 | 83 | 72 |
80
|
4 000
|
6 000 à 12 000 |
18 000
|
|
150 |
150 | 19 | 13 500 |
90 |
80 | 85
|
|||
|
250 |
246 | 19,5 | 21 500 |
86 |
85 | 85 | +/- 4 600
|
||
| 400 | 438 | 23 | 42 000 | 105 | 99 | ||||
| 1 000 | 1 000 | 48 | 97 000 | 97 | 93 |
|
|||
| 2 000 | 2 000 | 96 | 20 5000 | 103 | 98 | ||||
A brûleur céramique |
|||||||||
| 20 | 1 700 | 85 |
+/- 85
|
3 000 | 6 000 | 10 000 | |||
|
35 |
39 | 8 | 3 440 |
89 |
74 | 3 000
|
|||
| 70 | 73 | 13 | 6 800 | 97 | 82 | 3 000 ou 4 200 |
|||
| 150 | 147 | 17 | 14 000 | 95 | 87 | 3 000 ou 4 200 |
|||
| Puissance du système (W) | Flux lumineux (lm) |
Efficacité lumineuse |
T° de couleur |
Durée vie (h) |
|
|---|---|---|---|---|---|
|
55 |
3 500 | 65 |
80 |
2 700 3 000 4 000 |
60 000 |
|
85 |
6 000 |
70 |
80 |
||
| 165 | 12 000 | 70 | 80 |
| Puissances (W) | Flux lumineux (lm) |
Efficacité lumineuse |
T°de couleur |
Durée vie utile (h) |
Durée vie moyenne (h) | |
|---|---|---|---|---|---|---|
|
Lampe à culot à visser (1) (remplacement d’une lampe à incandescence) avec ballast conventionnel. |
||||||
|
9 |
350 | 39 | 80 | 2 700 |
|
15 000
|
|
13 |
550 |
42 |
||||
|
18 |
850 |
47 |
||||
| 25 | 1 200 | 48 | ||||
|
Lampe à culot à visser (1) (remplacement d’une lampe à incandescence) avec ballast électronique. |
||||||
|
5 |
240 |
48 |
80 | 2 700
|
20 000 | |
| 7 | 400 | 57 | ||||
| 11 | 640 | 58 | ||||
| 15 | 900 | 60 | ||||
| 20 | 1 260 | 63 | ||||
| 23 | 1 600 | 70 | ||||
|
Lampe à culot à broches (2) (2 ou 4). |
||||||
| 5 | 250 | 50 | 80 à 90
|
2 700 3 0003 500 4 0006 500 |
6 000 10 000 (ballast électronique). |
8 000 14 000 (ballast électronique).22 000 pour la version longue durée. |
| 7 | 400 | 57 | ||||
| 9 | 600 | 67 | ||||
| 11 | 900 | 82 | ||||
| 18 | 1 200 | 67 | ||||
| 26 | 1 800 | 69 | ||||
| 32 | 2 400 | 75 | ||||
| 36 | 2 900 | 81 | ||||
| 40 | 3 500 | 88 | ||||
| 55 | 4 800 | 87 | ||||
| Puissances (W) | Flux lumineux (lm) |
Efficacité lumineuse |
T°de couleur |
Durée vie utile (h) |
Durée vie moyenne (h) | |
|---|---|---|---|---|---|---|
Ø 26 mm ou T8, classe 1B, à 25°C |
||||||
|
18 |
1 350 |
75 |
80 à 90 |
2 700 3 000 4 000 6 5001 |
16 000 avec ballast électronique préchauffage
(42 000 pour la version longue durée) |
20 000 avec ballast électronique préchauffage
(50 000 pour la version longue durée) |
| 36 | 3 350 | 93 | ||||
| 58 | 5 200 | 90 | ||||
Ø 26 mm ou T8, classe 2, à 25°C |
||||||
| 18 | 1 100 | 64 | 60 à 80 | 2 900 4 000 |
5 000 | 14 000 |
| 36 | 2 600 | 83 | ||||
| 58 | 4 125 | 83 | ||||
Ø 16 mm ou T5, classe 1B HE, à 35°C |
||||||
| 14 | 1 250 | 96 | 85 | 2 700 3 000 3 500 4 000 5 000 6 5001 |
19 000
(30 000 pour la version longue durée) |
24 000
(45 000 pour la version longue durée) |
| 21 | 1 920 | 100 | ||||
| 28 | 2 600 | 104 | ||||
| 35 | 3 300 | 104 | ||||
Ø 16 mm ou T5, classe 1B HO, à 35°C |
||||||
| 24 | 1 750 | 89 | 85 | 2 700 3 000 3 500 4 000 5 000, 6 5001 |
19 000
(30 000 pour la version longue durée) |
24 000
(45 000 pour la version longue durée) |
| 39 | 3 100 | 92 | ||||
| 49 | 4 300 | 99 | ||||
| 54 | 4 450 | 93 | ||||
| 80 | 6 550 | 88 | ||||
1 Le flux lumineux (et donc l’efficacité lumineuse) est légèrement plus faible pour une T° de couleur de 6 500 K.
| Puissances (W) | Flux lumineux (lm) |
Efficacité lumineuse |
T°de couleur |
||
|---|---|---|---|---|---|
|
Lampe halogène « tension du réseau » (finition claire). |
|||||
|
40 |
490 | 12 |
100 |
3 000 |
2 000 |
|
60 |
820 |
14 |
|||
|
120 |
2 250 |
19 |
|||
|
160 |
3 100 |
19 |
|||
|
400 |
9 000 |
23 |
|||
| 1 000 | 22 000 | 22 | |||
| 2 000 | 44 000 | 22 | |||
|
Lampe halogène ECO « tension du réseau » (finition claire). |
|||||
| 40 | 590 | 15 | 100 | 2 800 | 2 000 |
| 60 | 980 | 16 | |||
| 120 | 2 300 | 19 | |||
| 160 | 3 300 | 21 | |||
Pour les « fans » des lampes à incandescence, voici les caractéristiques des survivantes que l’on pourrait retrouver dans des stocks « clandestins ». En effet, malgré leur retrait du commerce européen, certains restaurateurs, par exemple, ont constitué des réserves (dignes de celles des écureuils) afin de garantir à leur client la même ambiance lumineuse ! Le débat est lancé !
| Puissances (W) | Flux lumineux (lm) |
Efficacité lumineuse |
T° de couleur |
||
|---|---|---|---|---|---|
|
25 |
220 | 8,8 |
100 |
2 700 |
1 000 |
|
40 |
415 |
10,4 |
|||
|
60 |
710 |
11,8 |
|||
|
75 |
935 |
12,5 |
|||
|
100 |
1 300 |
13 |
|
Classe de luminaire |
Rendement inférieur (vers le bas) |
Rendement total |
|||
|
min. |
max. |
min. |
max. |
||
|
|
Tube nu, avec réflecteur. |
76 |
97 |
||
|
|
Luminaire à grilles, direct. |
44 |
93 |
||
|
|
Luminaire mixte, sans distinction de réflecteurs ou d’optiques. |
8 |
71 |
75 |
81 |
|
|
Luminaire à optique synthétique à structure prismatique. |
35 |
84 |
||
|
|
Luminaire à optique opale. |
29 |
75 |
||
|
|
Luminaire basse luminance. |
60 |
84 |
||
|
|
Downlight. |
24 |
92 |
||
|
|
Projecteur, 8 à 60 ° d’ouverture. |
40 |
97 |
||
|
|
Armatures intérieures. |
66 |
97 |
||
Les fabricants de luminaires LED, parlent directement en efficacité finale, c’est-à-dire qu’il donne la quantité finale de lumen par Watt sortant du luminaire LED. Cette efficacité prend également en compte la consommation du driver.
Remarque : L’efficacité « système lampe et luminaire » (autre que LED) se trouve en prenant en compte l’efficacité de la lampe, la consommation de son ballast et le rendement du luminaire dans lequel il se trouve. À titre d’exemple, calculons l’efficacité finale un T8 36 w dans un luminaire d’un rendement de 93 %.
Soit un T8 – 36 W – 3 200 lm – consommation du ballast 1,5 W dans un luminaire de 93 %, son efficacité finale sera de 79 lm/W.
3 200 / (36 + 1.5) × 0,93 = 79 lm/W
Le tableau suivant indique, dans le cadre d’activités typiques, le nombre d’heures de fonctionnement de l’installation d’éclairage :
| Types de bâtiment | Heures de fonctionnement annuel par défaut | ||
|---|---|---|---|
| tD | tN | tO | |
|
Bureaux |
2 250 | 250 | 2 500 |
|
Établissement scolaire |
1 800 | 200 | 2 000 |
|
Établissement sanitaire |
3 000 | 2 000 | 5 000 |
|
Hôtellerie |
3 000 | 2 000 | 5 000 |
|
Restaurant |
1 250 | 1 250 | 2 500 |
|
Établissement sportif |
2 000 | 2 000 | 4 000 |
|
Commerces |
3 000 | 2 000 | 5 000 |
|
Industrie |
2 500 | 1 500 | 4 000 |
tD : temps d’utilisation à la lumière du jour.
tN : temps d’utilisation en l’absence de lumière du jour.
tO : temps de fonctionnement annuel en fonction de l’usage du bâtiment.
|
|
Luminaire mobile avec lampe fluo compacte ou led de faible puissance. |
Pour l’éclairage local des postes de travail. |
|
|
Luminaire orientable avec lampe halogène, fluo compacte, led ou à décharge. |
Pour l’éclairage d’accentuation (musée, commerce, etc.) |
|
|
Avec réflecteur en aluminium. |
Pour l’éclairage décoratif, l’éclairage des espaces restreints ou l’illumination de cavités. Éviter les réflecteurs blancs. |
 |
Avec réflecteur en aluminium et diffuseur translucide. | Idem que précédent mais avec besoin de limitation de l’éblouissement direct. À éviter au maximum et privilégier la version sans diffuseur. |
|
|
Avec réflecteur en métal ou prismatique et avec ou sans diffuseur translucide ou verre de protection. |
Pour l’éclairage des espaces à grande hauteur sous-plafond (commerces, etc.). Éviter au maximum les réflecteurs transparents et les diffuseurs translucides. |
|
|
Avec diffuseur translucide. |
Pour l’éclairage des locaux avec un besoin de limitation de l’éblouissement direct (soins de santés, etc.). L’usage à but uniquement décoratif est à éviter (bureau, etc.) |
|
|
Luminaire d’appoint. |
À utiliser comme appoint pour fournir localement l’intensité lumineuse demandée, mais à éviter si la composante indirecte et/ou la puissance sont trop élevées. |
|
|
Généralement avec diffuseur translucide. |
Pour éclairage décoratif. |
|
|
Tube nu. |
Uniquement pour les pièces de service, peu utilisé, sans exigence de protection contre l’éblouissement. |
 |
Avec réflecteur industriel de préférence miroité (éviter les réflecteurs peints). | Pour l’éclairage général, hauteur sous plafond de 5m, avec ou sans ventelles en fonction des besoins en protection contre l’éblouissement direct. |
 |
Avec diffuseur translucide (ou prismatique). | A éviter au maximum. Pour usage décoratif et un besoin de limitation de l’éblouissement direct. |
|
|
Diffuseur translucide et réflecteur. |
A éviter au maximum. Pour usage décoratif et un besoin de limitation de l’éblouissement direct. |
|
|
Ventelles plates ou crantées en aluminium. |
Pour l’éclairage général et limitation de l’éblouissement direct. Les ventelles blanches sont à éviter. |
|
|
Ventelles paraboliques en aluminium. |
Pour l’éclairage général, avec présence d’écrans de visualisation et travail de haute précision. |
|
|
Ventelles paraboliques en aluminium et fermeture en verre. |
Pour les salles blanches et travail de haute précision. |
|
|
Tube fluorescent nu. |
Uniquement pour les pièces de service humides, peu utilisées, sans exigence de protection contre l’éblouissement. |
|
|
Réflecteur industriel miroité. |
Pour l’éclairage général des locaux humides ou poussiéreux, hauteur sous plafond de 4 à 5 m, avec ou sans ventelles en fonction du besoin de protection contre l’éblouissement direct. Les réflecteurs peints sont à éviter. |
|
|
Vasque transparente, structurée ou prismatique. |
Pour l’éclairage général des locaux humides ou poussiéreux avec nécessité de résistance aux chocs extérieurs ou internes (bris de lampe). |
|
|
Luminaire à ventelles paraboliques en aluminium et grille de protection en acier. |
Pour l’éclairage des salles de sport. Éviter les réflecteurs peints. |
Mise en garde : un système de gestion de l’éclairage ne fonctionne que s’il est parfaitement accepté par les occupants. L’imagination de ceux-ci est incroyable quand il s’agit de contrarier un système automatique ! Celui-ci doit donc être soit imperceptible, soit compris et accepté par les occupants. C’est d’autant plus vrai en rénovation puisqu’il y a un historique.<
On conseille souvent de ne pas pousser trop loin la recherche d’économies au détriment de la liberté des utilisateurs et de la simplicité du système. Dans les locaux de bureau, par exemple, les occupants doivent pouvoir allumer ou éteindre un luminaire, faire varier la puissance émise par un luminaire ou personnaliser leur ambiance de travail.
Dans un premier temps, on peut influencer ces comportements par l’information et la motivation de l’utilisateur, sans modifier le mode de commande de l’installation.
Dans ce cas, la collaboration des utilisateurs sera d’autant plus facile que ceux-ci disposent de commandes personnelles et ergonomiques. Ceci implique un zonage des commandes, et, par exemple, le rapatriement des commandes vers la table de travail ou l’utilisation de télécommandes à infrarouge.
Ou de télécommande sans fil et sans pile.
Ainsi, dans les grands bureaux, il faut dans la mesure du possible donner la possibilité aux occupants de gérer l’éclairage au niveau de leur propre zone de travail.
L’utilisateur pourra être sensibilisé :
Dans un local équipé d’un éclairage fluorescent à ballast électromagnétique ou électronique sans préchauffage, il est préférable d’éteindre si l’inoccupation excède 15 à 30 minutes. Éteindre pour des absences plus courtes n’est pas économiquement rentable à cause de la diminution de la durée de vie des lampes avec l’augmentation du nombre d’allumages. Dans tous les autres cas (lampes incandescentes, fluorescentes avec ballast électronique à préchauffage, LEDS), une extinction est recommandée quelle que soit la durée de l’absence.
Note : souvent une installation d’éclairage à LED reste allumée inutilement car on pense que les LEDS ne consomment rien… un des avantages des LEDS est l’allumage et l’extinction immédiat et sans problèmes donc profitons de cet avantage pour encore économiser plus d’énergie !
|
Exemple de zonage pour une salle de sport : Dans une salle omnisports, il est inutile d’éclairer toute la salle alors qu’un seul terrain est occupé. Il est important de prévoir un zonage, c’est-à-dire une commande séparée pour les différents terrains de la salle. Les lignes de jeux s’entremêlent.
Il existe donc plusieurs manières de regrouper les luminaires qui seront commandés en une seule fois. On analysera donc chaque cas, en tenant compte de :
Voici un exemple possible de zonage :
|
Si l’horaire de travail est fixe, une horloge peut commander l’éclairage en tout ou rien par zone ou pour l’ensemble du bâtiment.
Dans les grands bureaux, les occupants se sentent moins concernés par la gestion de l’éclairage général. Ceci justifie une coupure générale en fonction d’un horaire.
Dans les petits bureaux, l’occupant est plus conscient de son rôle. Les systèmes automatiques auront donc moins d’impact. On peut alors préconiser des systèmes qui poussent l’utilisateur à prendre la décision d’allumer ou d’éteindre la lumière à plusieurs moments de la journée, par exemple par une extinction automatique suivant un horaire.
Attention, la coupure automatique de l’ensemble de l’éclairage est dangereuse si elle plonge tout le bâtiment dans le noir alors que des personnes sont encore présentes. Une solution peut être une extinction graduelle par groupes de luminaires avec possibilité de relance.
L’horaire peut intégrer le passage à un éclairage réduit pour les tâches d’entretien, par exemple la coupure de 2/3 des appareils.
| Gestion de l’éclairage des Moulins de Beez. |
Dans certains cas, il est plus rentable d’investir dans un détecteur de présence que dans la rénovation de l’appareil d’éclairage. Ceci permet d’éviter un investissement important et de réaliser immédiatement des économies substantielles.
La détection de présence est recommandée dans les locaux où la présence de personnes est occasionnelle, comme par exemple dans les salles de réunion, dans les locaux d’archives d’archives (si un rayonnage n’implique pas un trop grand nombre de détecteurs) ou encore dans certains couloirs, …
a href= »https://www.energieplus-lesite.be/index.php?id=19073″>Pour estimer la rentabilité d’un détecteur de présence.(XLS)
Dans les couloirs et les escaliers, la détection de présence peut être remplacée par une simple minuterie.
L’utilisation de ces systèmes implique une certaine prudence dans les locaux où les mouvements des occupants sont faibles comme les bureaux. Les détecteurs peu sensibles risquent de ne pas détecter les mouvements légers engendrés par le travail sur ordinateur ou la lecture.
La rentabilité d’un détecteur de présence dépend :
Toute gestion qui prévoit des séquences d’allumage/extinction en fonction de la présence n’est pas recommandée avec des lampes à décharge. En effet, après extinction des lampes, celles-ci nécessitent un certain temps avant de se refroidir. Si on essaie de la rallumer, le ballast va envoyer une tension élevée aux électrodes de la lampe. Cette tension ne suffira pas à allumer la lampe tant que celle-ci est chaude. Cette répétition va cependant user la lampe et diminuer sa durée de vie.
Les lampes à décharge haute pression doivent être utilisées avec des cycles de 8 à 12 h. Avec des cycles plus courts, la durée de vie des lampes diminue fortement. Pour des cycles de 3 heures, par exemple, la durée de vie des lampes chute à 50 %.
Avec des lampes à décharge haute pression, la gestion en fonction de la présence des occupants ne consiste pas à allumer l’installation en cas de présence et à l’éteindre en cas d’absence, mais à faire varier le flux lumineux d’un niveau bas en cas d’absence vers un niveau élevé en cas de présence.
Une économie énergétique très importante peut être obtenue par la gestion automatisée de l’éclairage en fonction de l’éclairage naturel, accompagnée ou non d’une gestion en fonction de la présence dans certains locaux/zones.
Si les mesures réalisées sur le site montrent un apport important de lumière naturelle dans quelques locaux, il sera utile de jouer sur des capteurs de luminosités pour commander les lampes (on/off par des cellules crépusculaire ou dimmable en fonction de l’éclairage du jour).
Nous préférons des ballasts électroniques dimmables à une commande ON/OFF pour des raisons de confort visuel.
Pour la gradation en fonction de la lumière du jour, plusieurs systèmes sont disponibles sur le marché (par lampe, par groupe de lampes, extinction complet ou non, par local ou programmable par bâtiment entier (p.ex. avec des ballasts programmables DALI (Digital Adressable Lighting Interface…)).
| la fenêtre comme capteur de lumière naturelle. |
Lorsque l’on veut améliorer la gestion des luminaires de manière approfondie, un frein à l’initiative réside dans la peur de devoir recâbler une partie ou l’ensemble de l’installation.
En fonction de sa direction, la lumière peut provoquer l’apparition d’ombres marquées qui risquent de perturber le travail effectué.
Lorsque la lumière provient du côté droit pour les droitiers et du côté gauche pour les gauchers.
Lorsque la lumière est dirigée dans le dos des occupants.
À l’inverse, une lumière non directionnelle, telle qu’on peut la créer avec un éclairage artificiel purement indirect, rendra difficile la perception des reliefs et peut rendre, par exemple, les visages désagréables à regarder.
Avec un éclairage directionnel et avec un éclairage diffus.
Une pénétration latérale de la lumière naturelle satisfait généralement à la perception tridimensionnelle du relief des objets et de leur couleur, grâce à sa directionnalité et à sa composition spectrale. Le cas est idéal mais le niveau d’éclairement diminue dès qu’on s’éloigne des fenêtres.
L’éblouissement est dû à la présence, dans le champ de vision, de luminances excessives (sources lumineuses intenses) ou de contrastes de luminance excessifs dans l’espace ou dans le temps.
Suivant l’origine de l’éblouissement, on peut distinguer :
|
|
|
|
L’éblouissement direct produit par un objet lumineux (lampe, fenêtre, …) situé dans la même direction que l’objet regardé ou dans une direction voisine. |
L’éblouissement par réflexion produit par des réflexions d’objets lumineux sur des surfaces brillantes (anciens écrans d’ordinateur, plan de travail, tableau …). |
En éblouissement direct, on peut donc distinguer 2 types d’éblouissement :
Le premier type d’éblouissement se rencontrera dans des locaux où l’axe du regard est toujours relativement proche de l’horizontale. C’est le cas dans les classes ou bureaux par exemple. Le deuxième cas se présente dans les salles de sport, par exemple, car l’axe de vision d’un sportif est constamment changeant et que celui-ci regarde vers le haut pour suivre les balles en hauteur.
En éclairage naturel, l’éblouissement peut être provoqué par la vue directe du soleil, par une luminance excessive du ciel vu par les fenêtres, ou par des parois réfléchissant trop fortement le rayonnement solaire et provoquant des contrastes trop élevés par rapport aux surfaces voisines. Il est intéressant de noter qu’une plus grande ouverture à la lumière naturelle cause moins d’éblouissement qu’une petite car elle augmente le niveau d’adaptation des yeux et diminue le contraste de luminance.
Deux métriques sont couramment utilisées pour décrire l’éblouissement à la lumière naturelle : le Daylight Glare Probability (DGP) et le Daylight Glare Index (DGI).
En éclairage artificiel, l’éblouissement peut être provoqué par la vue directe d’une lampe ou par sa réflexion sur les parois polies des luminaires, sur les surfaces du local ou sur des objets.
L’éblouissement direct provoqué par un luminaire est d’autant plus fort pour une position donnée de l’observateur que :
La position des luminaires et la répartition de la lumière qu’ils émettent sont donc fondamentales. D’autant que le degré de tolérance à l’éblouissement venant d’un luminaire (source lumineuse de petite taille) est plus faible que celui venant d’une fenêtre (source lumineuse de grande taille).
La couleur de la lumière artificielle a une action directe sur la sensation de confort de l’ambiance lumineuse d’un espace. Elle n’influence cependant pas les performances visuelles.
Pour la qualifier, on définit la température de couleur (exprimée en Kelvins (K)). On parlera généralement de teinte chaude (température de couleur < 3 000 K) ou froide (température de couleur > 3 000 K). Plus une couleur est chaude visuellement, plus sa température thermique (en degré Kelvin) est donc faible.
Une lumière de couleur « chaude » est composée majoritairement de radiations rouges et oranges. C’est le cas des lampes à incandescence normales.
Les tubes fluorescents standards génèrent une lumière « froide » composée principalement de radiations vertes, violettes et bleues.
Ci-dessous, on illustre la variation de la sensation de confort de l’ambiance lumineuse d’un local en fonction de la température de couleur des tubes fluorescents choisis et ce pour un même niveau d’éclairement.
De plus, les couleurs chaudes (rouge, orange) des objets sont plus agréables lorsqu’elles sont éclairées par une lumière chaude plutôt que par une lumière froide, mais par contre la lumière chaude tend à noircir les couleurs froides (bleu, violet). Ceci se manifeste particulièrement bien dans l’éclairage à incandescence classique.
Les radiations colorées émises par les objets et l’environnement peuvent aussi produire certains effets psycho-physiologiques sur le système nerveux. C’est ainsi que les couleurs de grandes longueurs d’onde (rouge, orange) ont un effet stimulant tandis que celles de courtes longueurs d’onde (bleu, violet) ont un effet calmant. Les couleurs intermédiaires (jaune, vert) ont, de même que le blanc, un effet tonique et favorable à la concentration. Les couleurs foncées et le gris ont par contre une action déprimante.
Enfin les couleurs peuvent contribuer dans une large mesure à modifier la dimension apparente des surfaces et des volumes. Les couleurs chaudes seront de préférence utilisées dans des locaux de dimensions exagérées tandis que les couleurs froides seront choisies pour les locaux de dimensions réduites.
Quelques températures de couleur sont reprises dans le tableau suivant :
Le DA (Daylight Autonomy) est défini comme étant le pourcentage des heures occupées par an, où le niveau minimum d’éclairement requis peut être assuré par la seule lumière naturelle. Un objectif raisonnable est d’arriver à un temps d’utilisation de l’éclairage naturel d’au moins 50-60 % (pour un horaire de 8h00 à 18h00).
Une autonomie en lumière du jour de 60 % pour un lieu de travail occupé en semaine de 8 h à 18 h. et un éclairement minimum de 500 lux implique que l’occupant est en principe capable de travailler 60 % de l’année uniquement avec de l’éclairage naturel.
En première approximation, ceci entraîne un facteur de lumière du jour de 2,5 (exigence de 300 lux) à 4 % (exigence de 500 lux) dans les locaux de vie, et de 1,5 % dans les circulations et sanitaires (exigence de 100 lux).
Deux types d’autonomie en éclairage naturel doivent être distingués : l’autonomie statique et l’autonomie dynamique.
L’autonomie statique est basée sur l’évaluation du facteur de lumière du jour au point considéré et tient donc compte des conditions de ciel couvert. Elle ne considère ni le ciel clair ni intermédiaire, pas plus que les protections solaires.
Au contraire, l’autonomie dynamique en éclairage naturel est basée sur la prédiction de l’éclairement au point considéré, à chaque pas de temps (horaire ou inférieure) pour l’année entière. L’éclairement est donc prédit à partir d’un fichier météo.
Une majeur partie du contenu de cette page provient du rapport « Energy audit et inspection procedures » réalisé lors de la sous-tâche C de la tâche 50 de l’AIE (Agence Internationale de l’Énergie). Pour plus d’information, le rapport complet des méthodes d’audit et procédure d’inspection peut être téléchargé ici en français.
Cette métrique traduit le facteur lumière du jour en une estimation du pourcentage de temps durant lequel le niveau d’éclairement requis sera atteint grâce à la lumière naturelle. L’autonomie diffuse en éclairage naturel est basée sur des données météo horaires.
Un des avantages de cette métrique est qu’elle permet d’estimer les consommations annuelles d’éclairage électrique. Par exemple, si l’autonomie diffuse moyenne est de 64 %, le pourcentage de temps durant lequel les lampes seront allumées peut être estimé à 36%, des heures d’occupation.
Le DDA est hautement dépendant de l’orientation du local et de la localisation du bâtiment (la latitude est un facteur majeur). Comme elle est basée sur le niveau d’éclairement requis, l’autonomie diffuse en éclairage naturel est également liée à la fonction du local.
Cette métrique ne prend pas en compte la contribution du soleil. Cependant, comme beaucoup d’études ont montré que l’utilisation d’une protection solaire est assez imprévisible, il semble acceptable de compter sur l’éclairement diffus pour estimer avec un taux de confiance raisonnable, la contribution de l’éclairage naturel à l’éclairement intérieur. De plus, dans beaucoup de cas, quand le soleil frappe la façade, des systèmes d’ombrage appropriés sont déployés de manière à bloquer la pénétration du rayonnement solaire direct sans obscurcir la pièce et donc sans résulter en un allumage des lampes.
L’autonomie dynamique en éclairage naturel est basée sur la prédiction de l’éclairement au point considéré, à chaque pas de temps (horaire ou inférieure) pour l’année entière. L’éclairement est donc prédit à partir d’un fichier météo.
La notion d’autonomie dynamique en éclairage naturel est complétée par des modèles qui prédisent, pour chaque pas de temps, le statut du système de contrôle des protections solaires. Cette notion est appelée autonomie dynamique « effective » en éclairage naturel.
L’utilisation de l’autonomie dynamique est récente. Par conséquent, les valeurs cibles définies par les auteurs doivent être étudiée en profondeur est adaptées de manière à considérer le climat du site.
Par exemple, les critères de Rogers définissent que :
Une autre cible peut être d’atteindre la moitié de l’autonomie d’un point extérieur non ombré, ayant le même profil d’occupation que le bâtiment étudié, pour la même localisation (Critère de Reinhart & Walkenhorst). Un espace est donc considéré comme éclairé naturellement s’il reçoit suffisamment de lumière naturelle durant au moins la moitié du temps durant laquelle le point extérieur obtient assez de lumière.
L’autonomie dynamique en éclairage naturel est basée sur le climat, elle est donc supposée être une des métriques les plus précises pour évaluer la disponibilité d’éclairage naturel dans un bâtiment. Cependant le calcul de cette valeur à plusieurs limites :
Exemple de carte temporelle. ( Source: J. Mardaljevic)
L’autonomie dynamique continue est une métrique dérivée de l’autonomie dynamique. Cette métrique met en évidence la contribution bénéfique de la lumière naturelle, même à bas niveau. Elle modélise en quelque sorte l’autonomie qu’on obtiendrait dans un local équipé d’un système de gradation de l’éclairage électrique.
Comme pour l’autonomie dynamique, il n’existe actuellement pas de valeurs cibles. Ces valeurs devraient en principe dépendre du climat, de l’occupation et du type de bâtiment et devrait probablement être définies par pays.
Cependant, comparer la valeur de l’autonomie continue devrait permettre aux concepteurs de choisir parmi différentes options de configuration.
L’autonomie maximale en éclairage naturel est définie comme le pourcentage d’heures d’occupations durant lesquelles du soleil direct entre dans le bâtiment ou que des niveaux excessif d’éclairage naturel sont atteints.
Le niveau maximum est fixé en fonction des objectifs établis pour le calcul de l’autonomie dynamique. Il vaut 10 fois cette valeur (c’est-à-dire que si l’objectif d’éclairement pour l’autonomie dynamique est de 300 lux, le niveau maximum acceptable sera de 3 000 lux). Cette manière de fixer la valeur maximum est la faiblesse de cette métrique car elle est intuitive, plutôt que basée sur des résultats expérimentaux.
Cependant, l’usage de l’autonomie maximale de manière à évaluer des situations critiques, quand trop de lumière naturelle pénètre dans le bâtiment, donne une première idée de l’endroit du local où de tels problèmes pourraient apparaître.
De manière à évaluer la qualité d’un espace éclairé naturellement, l’Illuminating Engineering Society (IES) a défini l’autonomie spatiale en éclairage naturel sDA. Cette métrique décrit la possibilité qu’un local profite de suffisamment de lumière naturelle, sur base d’une année.
L’autonomie spatiale en éclairage naturel est définie comme le pourcentage de la surface de travail qui atteint un niveau d’éclairement naturel minimum, pour une fraction donnée des heures d’utilisation du bâtiment, pour une année, c.-à-d., qui rencontre une certaine autonomie en éclairage naturel.
Les seuils recommandés sont 300 lux et 50 % des heures d’opération, de 8h00 à 18h00 (heure locale en tenant compte du changement d’heure d’été) et le sDA est donné en pourcents. Ainsi l’autonomie spatiale est calculée comme ceci :
sDA (300 lx, 50 %) = (surface analysée avec un éclairement ≥ 300lx pour au moins 50% des heures d’utilisation) / (surface totale d’analyse) * 100
Selon IES, les valeurs cibles pour l’autonomie spatiale sont :
L’autonomie spatiale en éclairage naturel s’appuie sur des calculs basés sur des données climatiques. Elle tient donc en compte la contribution du ciel et du soleil ainsi que les systèmes d’ombrage dynamiques. Cependant, le sDA ne fournit aucune information sur un éventuel inconfort visuel. Celui-ci pourrait être évalué par le calcul de l’éblouissement annuel.
L’UDI (Useful Daylight Illuminance) est le pourcentage des heures occupées par an où l’éclairement assuré par la seule lumière naturelle est compris entre 500 lx et 2 500 lx.
Cette valeur intègre le manque en lumière naturelle, mais également le risque de niveau d’éclairement trop élevé qui peut être associé à un inconfort des occupants et des apports solaires trop élevés.
À la place de fixer une valeur cible d’éclairement, l’UDI mesure la fréquence, sur un an, d’une gamme de niveaux d’éclairement atteints.
Quatre catégories sont définies.
Ces limites peuvent être discutées en fonction de l’activité réalisée dans le local et de l’occupation. Ainsi, une autre considération est de définir les heures de l’année qui doivent être prises en compte.
Ce nombre peut être défini par les heures d’occupation du bâtiment ou par les heures d’éclairement naturel durant l’année.
Il n’existe actuellement pas de cible définie qui permettrait de certifier que si l’UDI est atteint sur une certaine superficie du local, le local est bien éclairé. En effet, les objectifs dépendent fortement du climat, de l’orientation, de l’application (travail sur pc, sur papier, dessin, …).
Cependant, l’UDI reste une métrique utile permettant de mettre en évidence les zones sur-éclairées (pour lesquelles un ombrage serait nécessaire) et sous-éclairées et permettant de comparer différentes configurations d’un bâtiment.
Plus le facteur de lumière du jour et l’autonomie en lumière du jour sont élevés, plus le temps d’utilisation des locaux avec la lumière naturelle est élevé, limitant ainsi la consommation d’éclairage artificiel.
Ainsi les courbes CIE donnent une indication de la disponibilité d’éclairement extérieur diffus uniquement selon la latitude ; l’orientation et le rayonnement direct ne sont toutefois pas pris en compte.
La figure suivante présente ces courbes liant latitude et éclairement extérieur :
Pourcentage d’heures entre 9h00 et 17h00 où le niveau d’éclairement est disponible ou dépassé. (source : CIE – Commission Internationale de l’Éclairage).
| Par exemple, pour un bâtiment de bureau situé à Uccle (50,8° Latitude Nord), dont l’éclairement total doit valoir 500 lux. Supposons qu’on mesure un facteur de lumière du jour de 6 % en un point. La valeur d’éclairement extérieur nécessaire pour atteindre 500 lux vaut donc 8 333 lux (= 500/0.06).
Si on trace une ligne horizontale à 8 333 lux, celle-ci rencontre la ligne verticale correspondant à la latitude au point A. Ce point est situé sur une courbe (non dessinée) qui correspond environ à 73 %. Ce qui veut dire qu’un point du local ayant un facteur de lumière du jour de 6 % disposera de 500 lux pendant 73 % du temps de travail, en moyenne sur l’année. Notons que cet abaque est relativement pessimiste puisqu’elle ne tient compte que d’un ciel couvert. On peut dire qu’elle convient assez bien pour des ouvertures orientées au Nord. Elle n’est pas très satisfaisante… mais l’analyse détaillée (dynamique) requiert des outils bien plus avancés qui restent pour l’instant au niveau de la recherche ! |
Lorsqu’on parle de lumière, on considère qu’elle est à la fois une particule élémentaire (photon) et une onde électromagnétique.
L’onde électromagnétique est caractérisée par :
La relation suivant unit la longueur d’onde et la vitesse de propagation :
λ = C / F
où :
Pour une vitesse de la lumière de 299,792,458 m.s-1 et une longueur d’onde de 380 nm (bleu) la fréquence de propagation est de :
F = 299,792,458 / 450 x 10-9 = 780 THz
À titre comparatif, le tableau suivant donne une idée des longueurs d’onde de différents types de rayonnement :
| Longueur d’onde (dans le vide) | Domaine | Fréquence | Commentaire |
|---|---|---|---|
| Plus de 10 m | radio | inférieure à 30 MHz | |
| de 1 mm à 30 cm | micro-onde (Wifi, téléphones portables, radar, etc.) | de 1 GHz à 300 GHz | incluse dans les ondes radio |
| de 780 nm à 500 µm | infrarouge norme NF/en 1836 | ||
| de 380 nm à 780 nm | lumière visible | de 350 THz à 750 THz | rouge (620-780 nm) |
| orange (592-620 nm) | |||
| jaune (578-592 nm) | |||
| vert (500-578 nm) | |||
| bleu (446-500 nm) | |||
| violet (380-446 nm) | |||
| de 10 nm à 380 nm | ultraviolet | de 750 THz à 30 PHz | |
| de 10-11 m à 10-8 m | rayon X | de 30 PHz à 30 EHz | |
| < à 5 x 10-12 m | Rayon γ (gamma) | supérieure à 30 EHz |
Remarque : le spectre de la lumière naturelle est changeant suivant l’état du ciel : en fonction de la présence ou pas de nuage, leur densité, leur forme, … le spectre lumineux évolue.
Spectre lumière naturelle.
En éclairage artificiel, on tente toujours de se rapprocher de la lumière naturelle qui est, par définition, une lumière blanche. C’est indispensable de s’en rapprocher pour une question principalement de confort visuel. On imagine difficilement pour des occupants de bâtiments tertiaires de travailler dans une ambiance de couleur jaune comme c’est le cas, par exemple, chez certains fabricants de téléviseur.
Spectre lampe à incandescence.
Lampe à incandescence : bon exemple de lumière blanche.
La lumière blanche artificielle qui se rapproche le plus de la lumière naturelle est donnée par la lampe à incandescence. Indépendamment des considérations énergétiques (cette lampe est amenée à disparaître à terme), la lampe à incandescence reste, sans conteste, la source de référence par rapport à la qualité visuelle d’une lampe artificielle.
Toutes les couleurs du spectre visible peuvent être représentées dans un diagramme de chromaticité de la Commission Internationale de l’Éclairage (CIE).
Quelques paramètres caractéristiques :
Source : Cette rubrique est basée sur la brochure « Le confort visuel et la normalisation (Normes & Règlements) » éditée par le CSTC en 2003.
La perception de la lumière est un des sens les plus importants de l’Homme. Grâce à cette perception, nous pouvons appréhender facilement l’espace qui nous entoure et nous mouvoir aisément dedans. L’œil, jouant le rôle d’interface avec l’environnement est sensible non seulement aux caractéristiques de la lumière, mais aussi au niveau de ses variations et de sa répartition. L’œil est indubitablement une merveille de « technologie naturelle » capable de s’adapter aux conditions extrêmes qui règne sur notre planète, mais, naturellement, a ses limites au niveau adaptation et accommodation ; ce qui consiste les limites du confort visuel.
La luminance, l’éclairement, l’éblouissement et les contrastes sont les plus perceptibles par l’Homme et les représentatifs du confort visuel. À ces paramètres, on associe des valeurs qui garantissent le bon déroulement d’une tâche sans fatigue ni risque d’accident :
Les contrastes, quant à eux, sont responsables d’un manque de distinction de deux zones ou éléments différents.
| Ppour connaitre les caractéristiques de base du confort visuel. |
La volumétrie d’un local et les propriétés des parois influencent la qualité de la répartition du flux lumineux. Elles constituent l’environnement immédiat ou éloigné. Le flux lumineux au niveau d’une tâche résulte de la superposition de la lumière naturelle issue d’une ouverture dans une paroi externe verticale ou/et horizontale et la lumière artificielle.
Au niveau de la composante naturelle, on distingue :
Au niveau de la composante artificielle d’un luminaire, on distingue aussi :
Les paramètres influençant le niveau d’éclairement de la tâche est directement liée aux paramètres influençant l’éclairage naturel et artificiel :
Pratiquement chaque tâche nécessite un niveau d’éclairement différent. On distinguera les tâches de précision, les tâches liées à un objet en mouvement, … À noter que plus les contrastes sont faibles plus le niveau d’éclairement doit être important. Mais jusqu’à un certain point ! En effet, un sur éclairement d’une tâche devient aussi inconfortable.
L’éclairage artificiel devra fournir une lumière de qualité en termes de rendu de couleur (Ra) de manière à se rapprocher le plus possible de la lumière naturelle (Ra a un indice 100 pour la lumière naturelle).
Nous ne sommes pas égaux devant le confort visuel. Les couleurs ne sont pas perçues de la même manière d’un individu à l’autre. Aussi, les capacités visuelles sont fonction de l’âge des personnes : dans une maison de retraite, par exemple, une lumière plus blanche (Rendu de couleur élevé) permettra plus facilement d’assurer le confort visuel des personnes âgées.
Le besoin de lumière se fait souvent ressentir dans les pays scandinaves par exemple. Consciemment ou inconsciemment, les peuplades du nord compensent souvent le manque de lumière et l’uniformité de l’environnement (neige uniforme partout) par des couleurs vives au niveau des maisons.
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.
À ce niveau, les normes laissent généralement le libre choix de la température de couleur.
Cependant, en pratique et d’une manière générale sont préférées :
Des recommandations plus précises sont parfois renseignées ? :
| Type de local | Température de couleur (K) | |
|---|---|---|
| Classes | entre 2 000 et 5 000 K | blanc chaud à blanc neutre |
| Salles de réunion | entre 2 000 et 3 500 K | blanc chaud |
| Ateliers | entre 3 500 et 5 000 K | blanc neutre |
| Ateliers graphiques | supérieur à 3 500 K (et de préférence > à 5 000 K) |
lumière du jour froide |
| Type d’application | Température de couleur |
|---|---|
| Dentisterie | 4 000 à 5 600 K |
| Dermatologie | 4 000 à 5 600 K |
| Chambres | 3 000 K |
| Salles de garde | 3 000 K |
| Consultations | 3 000 à 4 000 K |
| Endoscopie | 3 000 à 4 000 K |
| Ophtalmologie | 3 000 à 4 000 K |
| Radiologie | 3 000 à 4 000 K |
| Salles d’opération | 4 000 K |
| Bloc opératoire | 4 000 K |
| Laboratoire | 3 000 à 5 000 K |
| Couloirs et escaliers | 3 000 K 3 000 à 4 000 K |
La puce LED est le composant semi-conducteur intégré dans une capsule appropriée permettant une connexion électrique ou un assemblage simplifié. Les puces LED peuvent être combinées entre elles sur un circuit imprimé.
La lampe LED est un système complet conçu de manière à permettre le remplacement aisé des technologies traditionnelles moins efficaces (retrofit). Ces lampes reprennent pour cela les formes et les culots normalisés des lampes traditionnelles.
Le module LED est constitué d’une ou plusieurs puces LED montées avec d’éventuels composants optiques, électriques ou thermiques (généralement externes).
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Le luminaire LED est un système complet composé de puces LED, de lampe(s) à LEDs ou encore de module(s) LED, comprenant l’électronique, l’enveloppe, le câblage, etc. Il peut éventuellement être conçu pour recevoir des modules remplaçables.
La plupart des constructeurs de lampes ou de luminaires sérieux ne font que concevoir les lampes ou les luminaires en se fournissant en unités LED chez les électroniciens. Afin d’assurer une homogénéité dans l’application, le choix des LEDs utilisés se fait suite à une sélection (appelée binning) en fonction de critères spécifiques de couleur, flux lumineux et tension.
Pour répondre aux attentes des marchés, les objectifs des constructeurs sont principalement :
Des études sur la thermique sont impératives de manière à bien « drainer » la chaleur en dehors de la lampe ou du luminaire. Ces études influencent bien entendu la conception de la lampe ou du luminaire.
Même si aujourd’hui une source LED (chip) seule peut atteindre une durée de vie de 50 000 h, cet objectif n’est pas encore atteint pour les applications intérieures (lampes et luminaires). Selon une étude du U.S. Department of Energy (Energy Savings Potential of Solid State Lighting in General Illumination Applications. 2012), on peut raisonnablement prévoir l’évolution suivante dans le futur :
Évolution prévue de la durée de vie des applications LED.
L’efficacité lumineuse des lampes et luminaires à LEDs est bien différente de l’efficacité lumineuse annoncée pour les puces LED.
En effet, cette dernière est évaluée en test éclair et pour une température de jonction de 25°C (soit une température très basse par rapport à la température à laquelle la jonction est soumise en conditions d’utilisation réelle).
En réalité, l’efficacité lumineuse d’un luminaire LED est d’environ 20 % à 30 % plus faible que la valeur annoncée pour la chip LED.
Voici deux exemples :
Grâce à ces exemples, on se rend compte que l’efficacité lumineuse réelle des lampes et luminaires à LEDs est pour le moment équivalente à celle des lampes fluorescente :
Selon l’étude du U.S. Department of Energy, l’évolution des LEDs devrait permettre d’atteindre 200 lm/W vers 2020-2025. De quoi alors surpasser tous les autres types de sources lumineuses !
Évolution prévue de l’efficacité lumineuse des applications LED.
Avec les lampes et luminaires à LEDs, on peut obtenir un indice de rendu de couleur entre 60 et 98. De plus, il est possible, avec certains types de LED, de moduler la température de couleur de manière continue.
Malgré que le rayonnement lumineux de la LED ne génère pas d’infrarouge (et donc pas de chaleur dans le sens du flux lumineux), la dissipation de la chaleur de la jonction est un des problèmes majeurs des lampes et des luminaires à LEDs. En effet, entre 50 % et 70 % de la consommation d’une LED est transformée directement en chaleur qui doit être absolument évacuée sous peine de réduire l’efficacité lumineuse et la durée de vie.
Comparatif thermique entre une LED et une lampe à incandescence.
Des études de dissipation thermique, pour chaque modèle sont donc nécessaires pour pouvoir concevoir une lampe ou un luminaire à LEDs avec son dissipateur de chaleur intégré.
La complexité de l’évacuation de la chaleur générée par les unités LED composant la lampe s’accentue vu la nécessité d’éviter le « drainage » de la chaleur vers l’arrière de la lampe. En effet, le risque est d’accumuler la chaleur de jonction au niveau de l’alimentation intégrée dans le culot. On dit que la lampe LED « claque » non pas par une surchauffe des unités LED mais plutôt de l’alimentation. D’où la nécessité d’évacuer la chaleur par l’avant de la lampe.
Exemple d’étude thermique d’une lampe LED.
Dans le cas des luminaires, le problème de la surchauffe de l’alimentation peut être éliminé vu la possibilité de la déporter hors du luminaire. Il reste aux constructeurs à bien concevoir le dissipateur en fonction d’un luminaire prévu pour être monté en saillie ou encastré.
Étude thermique (source ETAP).
De par sa taille réduite, l’association de puces LED, de lentille, de diffuseurs et de réflecteurs permet d’obtenir à peu près toutes les distributions lumineuses possibles.
Cependant, à cause de cette petite taille combinée à une puissance lumineuse en constante augmentation, la luminance de la source devient très importante et peut atteindre des valeurs de 10 à 100 millions de Cd/m². Les fabricants prévoient donc des systèmes optiques comme les lentilles, les réflecteurs ou/et des diffuseurs pour éviter l’exposition directe du regard et le risque d’éblouissement.
| Type de lampe | Luminance (Cd/m²) |
|---|---|
| Fluo linéaire – T8 | 14 000 |
| Fluo linéaire – T5 | 15 000 – 33 000 |
| Fluo compact | 50 000 |
| LED nue | 100 000 000 |
| Soleil | 1 000 000 00 |
| Suivant l’application, on peut obtenir les résultats suivants :
Des lentilles seules, par exemple, permettent de réduire la luminance de crête :
Des réflecteurs combinés avec un diffuseur permettent d’obtenir une lumière douce :
|
N.B. : cette page reprend uniquement la description du fonctionnement et des caractéristiques de la puce LED. Pour en savoir plus sur son application sous forme de lampe ou de luminaire.
Une LED (Light Emitting Diode) est une diode électroluminescente qui émet de la lumière lorsqu’elle est parcourue par un courant continu dans le sens passant.
Comme le montre la figure suivante, la quantité de lumière générée par la LED est proportionnelle à l’intensité du courant qui la traverse.
La LED émet une lumière quasi monochromatique. Sa couleur dépend des caractéristiques des matériaux utilisés durant la production (composition des semi-conducteurs et de leur dopage, température de jonction, …). Il est ainsi possible de balayer toutes les couleurs du spectre visible.
En éclairage artificiel d’intérieur, on cherche cependant essentiellement à se rapprocher de la couleur de la lumière naturelle, à savoir la lumière blanche. Pour obtenir une lumière blanche, il est nécessaire de combiner plusieurs sources lumineuses de composantes. Ainsi, la couleur blanche peut être produite soit par mélange additif de LED rouges, vertes et bleues, soit par conversion d’un LED bleu au moyen de poudre phosphorescente, selon le même principe utilisé dans les tubes fluorescents. Ce dernier principe est généralement utilisé en éclairage intérieur.
Avant de devenir incontournables dans le domaine de l’éclairage, les LEDs doivent encore relever plusieurs défis non négligeables en termes :
Il importe de bien distinguer la performance (et son potentiel d’évolution) d’une puce LED par rapport à celle d’une lampe LED et à celle d’un luminaire LED.
Si les performances (efficacité lumineuse, durée de vie, etc.) des puces LED sont intéressantes pour évaluer le potentiel intrinsèque de la technologie, elles sont inutiles pour comparer la technologie de l’éclairage LED par rapport aux autres technologies disponibles (notamment les lampes fluorescentes).
Sous différents aspects, la LED est très prometteuse sachant que ses performances énergétiques, sa durée de vie, … s’améliorent de jour en jour.
| Pour en savoir plus sur les applications LED (lampes et luminaires) et leurs performances. |
La durée de vie des puces LED avoisine théoriquement les 50 000 heures, durée pendant laquelle le flux lumineux reste au-dessus de 70 % du flux initial.
Cependant, cette durée dépend de plusieurs paramètres comme le courant qui la traverse et, donc indirectement de la température. Les 50 000 heures sont atteignables pour autant que la température de jonction ne dépasse pas 80-85 °C.
L’absence de « pièce fragile » comme le filament de nombreuses lampes, permet d’augurer une durée de vie plus importante. Par contre, comme tout composant électronique, la chip LED est sensible aux influences électromagnétiques. Pour ne pas raccourcir sa durée de vie, il est important que les constructeurs prévoient une bonne connexion à la terre.
Ces valeurs élevées doivent être vues comme une démonstration du potentiel élevé de la technologie LED.
L’efficacité lumineuse (lm/W) représente un des critères essentiels d’une source lumineuse. Certains fabricants annoncent une efficacité lumineuse de l’ordre de 100 lm/W sous forme commerciale et de 200 lm/W en laboratoire. Le maximum théorique serait de 230 lm/W (pour une température de jonction de 25°C).
De même que pour la durée de vie, ces valeurs élevées doivent être vues comme une démonstration du potentiel élevé de la technologie LED.
La température de jonction influence aussi le flux lumineux de la puce LED et donc son efficacité lumineuse. C’est principalement pour cette raison que les LEDs conviennent particulièrement bien pour les applications à basse température (surgélation, réfrigération, …) sachant que le flux lumineux augmente avec l’abaissement de la température de jonction. De plus, pour les basses températures, la durée de vie augmente.
Contrairement à la plupart des lampes fluorescentes qui mettent un certain temps à atteindre leur flux lumineux optimal, les LEDs l’atteignent quasi instantanément. De plus, elles peuvent être commutées ON/OFF à chaud sans altération de leur durée de vie. Ce n’est pas le cas pour les lampes à décharge par exemple.
La gradation du flux lumineux des LEDs s’opère sur une large plage (presque 0 % à 100 %). Les pertes par gradation sont sensiblement les mêmes que pour les lampes fluorescentes équipées d’un ballast électronique performant.
À 0 % de flux lumineux, la consommation résiduelle est de l’ordre de 10-15 % de la puissance nominale.
Les LEDs ne génèrent pas ou peu de rayonnement infrarouge (IR) ou ultraviolet (UV) dans le flux lumineux. Il est clair qu’elles génèrent de la chaleur, mais en grande partie de manière convective et non radiative. Autrement dit, la chaleur n’est pas émise dans le sens du flux lumineux. De par ces propriétés, les lampes LED sont intéressantes dans le cas d’application comme pour l’éclairage des œuvres d’art, des denrées alimentaires, des vêtements, …
Par contre l’élimination de la chaleur reste un problème majeur pour toutes les applications LED. Pour en savoir plus, cliquez ici !
Dans le monde de la conception LED apparaissent deux métiers : les concepteurs de puces LED et les concepteurs de luminaires ou lampes LEDs. Les premiers sont plutôt issus de l’industrie électronique, les seconds de la conception en éclairage (lampe ou luminaire). Dans ce domaine, à l’heure actuelle, il convient de prendre un certain recul par rapport à la tendance qu’ont les électroniciens à s’improviser professionnel de l’éclairage.
| pour en savoir plus sur les lampes et luminaires à LEDs. |
| Pour connaitre les valeurs caractéristiques des lampes LED. | |
| Pour consulter un récapitulatif des caractéristiques des différents types de lampe. |
Dans le tertiaire et, plus spécifiquement dans la promotion immobilière d’immeubles de bureaux, tant en rénovation qu’en nouvelle conception, l’anticipation de l’agencement des espaces est une étape cruciale que l’auteur de projet aurait tort de négliger.
Les enjeux de tels projets restent, malgré tout, trop souvent financiers en négligeant le confort des occupants et les consommations énergétiques. À la décharge de l’auteur de projet, il est très difficile de répondre à toutes les attentes d’aménagement des futurs occupants. Cependant, les combinaisons logiques d’agencement des locaux ne sont pas multiples, surtout si l’on fait appel aux notions :
La raison est simple ! L’agencement rationnel des locaux influence clairement les consommations énergétiques d’éclairage. C’est d’autant plus vrai lorsqu’un promoteur immobilier « s’attaque » à une rénovation importante de type URE (Utilisation Rationnelle de l’Énergie) ou un projet de conception basse voire très basse énergie. En effet, dans ce type de bâtiment, la proportion des consommations électriques d’éclairage peut devenir plus grande que les consommations énergétiques de chaleur et de refroidissement réunies.
Lorsque, notamment dans la promotion immobilière, l’auteur de projet est tenté de rendre son bâtiment au maximum flexible, et ce de manière à prendre en compte toutes les combinaisons d’agencements possibles des locaux, on parlera de « flexibilité totale« .
Une flexibilité totale se doit d’anticiper au maximum l’occupation des locaux. Elle présuppose que l’installation d’éclairage devra couvrir l’ensemble de la surface à occuper :
Flexibilité totale.
Cette flexibilité totale induit inévitablement une puissance installée supérieure à celle réellement nécessaire. En effet, sur base de ce principe, il serait nécessaire de respecter un niveau d’éclairement suffisant (par exemple 500 lux dans les bureaux) avec une homogénéité de 0,7 selon la norme NBN EN 12464-1. De plus, pour être sûr de pouvoir gérer de manière efficace l’installation d’éclairage et d’anticiper tous les combinaisons possibles de cloisonnement, l’auteur de projet sera tenté de placer, par exemple, un nombre suffisant de détections de présence. En surnombre, elles risquent de s’influencer négativement (détection de présence dans une zone non occupée par exemple).
La flexibilité totale engendrera :
Indépendamment de l’efficacité énergétique, le confort peut aussi être altéré :
La flexibilité raisonnée fera simplement appel au bon sens en imaginant des scénarios d’occupation « raisonnable » des espaces. Cette réflexion permettra de travailler principalement selon 2 axes :
Flexibilité raisonnée.
La flexibilité raisonnée permet :
Le confort sera assuré par :
Que l’auteur de projet préfère la flexibilité raisonnée à la flexibilité totale ou l’inverse, la distribution primaire de l’éclairage (230 V monophasé, 3 x 230 V ou encore 3 x 400 V + N), à ce stade, doit être réalisée avec une connectique organisée selon un schéma intelligent. Beaucoup de fabricants proposent sur le marché des solutions intéressantes qui intègrent aussi une flexibilité totale ou raisonnée.
Les systèmes de distribution structurés sont en général composés :
Par l’utilisation de ce type de connectique, une flexibilité plus ou moins étendue peut être assurée.
Exemple de câblage de distribution structuré.
Exemple de bus de distribution structuré plat.
La gestion et la commande de l’éclairage, quelle que soit la flexibilité, doivent être menées de front avec la distribution de manière structurée et intelligente. À l’heure actuelle, les techniques disponibles sur le marché permettent une panoplie étendue de distribution du courant fort, de commande et de gestion de la plus simple à la plus compliquée.
La plupart du temps, le gestionnaire de bâtiment ou l’auteur de projet peuvent s’en sortir avec des commandes ou des gestions d’éclairage simples. Une commande simple consiste, par exemple en :
Commande par interrupteur simple pour petits locaux.
Commandes par interrupteur 2 allumages pour locaux de grande taille.
Commandes par interrupteur 2 directions pour locaux de grande taille et à 2 entrées.
La gestion d’éclairage peut aussi être intégrée dans une distribution structurée. Tout en gardant une bonne flexibilité, une gestion simple peut être mise en place sans le besoin de bus de communication type DALI, KNX, … Cette gestion s’appuie sur une connectique du même type que celle acceptant les commandes simples.
Quand on pense gestion, se profilent principalement :
Détection globale de présence et de luminosité combinées et détection locale de luminosité (par luminaire) et offset de niveau d’éclairement entre le luminaire côté fenêtre et le côté couloir.
Une gestion simple peut se résumer, par exemple, comme suit :
Gestion simple de l’éclairage.
La gestion/commande simple par câblage structuré a naturellement ses limites surtout dans les bâtiments de grande taille. Pour pallier à ce problème, le concepteur pourra faire appel à un câblage structuré doublé d’un système de bus de communication de type de DALI, KNX, … :
Gestion par bus de communication.
La finalité de la flexibilité raisonnée est naturellement de réduire les consommations énergétiques et de dégager une certaine rentabilité par rapport au surinvestissement potentiel.
L’étude qui suit tente de mettre en évidence l’impact de la flexibilité raisonnée :
L’installation de base fait appel à des luminaires de faible performance énergétique : soit 12,8 W/m².
Des luminaires performances remplacent les luminaires de base. Dans ce cas, on applique la flexibilité totale : soit 9,5 W/m².
On applique une stratégie de zonage par le placement intelligent de commande d’éclairage.
L’emplacement et le nombre de luminaires sont optimisés selon le principe de flexibilité raisonnée : soit 5,5 W/m².
Une détection de présence permet encore d’optimaliser le temps d’allumage des luminaires en fonction de l’occupation réelle des locaux.
Enfin, une sonde de luminosité adaptera le niveau d’éclairement des luminaires. Le réglage des niveaux d’éclairement sera différentié en fonction de la position des luminaires par rapport à la baie vitrée.
L’énergie finale représente l’énergie indiquée sur la facture électrique. L’analyse du diagramme suivant montre que les consommations spécifiques annuelles passent de 35 à 8 kWh/(m².an) lorsque l’on passe d’un système d’éclairage peu performant à un système performant, ce qui représente une réduction des consommations de l’ordre de 78 %.
Au niveau de l’énergie primaire, l’amélioration est encore plus notoire sachant que pour l’électricité, le facteur de conversion d’énergie finale en énergie primaire est de 2,5 (1 kWh électrique consommé au niveau du bâtiment représente 2,5 kWh consommé par la centrale électrique (valeur de référence de la CWAPE).
Pour un bâtiment de type passif, l’éclairage représentant 40 % des consommations énergétiques primaires, une réduction de 78 % de la consommation énergétique d’éclairage représente 31 % de réduction de la consommation énergétique primaire du bâtiment ; ce qui est énorme !
La réduction en émission de gaz à effet de serre (CO2) agit dans les mêmes proportions que celle en énergie primaire.
Comme la tendance est à améliorer drastiquement la qualité de l’enveloppe des bâtiments (isolation des parois, remplacement des vitrages par des doubles vitrages à basse émissivité ou triples vitrages, placement de récupérateur sur l’air extrait, …), le soin à apporter au système d’éclairage représente en enjeu majeur.
Les temps de retour simples sur investissement sont assez intéressants tout en sachant que l’évolution des prix du matériel et de l’énergie est très « volatile ».
Après avoir tiré les premiers enseignements du monitoring, tentons ci-dessous de faire des propositions pour équiper un nouveau projet éventuel.
Les possibilités des techniques de régulation numériques actuelles sont fabuleuses. Elles peuvent entraîner le bureau d’études à sophistiquer la régulation (par ex : une gestion de l’éclairage et des stores liée à la luminosité extérieure et combinée à une lecture de la température intérieure des locaux). Les fabricants de matériel font leur travail de marketing pour vendre ces solutions en présentant un rendu final idéal (écran de visualisation des installations), mais en pratique l’école ne disposera pas du budget pour financer la réalisation de ces écrans et devra se contenter d’un accès à une liste de paramètres, incompréhensible à un non-technicien… de la marque !
Très généralement, aucun mode d’emploi simple de l’installation et de sa régulation accessible à un non-technicien n’est réalisé.
Enfin, cette sophistication va à l’encontre de l’évolution de la demande réelle du bâtiment très isolé. Par exemple, à l’école passive de Louvain-La-Neuve, 3 niveaux de température de consigne ont été imaginé :
Un détecteur de présence, mis en place dans chaque classe, va permettre d’optimiser la consigne.
Cette idée d’affiner la température en fonction de la présence effective des élèves paraît intéressante, mais dans la pratique, la forte inertie et la forte isolation font que la température baisse au plus de 1 degré par 24 heures… Le gain de consommation liée à cette triple consigne est donc très faible.
Cherchons au contraire… une installation technique « passive » !
KM1 et KM2 sont des relais pilotant les circulateurs des zones Nord et Sud de l’installation ci-dessous. Sans modifier la régulation existante, toute l’installation peut être interrompue par coupure des circulateurs et de la chaudière.
La sécurité hors-gel est double : sur la température des locaux et la température extérieure.
Et la programmation d’un décalage d’1/4 d’heure entre les démarrages des 2 circulateurs réduira le risque de condensation en chaudière puisque toute l’eau froide n’arrivera pas en même temps !
Serions-nous arrivés ainsi à une installation simple, sans régulateur complexe ? À des équipements passifs pour une école passive ? La vérité sort de la rencontre des idées… nous serions heureux de connaître la vôtre !
> Le choix du système d’isolation par l’extérieur se fait en fonction des critères suivants :
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.
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Un freine vapeur est toujours conseillé pour assurer l’étanchéité à l’air.
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 nerf de la guerre…! »
La fourniture et la pose de l’isolant lui-même sont peu couteuses par rapport aux autres parties du plancher.
![Isoler entre les éléments de structure d’un plancher inférieur [Concevoir]](https://energieplus-lesite.be/wp-content/uploads/2007/09/isolation_plancher-bon-1024x538.jpg "Isoler entre les éléments de structure d’un plancher inférieur [Concevoir]")
> Le choix du système d’isolation par l’extérieur se fait en fonction des critères suivants :
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.
Un freine vapeur est toujours conseillé pour assurer l’étanchéité à l’air.
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 nerf de la guerre…! »
La fourniture et la pose de l’isolant lui-même sont peu coûteuses par rapport aux autres parties du plancher.
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).
Les épaisseurs d’isolant sont déterminées en fonction de l’espace disponible. Idéalement, celui-ci doit être totalement rempli.
> 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.
![Isoler un plancher inférieur par le haut [Concevoir]](https://energieplus-lesite.be/wp-content/uploads/2011/12/isoler-plancher-haut-bon-1024x538.jpg "Isoler un plancher inférieur par le haut [Concevoir]")
> Le choix du système d’isolation par l’intérieur se fait en fonction des critères suivant :
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.
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.
Lorsque le plancher est posé sur sol, l’isolation peut éventuellement se limiter à la zone périphérique, le long des façades. (La résistance mécanique de la chape flottante devra être vérifiée en rive d’isolant).
Parfois l’espace disponible pour poser l’isolant est limité. 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 nerf de la guerre…! »
Le coût de la finition dépendra des choix esthétiques et des performances attendues (résistance mécanique, résistance à l’eau, aspect, facilité d’entretien, …).
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.
Les épaisseurs d’isolant sont calculées à partir des performances à atteindre.
> 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.
L’isolation par le haut d’un plancher existant sera interrompue à chaque mur. À cet endroit il y a un risque de pont thermique. L’interposition d’un élément isolant entre le mur et la dalle est possible si le bâtiment n’est pas trop lourd.
![Isoler un plancher inférieur par le bas [Concevoir]](https://energieplus-lesite.be/wp-content/uploads/2011/03/isolation_sous_sol-bon-1024x538.gif "Isoler un plancher inférieur par le bas [Concevoir]")
> Le choix du système d’isolation par l’extérieur se fait en fonction des critères suivants :
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).
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, …).
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 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.
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.
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).
Les épaisseurs d’isolant sont calculées à partir des performances à atteindre..
>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.
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 :
L’isolation d’un plancher par le bas sera interrompue à chaque appui du plancher. À cet endroit il y a un risque de pont thermique. L’interposition d’un élément isolant entre le mur d’appui et la dalle est possible si le bâtiment n’est pas trop lourd.
Blocs isolants sous la dalle au dessus des murs de fondation.
Si cela n’est pas le cas, 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.
Les prescriptions d’urbanisme imposent l’intégration des nouveaux bâtiments aux immeubles existants. Souvent l’usage d’un parement en brique apparente est exigé. Dans ce cas le parement est placé devant le mur à ossature comme il le serait devant un mur porteur du mur creux. Un vide légèrement ventilé est ménagé entre le parement et la paroi légère.
Parement en briques devant le mur à ossature bois.
Le parement n’exprime pas le caractère léger du bâtiment, ce qui pourrait être considéré comme regrettable. De plus, la masse du parement qui serait utile pour limiter la surchauffe de l’espace intérieur est inaccessible à partir de celui-ci. Le parement fait uniquement office de protection contre la pluie.
Il peut être remplacé par un bardage en bois, en ardoises, en métal, … Le creux est fortement ventilé. La coulisse peut être partiellement remplie par un isolant supplémentaire qui renforce ainsi l’isolation de la paroi.
Bardage en bois devant un mur à ossature bois.
Un enduit extérieur décoratif étanche à l’eau et perméable à la vapeur d’eau peut également être appliqué directement sur cet isolant supplémentaire (à la place du bardage ou du parement). L’isolant et l’enduit doivent faire partie d’un même système d’isolation thermique extérieure développé, testé et homologué par un même fabricant.
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Finition extérieure en cimentage
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La structure est généralement réalisée à l’aide de montants et de traverses en bois massif de section rectangulaire. L’essence choisie sera suffisamment durable pour cet emploi ou traité préventivement pour éviter toute attaque de champignons ou d’insectes.
Les sections auront au moins 14 cm de hauteur. Cette hauteur peut être plus importante de manière à ménager ainsi un espace plus épais pour placer l’isolant thermique et augmenter ainsi les performances. La stabilité de la paroi est aussi améliorée.
Afin de minimiser les transmissions thermiques, des poutres en I peuvent être utilisées pour les montants. Elle permet de diminuer les ponts thermiques induits par les montants et par conséquent d’augmenter la résistance thermique de la cloison.
Poutres « I » préfabriquées en bois.
Du côté chaud de l’isolant, une couche freine vapeur est toujours nécessaire, ne fut-ce que pour assurer l’étanchéité à l’air de la paroi, essentielle pour assurer l’isolation thermique et éviter les problèmes de condensation interstitielle.
Des panneaux en OSB ou multiplex sont généralement placés de part et d’autre de la structure pour assurer le contreventement des parois. Ils constituent ainsi les caissons dans lesquels sera posé l’isolant éventuellement en vrac. Le panneau intérieur peut faire office de freine-vapeur à condition que sa perméabilité à la vapeur soit connue et que les joints entre les panneaux soient soigneusement rendus étanches à l’aide de bandes adhésives ou de mastic.
Panneaux intérieurs faisant office de freine-vapeur et étanchéité à l’air.
Si la paroi n’est pas pourvue de panneau intérieur, le contrôle de la diffusion de vapeur et de l’étanchéité à l’air sera réalisé à l’aide de membranes spécialement destinées à cette fonction. Leur perméabilité à la vapeur d’eau est, dans certains cas, variable en fonction de conditions hygrothermiques. Certaines peuvent servir de couche de confinement pour les isolants à insuffler.
Membrane freine-vapeur et étanchéité à l’air.
Le niveau de perméabilité à la vapeur des panneaux et des membranes devra être déterminé suite à des calculs réalisés par un bureau spécialisé de préférence à l’aide d’un logiciel de simulation dynamique. Ce logiciel calcule le transfert de chaleur et d’humidité dans la paroi en fonction de la température et du taux d’humidité intérieure, des conditions climatiques, de l’évaporation, de l’absorption, ainsi que de la perméabilité et de la capillarité des matériaux.
Lorsqu’il y a un creux ventilé entre la finition extérieure (bardage, parement, …) et la paroi, une couche de protection de l’isolant contre les infiltrations accidentelle est posée du côté froid de l’isolant. Elle doit être le plus perméable possible à la vapeur d’eau.
Des panneaux en OSB ou multiplex sont généralement placés de part et d’autre de la structure pour assurer le contreventement des parois. Ils constituent ainsi les caissons dans lesquels sera posé l’isolant éventuellement en vrac. Le panneau extérieur peut faire office de pare-pluie.
Panneaux faisant office de pare-pluie.
Si la paroi n’est pas pourvue de panneaux extérieurs de contreventement, des panneaux bitumés légers en fibre de bois ou des membranes souples très robustes, imperméables à l’eau et très perméables à la vapeur d’eau peuvent être utilisées et servir de pare-pluie et, en même temps, de couche de confinement pour les isolants à insuffler.
Pare-pluie souple.
L’isolant posé dans la structure doit pouvoir s’adapter facilement à la forme de celle-ci et être suffisamment raide pour ne pas se tasser sous son propre poids.
L’isolant sera donc idéalement :
soit, constitué de panneaux semi-rigides de fibres minérales ou organiques placés avant la pose d’une des faces de la paroi ;
Isolant en matelas.
soit insufflé dans la paroi déjà munie de ses deux faces de coffrage (pare-pluie et pare-vapeur).
Isolant en vrac.
L’eau étant un très bon conducteur de chaleur, il faut éviter que l’isolant ne s’humidifie. La migration de vapeur et l’étanchéité à l’eau devront être correctement maîtrisées.
L’épaisseur d’isolant dépendra du type d’isolant choisi, de sa configuration dans la paroi et des performances thermiques à atteindre.
L’espace technique ménagé entre le freine-vapeur et la finition intérieure peut être rempli d’isolant sans provoquer un risque de condensation interstitielle car l’épaisseur de cet espace est relativement réduite par rapport à celle de la structure isolée. De cette manière on augmente à peu de frais les performances thermiques du mur surtout si l’espace technique est relativement épais à cause de l’encombrement des installations prévues.
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Remplissage du vide technique par de l’isolant
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La pompe à chaleur à moteur gaz (GHP : Gas engine Heat Pump) s’apparente fort à la pompe à chaleur électrique traditionnelle. Les seules différences résident au niveau :
Schéma de principe : PAC à moteur gaz.
PAC à moteur gaz (source : Sanyo).
Moteur gaz (source : Aisin Toyota).
La technologie des pompes à chaleur à moteur gaz est développée depuis plusieurs décennies. Le moteur gaz est un moteur thermique à faible taux de compression de type volumétrique (cycle de Miller). Le gaz utilisé est soit le gaz naturel ou le LPG. Certains moteurs utilisent le propane. Comme le montre la figure ci-contre, ce fabricant propose un moteur 4 temps accouplé mécaniquement à des compresseurs au moyen d’une ou plusieurs courroies. La particularité de ce moteur est la récupération de la chaleur de combustion du gaz résiduelle au niveau du circuit de refroidissement. Un échangeur, placé au niveau du condenseur du circuit frigorifique permet le refroidissement du moteur et, par conséquent, la récupération de chaleur de combustion du moteur en supplément de celle échangée par le circuit frigorifique.
Les fabricants de PAC à moteur gaz proposent plusieurs configurations de circuit frigorifique. On retrouve généralement :
(Source : Aisin Toyota).
Les compresseurs sont généralement des « scrolls ». L’avantage de la pompe à chaleur à moteur gaz réside dans le fait que les compresseurs sont entrainés par un moteur à vitesse variable et, par conséquent, peuvent moduler le débit de fluide frigorigène (R410A par exemple).
Tout part de la succession, dans un cycle fermé :
À ce stade, rien de différencie ce système thermodynamique d’une chaudière gaz à eau chaude. Au lieu de chauffer de l’eau pure en circuit fermé, on chauffe une solution d’ammoniaque (NH4OH).
L’ingéniosité du principe vient de l’utilisation de l’ammoniac (NH3) dans un cycle frigorifique secondaire qui permettra de « pomper » la chaleur d’une source froide (au niveau de l’évaporateur) pour la restituer au niveau de la source chaude (condenseur) : cette chaleur est gratuite !
En combinant la libération de chaleur lors de l’absorption et la chaleur de condensation, le bilan énergétique est nettement positif !
Schéma de principe (source Théma).
Au niveau du générateur, le brûleur chauffe la solution d’ammoniaque (NH4OH) de manière à libérer de l’ammoniac gazeux (NH3) à haute température. En partie haute du générateur, l’ammoniac est injecté dans le circuit principal de la PAC vers le condenseur. Il va de soi que la solution d’ammoniaque se déconcentre. En continuant de chauffer la solution sans rien changer, la production d’ammoniac gazeux risque de s’arrêter d’elle-même. Pour cette raison, il est nécessaire de régénérer (ou concentrer) la solution d’ammoniaque pauvre. C’est l’absorbeur qui s’en charge !
Dans l’absorbeur, la solution pauvre issue du générateur est projetée en fines gouttelettes sur l’ammoniac gazeux provenant de l’évaporateur de la machine thermodynamique. Il s’en suit un enrichissement de la solution d’ammoniaque avec, en prime, un dégagement de chaleur important (réaction exothermique). La solution d’ammoniaque riche régénérée peut être renvoyée au niveau du générateur. Le cycle de la PAC gaz est fermé !
Sans rien changé, l’efficacité énergétique de la PAC gaz serait vraiment médiocre ! L’ingéniosité du système réside dans la récupération au condenseur de la chaleur d’absorption. Concrètement, la solution riche d’ammoniaque passera par le condenseur de manière à céder sa chaleur à la source chaude.
Le condenseur de la PAC gaz à absorption est de conception un peu particulière. En réalité, c’est un double condenseur :
L’évaporateur de la PAC gaz à absorption est un évaporateur classique comme celui utilisé dans les PAC électriques.
La chaleur d’absorption étant libérée à haute température, elle ne peut être, qu’en partie, transmise à la source chaude en demande de températures plus modestes. Pour cette raison, d’autres échangeurs placés en aval du condenseur permettront de successivement récupérer la chaleur d’absorption (intérêt de ces échangeurs).
Parler du CO2 mais aussi de l’impact d’une fuite de NH3 dans l’air.
Le principe de fonctionnement de la pompe à chaleur à adsorption s’appuie sur les caractéristiques de la zéolithe, une céramique microporeuse très stable et non polluante. Cette zéolithe est capable de dégager de la chaleur lorsqu’elle adsorbe de l’eau (réaction exothermique lors du passage de la forme déshydratée à la forme hydratée). Lorsqu’elle est saturée, un brûleur à gaz évacue l’eau (désorption). L’emploi de la zéolithe permet de favoriser l’utilisation de l’énergie solaire même à basse température pour le chauffage, sachant que la réaction exothermique d’adsorption peut atteindre 85 °C avec de l’eau à 4 °C.
L’adsorption et la désorption sont des réactions physiques qui n’altèrent pas la structure de la zéolithe. L’alternance adsorption/désorption est alternative, mais peut fonctionner indéfiniment.
Phase de désorption puis d’adsorption (Source : www.gaz-naturel.ch).
Le système est conçu sur la base d’une chaudière à condensation, associée à un module à zéolithe sous vide comprenant des billes de céramique microporeuse, de l’eau et les composants hydrauliques.
A l’heure actuelle, certains constructeurs ont un programme de développe des PAC gaz à adsorption pour le résidentiel (maximum 10 kW). L’adsorbant utilisé est la zéolite (Une zéolithe, ou zéolite est un minéral microporeux appartenant au groupe des silicates).
Les sources froides peuvent, comme pour les pompes à chaleur classiques :
Comme le montrent les figures ci-dessus, la source froide de la pompe à chaleur à adsorption peut être aussi des panneaux solaires thermiques. Les efficacités saisonnières sont à préciser par le constructeur et à vérifier par des études neutres et en situation réelle. Sur papier, ce système paraît très intéressant sachant qu’on pourrait attendre des …
Bien que la machine gaz à absorption/adsorption semble assez différente de la machine frigorifique traditionnelle, le principe de base de fonctionnement reste le même :
La différence réside dans le moyen de comprimer le fluide :
Le type d’énergie nécessaire à cette compression :
Principe de la PAC électrique.
La pompe à chaleur électrique utilise le travail de compression du compresseur pour faire passer la chaleur gratuite disponible à basse température au niveau de l’évaporateur (source froide : l’air extérieur, l’eau d’une rivière ou d’une nappe phréatique, …) à une température plus élevée au niveau du condenseur (source chaude : l’air intérieur, l’eau chaude d’un chauffage à basse température comme le chauffage au sol, l’ECS, …). Le transfert de la chaleur est effectué grâce un fluide frigorigène via le compresseur. A la chaleur gratuite tirée de la source de froid est ajouté le travail de compression, cette énergie étant fournie par le moteur électrique du compresseur.
Principe de la PAC à moteur gaz.
Toute chose restant égale, seul le moteur électrique accouplé mécaniquement au compresseur est remplacé par un moteur à combustion gaz.
Principe de la PAC gaz à absorption.
Sur le même principe que la pompe à chaleur électrique, le transfert de la chaleur gratuite de la source froide à basse température vers la source chaude à température plus élevée, est assuré grâce à un fluide frigorigène via, non pas un compresseur, mais un générateur de chaleur au gaz. C’est à ce stade que l’analogie s’arrête et que les deux systèmes diffèrent complètement.
Une pompe à chaleur est énergétiquement efficace si elle demande peu d’énergie pour fournir une puissance calorifique donnée. Pour pouvoir assurer un point de comparaison énergétique entre les différents types de pompe, il est nécessaire, par rapport à leur production de chaleur, de considérer les consommations « primaires » d’énergie. C’est le cas surtout pour l’électricité ! En effet, l’électricité consommée au niveau de la pompe à chaleur est une énergie finale qui ne tient pas compte :
L’énergie primaire à considérer est :
CWaPE (Commission Wallonne Pour L’Énergie) se base sur un rendement moyen de 40 % pour les centrales électriques en Europe. En d’autres termes, un 1 kWh consommé au niveau de la pompe à chaleur, 2.5 kWh ont été consommés au niveau de la centrale électrique. Dans le cas de la PAC électrique, la performance se calcule par le rapport :COP = Énergie utile (chaleur) / Énergie consommée (électricité)
Cependant, pour comparer des pommes entre elles par rapport à une PAC gaz à absorption par exemple, l’énergie primaire consommée pour produire de l’électricité nécessaire à alimenter le moteur électrique, doit être considérée. On parle alors de rapport d’énergie primaire REP défini comme suit :
REP (PER) = Énergie utile / (Énergie consommée / η centrale électrique)
La valeur intéressante pour les gestionnaires de bâtiments est la valeur du COPA ou ACOP, … (vive l’Europe !) qui exprime l’efficacité annuelle mesurée en tenant compte de toutes les consommations de la machine par rapport à l’énergie qu’elle fournit. La performance annuelle est naturellement liée à l’efficacité instantanée au cours du temps qui, elle, peut varier en fonction de différents paramètres :
Dans le cas de la pompe à chaleur électrique dont le COP = 3, 1 kWh d’énergie électrique finale consommé, fournit à la distribution d’un système de chauffage 3 kWh. C’est bon pour la poche du consommateur (performance finale de 300 %) ! Mais en termes d’énergie primaire, seulement 3/2.5 soit 1.2 kWh est restitué à la source chaude (performance primaire de 120 %) ; ce qui reste meilleur que la performance d’une chaudière à condensation très efficace quand même (ηPCI = 108 %).
Bilan énergétique (source : Thema).
La performance de la PAC électrique est influencée par les paramètres repris dans le tableau suivant :
| Paramètres d’influence | Niveau d’influence | Remarque |
|---|---|---|
| Température de la source froide | Forte | Réduction des consommations de + 3 % par augmentation de 1 °C |
| Température de la source chaude | Forte | Réduction des consommations de + 3 % réduction de 1 °C |
| Taux de charge | Moyenne | En général, une PAC électrique travaillant à charge partielle réduit les consommations |
Comme le montre le tableau précédent, la PAC électrique est très sensible aux types de source chaude et de source froide. On privilégiera le fonctionnement de la PAC à charge partielle par la réduction de la vitesse du compresseur (technique INVERTER).
Bilan énergétique (source Théma).
Bilan énergétique et performance (Source : Aisin Toyota).
La PAC gaz à absorption a une efficacité énergétique définie comme suit :
COP = Énergie utile (chaleur) / Énergie consommée (consommation de gaz)
Comme le montre le graphique précédent, le constructeur annonce qu’en pointe (taux de charge faible) pour 1 kWh d’énergie primaire fourni (gaz), une pompe à chaleur à moteur à gaz restitue donc 1,43 kWh maximum, ce qui en fait un système de chauffage hautement intéressant par rapport à l’environnement.
La performance de la PAC à moteur gaz est influencée par les paramètres repris dans le tableau suivant :
| Paramètres d’influence | Niveau d’influence | Remarque |
|---|---|---|
| Température de la source froide | Faible | |
| Température de la source chaude | Moyenne | |
| Taux de charge | Forte | 30 à 40 % d’influence |
La modulation de puissance est très importante pour augmenter la performance de la PAC à moteur gaz. Sur un moteur à combustion, comme celui qui équipe ce type de PAC, la modulation de puissance ne pose aucun problème. Elle est donc principalement influencée par le dimensionnement en fonction des besoins de chaleur.
Bilan énergétique (source : Thema).
Certains constructeurs annoncent des performances de l’ordre de 150 %.
Tout comme la PAC à moteur gaz, la performance de la PAC gaz à absorption est influencée par les paramètres repris dans le tableau suivant :
| Paramètres d’influence | Niveau d’influence | Remarque |
|---|---|---|
| Température de la source froide | Faible | |
| Température de la source chaude | Moyenne | |
| Taux de charge | Forte |
Une étude très intéressante de l’IGU (International Gas Union : « Gas Heat Pumps, the renewable heating system for the future ? ») a montré qu’en moyenne, la performance des PAC gaz, toutes parques confondues, était plutôt aux alentours des 116 % avec une valeur à 120 % en cas de configuration de la PAC gaz avec des panneaux solaires thermiques.
Performance moyenne.
Tout dépend des conditions de fonctionnement (taux de charge, températures des sources chaudes et froides, …) et des consommations des auxiliaires du niveau de dégivrage). Dans la littérature, on s’accorde à dire, qu’effectivement, pour les PAC électriques et gaz c’est le même combat !
Intérêt de la géothermie ?
Par contre, comme le montre la figure ci-dessus, les PAC gaz peuvent fortement se démarquer des PAC électriques au niveau du dimensionnement de la source froide. On voit tout de suite que l’évaporateur peut être de dimension plus faible :
Surtout dans le domaine de la conception et de l’exploitation de la géothermie qui, en règle générale, passe à la trappe pour une question d’investissement (grande quantité de sondes géothermiques, profondeur importante, …), l’association d’une PAC gaz avec une géothermie est très intéressante.
Y a-t-il un intérêt énergétique, environnemental et financier à associer une cogénération avec une chaudière à condensation ?
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.
En partant du principe qu’une cogénération est dimensionnée pour produire la base du profil des 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.
Une manière d’y arriver est de simuler une cogénération associée à une chaudière dont le rendement saisonnier évolue de 80 à 99 %.
| Exemple
Les besoins de chaleur et d’électricité d’un bâtiment tertiaire sont représentés par les profils de chaleur suivants. Un exemple de profil de besoins est donné dans CogenSim.On constate que :
La monotone de chaleur permet de mieux visualiser la fréquence des puissances de chauffe nécessaires sur une année :
Les hypothèses de simulation sont nombreuses. L’objectif dans cet exemple étant de ne pas vous assommer de chiffres, les principales sont reprises ci-dessous :
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| Simulation
CogenSim a sélectionné une cogénération d’une puissance de 200 kWélectrique et 297 kWthermique. Les caractéristiques principales de la machine sont détaillées dans le tableau suivant :
Pour différentes valeurs de rendement (80, 85, 90 et 100 %), le bilan énergétique donne :
Sur base des résultats obtenus et dans ce cas précis, on peut « tirer » les informations suivantes : > Le bilan énergétique théorique est favorable à l’association d’une chaudière, quelle qu’elle soit, à une cogénération. > Lorsqu’on tend vers le rendement d’une chaudière à condensation, les consommations en énergie primaire diminuent. En effet, le besoin thermique résiduel pris en charge par la chaudière génèrera une consommation d’autant plus faible que meilleur sera le rendement de la chaudière.
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Quant au bilan économique, il est présenté dans le tableau suivant :
L’analyse du bilan financier montre que l’augmentation du rendement de la chaudière permet d’améliorer la rentabilité financière de l’ensemble de l’installation. Remarque > Le taux d’économie en CO2 énergétique (énergie primaire) est exprimé par la formule suivante : tCO2 énergétique Eref + Q – F / Eref + Q % Où,
> Le taux d’économie en CO2 (calcul CV) est exprimé par la formule suivante : tCO2 énergétique Eref + Q – F / Eref % Où,
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Les éléments de fixation et de structure répartis sur toute la surface de ces parois ne sont pas des nœuds constructifs mais sont pris en compte dans le calcul du coefficient de transmission thermique U de la paroi elle-même. Ils ne doivent généralement pas être traités.
Exemple.
Plancher léger inférieur.
Dans les bâtiments anciens, la coulisse est souvent interrompue. Ces interruptions constituent des ponts thermiques qui ne peuvent pas être supprimés.
Exemples.
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Appui de plancher. |
Seuil de fenêtre. |
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Retour de baie. |
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Dans ce cas, il est souhaitable de ne pas insuffler l’isolant dans la coulisse. Il est préférable d’isoler par l’extérieur.
C’est le cas le plus facile à résoudre. En effet, il est généralement possible d’assurer la continuité de l’isolant sans rencontrer d’obstacles provoquant l’interruption de celui-ci.
Les principales difficultés seront localisées au droit des balcons et des fondations. Il n’est généralement pas possible, à coût raisonnable, de démonter le nœud constructif et d’insérer une couche isolante. La seule solution alors possible est d’allonger le chemin de moindre résistance thermique en emballant l’élément qui ne peut pas être coupé.
Les nœuds constructifs entre les fenêtres et les façades (appuis de fenêtre, linteaux, piédroits) nécessitent parfois des petites adaptations.
La résistance thermique du chemin ‘B’ est beaucoup plus faible que celle des chemins ‘A’ et ‘C’.
De par sa longueur, la résistance thermique du chemin ‘B’ au travers des matériaux non isolants tels que maçonneries, dalles de plancher, etc. devient aussi importante que celle des chemins ‘A’ et ‘C’.
Dans les terrains humides, le panneau isolant doit être protégé par une membrane drainante. Un drain doit être placé au bas de cette membrane pour récolter et évacuer les eaux.
Si le vide sanitaire est en contact direct avec l’air extérieur, il faut, pour les mêmes raisons que ci-dessus, prolonger l’isolant sous la dalle, sur l’intérieur du mur de fondation.
Comme dans le cas précédent la continuité entre l’isolant du mur et celle du plancher n’est pas réalisable. Il faut donc neutraliser le pont thermique en prolongeant l’isolant du pied de façade en dessous du niveau du plancher.
Dans les terrains humides, le panneau isolant doit être protégé par une membrane drainante. Un drain doit être placé au bas de cette membrane pour récolter et évacuer les eaux.
| Si vous voulez savoir comment réaliser une toiture chaude ? |
| Si vous voulez savoir comment réaliser une toiture chaude ? |
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Bruxelles Environnement a édité une vidéo illustrative de la mise en œuvre correcte de l’isolation d’un acrotère :
Isolation : Isolation correcte de l’acrotère – [Vidéo réalisée dans le cadre du projet Conclip, soutenu par Bruxelles Environnement].
| Si vous voulez savoir comment isoler le versant de la toiture existante ? |
| Si vous voulez savoir comment isoler le versant de la toiture existante ? |
Retour d’isolation au niveau du seuil – étapes :
Retour d’isolation au niveau du linteau et au niveau de l’ébrasement : des lattes sont fixées sur le linteau et sur l’ébrasement de fenêtre. L’isolant est posé entre les lattes. Le tout est recouvert d’une finition ( feuille métallique par exemple).
Retour d’isolation au niveau du seuil – étapes :
| Les principes à respecter sont les mêmes que ceux pour un seuil et un linteau d’un nouveau mur creux. |
Lorsque les dimensions du dormant du châssis ne sont pas suffisantes pour revenir avec l’épaisseur des panneaux isolants sur les retours au niveau de l’ébrasement ou/et du linteau, il faut casser la maçonnerie.
De même, si l’on souhaite conserver un seuil en pierre, il faut également casser la maçonnerie pour gagner de la place.
S’il n’est pas possible de casser la maçonnerie (linteau en béton, par exemple), il faut prévoir un châssis plus petit.
Remarque : de par son épaisseur, l’isolant posé à l’extérieur fait apparaître les châssis plus enfoncés dans la façade. De même, suivant la pose au niveau du linteau et du retour de baie, les dimensions du dormant du châssis peuvent paraître moins importantes.
La mesure de l’énergie calorique nécessite le placement :
Le placement d’un compteur d’énergie dans une installation existante n’est pas toujours aisé pour diverses raisons :
Principe de comptage (source : MeterBuy).
Le comptage de chaleur et/ou du froid ou la détermination de l’énergie calorifique se base sur la formule suivante :
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Énergie = Volume [m³] x (Taller – Tretour) [K] x K [kWh/(m³.K)] Où :
Par exemple : pour une pression de 8 bars, une température d’eau de départ de tdépart = 70 °C et une température de retour de tretour = 30 °C le coefficient K est de 1.1566 kWh/(m³K) |
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.
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).
Les sondes de température sont en général des PT100 ou PT500.
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).
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. |
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 :
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.
Monotone de chaleur.
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 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.
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.
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.
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 :
| Exemple
Situation avant :
La configuration suivante est envisagée :
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 :
On notera ici toute l’importance du ballon tampon qui permet :
|
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.
| Pour plus de renseignements sur la régulation des chaudières. |
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 :
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 :
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 :
Dans les simulations on fait varier le rapport besoin thermique/puissance cogénérateur, soit 60 et 90.
On constate que :
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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 :
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 %.
On constate que choisir un taux de charge maximum du ballon pas trop élevé (autour des 60 %) permet :
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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 :
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).
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 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 :
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 :
En pratique, un équilibre 50/50 entre les besoins de chaud et de froid permettra de garantir une géothermie optimale à long terme.
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.
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.
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 :
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 :
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.
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 :
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. |
Tout dépend du type d’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.
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).
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 :
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 :
Il s’en suit qu’à puissance de cogénération égale, on observe une diminution de la rentabilité énergétique, environnementale et financière.
A méditer !
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 :
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).
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 :
Besoin d’électricité.
Profil de besoin électrique reconstitué à partir d’un scénario théorique.
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 :
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 :
> Ou faut-il viser directement l’association des chaudières avec un cogénérateur en considérant que sur site :
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) :
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 %.
| Pour plus de renseignements sur le calcul de rentabilité de l’association d’une cogénération avec une ou plusieurs chaudières à condensation. |
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 !
| Pour plus de renseignements sur les cogénérateurs. |
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.
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, …).
Quant au bilan financier, il est en général lié aux éléments principaux suivants :
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.
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 :
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.
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 :
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).
| Pour plus de renseignements sur la conception correcte des circuits de distribution. |
| Pour plus de renseignements sur les circuits hydrauliques associés à une chaudière à condensation. |
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 :
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.
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.
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.
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.
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 :
Pour bien réguler l’ensemble de l’association chaudières classiques/chaudières à condensation/cogénérateur, on considérera l’ordre de priorité suivant :
| Pour plus de renseignements sur la régulation de l’association chaudières classiques/chaudière à condensation/ cogénérateur. |
Durant la saison de chauffe, deux besoins de chauffe apparaissent :
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 :
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.
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°.
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.
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 :
|
Puissance calculée |
Nombre |
Puissance utile de la production de chaleur |
||
|
Production de chaleur 1 |
Production de chaleur 2 |
Production de chaleur 3 |
||
|
< 200 |
1 |
1,1 x Qtot |
– |
– |
|
200 kW < .. < 600 |
2 |
0,6 x Qtot |
0,6 x Qtot |
– |
|
> 600 |
3 |
0,33 x Qtot |
0,33 x Qtot |
0,5 x Qtot |
|
3 |
0,39 x Qtot |
0,39 x Qtot |
0,39 x Qtot |
|
| de facto, la puissance de la (des) production (s) de chaleur sera surdimensionnée de 10 à 20 %, | ||||
Et finalement, faudrait-il vraiment surdimensionner toute une installation pour une situation exceptionnelle pouvant nuire très temporairement à notre confort ?
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.
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 :
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 |
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.
| 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. |
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 :
| Temps de relance pour une durée maximale de ralenti de nuit de 12 heures | frh 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.
Le dimensionnement d’une installation de chauffage dépend donc :
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 1Soit un immeuble de bureau modélisé avec les caractéristiques suivantes :
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 :
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 :
Exemple 2En 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 3A 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. |
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 :
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 :
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 :
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 :
Ou faut-il viser directement l’association des chaudières avec un cogénérateur en considérant que sur site :
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) :
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 :
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.
| 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 %.
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 !
| Pour plus de renseignements sur les cogénérateurs |
En partant du principe :
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.
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, …).
Quant au bilan financier, il est en général lié aux éléments principaux suivants :
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.
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 :
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).
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.
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 :
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 :
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 :
Cette configuration est simple à mettre en œuvre, mais elle pose un certain nombre de problèmes difficiles à solutionner par la suite, à savoir :
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 :
| Pour plus de renseignements sur la régulation de l’association chaudières classiques/chaudière à condensation/ cogénérateur. |
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.
| Pour en savoir plus sur l’intérêt d’associer une cogénération à une ou plusieurs chaudières à condensation. |
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 :
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 :
Pour réaliser ce comparatif, il est nécessaire d’effectuer des 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) :
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 €).
| Pour en savoir plus sur la mesure de l’énergie thermique. |
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 :
ηchaudière = 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) /
ηchaudière
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 )
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).
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.
| Pour en savoir plus sur la comptabilité énergétique. |
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 :
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 :
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.
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.
| 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 :
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 :
Des indicateurs de bon fonctionnement de l’ensemble ballon tampon/cogénérateur sont :
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 :
devront décider les gestionnaires à faire appel soit à l’installateur, à la société de maintenance ou soit à un auditeur.
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 :
Immanquablement, la chaudière d’appoint devra démarrer :
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 :
Les conséquences de cette configuration pourraient être les suivantes :
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.
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 :
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 :
![Isoler entre les éléments de structure d’un plancher inférieur [Améliorer]](https://energieplus-lesite.be/wp-content/uploads/2007/09/isolation-plancher-02-bon-1024x596.jpg "Isoler entre les éléments de structure d’un plancher inférieur [Améliorer]")
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.
> Le choix du système d’isolation par l’extérieur se fait en fonction des critères suivants :
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.
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.
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.
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 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).
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).
Les épaisseurs d’isolant sont déterminées en fonction de l’espace disponible. Idéalement, celui-ci doit être totalement rempli.
> 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.
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).
> Le choix du système d’isolation par l’intérieur se fait en fonction des critères suivant :
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.
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.
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.
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 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.
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.
Les épaisseurs d’isolant sont calculées à partir des performances à atteindre.
> 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.
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.
> Le choix du système d’isolation par l’extérieur se fait en fonction des critères suivants :
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).
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, …).
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 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.
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.
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).
Les épaisseurs d’isolant sont calculées à partir des performances à atteindre.
> 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.
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 :
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.
Il existe trois moyens d’isoler un plancher existant. Ils ne sont pas applicables à tous les cas.
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, …).
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 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’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.
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.
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.
μ
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 :
Le coefficient de résistance à la diffusion de vapeur de certains matériaux dépend de leur état : sec ou humide. |
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.
pv1 > pv2 (Conditions hivernales)
La différence de pression de vapeur (pv1 – pv2) 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 Qd cherchée sera :
Si l’on exprime ces considérations par une formule, on obtient :
Qd = 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 qd. Nous avons donc :
(2)
La densité du flux de vapeur qd 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 La densité du flux de vapeur d’eau vaut :
|
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.
Zt = Z1 + Z2 + Z3 + Zn = ΣZk
ou Zt = 5,4 x 109 x (μ1d1 + μ 2d2 + … μn x dn)
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,
| Exemple : la paroi composite.
Considérons le transport de chaleur à travers une paroi composite constituée de l’intérieur vers l’extérieur comme suit :
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 :
La résistance à la diffusion totale est de : 5,4 x 109 x Sμd= 5,4 x 109 x 2,23 = 12 x 109 m/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 : pvi = 2 645 x 50 % = 1 322 Pa Ce qui donne :
|
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 qd
La formule qd générale peut aussi être appliquée séparément à chacune des couches :
couche 1 :
couche 2 : 
couche 3 : 
En régime stationnaire, les quantités qd1,qd2, qd3 et qd doivent être égales. En effet, si qd1 était supérieur à qd2, 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 :
qd = qd1 = qd2 = qd3
donc :
= 
= 
=
Nous pouvons en déduire pv1 et pv2 :
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 –> pvse = 401 PA, q = 70 % –> pve = 281 Pa Reprenons les données sous forme de tableau :
Z = 5,4 x 109 x 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 qd, nous trouvons :
|
Remarque importante.
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 :
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.
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.
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.
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
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 | |||
| Ug > 2,0 W/m²K | Ug < 2,0 W/m²K | ||||
| Intercalaire normal | Intercalaire isolant | Intercalaire normal | Intercalaire isolant | ||
| Ur > 5,9 W/m²K | 0 | 0 02 | 0,01 | 0,05 | 0,04 |
| Ur < 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 :
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.
|
Épaisseur du profilé d’encadrement dr (en mm) |
Ur[W/m²K] (1) | |
|---|---|---|
| (voir fig. D1) | Bois de feuillus λU = 0,18 W/m.K |
Bois de résineux λU = 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, Ur en W/m²K.
| d (en mm) : plus petite distance entre les profilés d’encadrement métalliques à coupure thermique | Ur = [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, Ur en W/m²K.
| Matériau et type de profilé d’encadrement | Ur = [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.
| 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 |
| 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 |
| 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 |
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 :
Ainsi :
La consommation en énergie primaire est ainsi définie par :
Ep = fp . Qfinal
avec Qfinal= 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 :
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.
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).
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.
Qfinal = Qnet / ηinstal
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.
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 :
Qnet = QL – ηutil . Qg
Où,
QT = HT . (ηi – ηe,m) . tm
où,
QV = HV . (ηi – ηe,m) . tm
où,
Ce terme représente la production de chaleur liée aux occupants et aux équipements (éclairage, bureautique, ventilateur, etc.)
Les gains solaires (ou encore apports solaires) dépendent :
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 :
Un climat standardisé est généralement utilisé pour le calcul.
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.
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 Ucw,i propre. La valeur globale Ucw,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 :
Le coefficient de transmission thermique Ucw,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.
Un module de façade légère est constitué de différentes parties qui ont chacune une surface et un coefficient de transmission thermique U déterminés:
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 Ucw,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 :
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 :
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.
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.
|
|
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 ΔUr est utilisé
Uc (U corrigé de la paroi) = U + ΔUr.
ΔUr est déterminé à partir des caractéristiques suivantes :
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 ΔUr 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 :
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
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.
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).
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 ΔUf.
Uc (U corrigé de la paroi) = U + ΔUf.
ΔUf est déterminé à partir des caractéristiques suivantes :
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).
1. Le terme correctif ΔUf ne doit pas être appliqué,
2. Il est toujours permis d’utiliser les valeurs par défaut suivantes
Le logiciel PEB permet d’appliquer automatiquement les valeurs par défaut.
Source: AGW du 15 mai 2014, Annexe B1, Art 7.2.3
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 :
Umax≥ b*Ueq
Umax ≥ b*1/RT
Avec :
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 :
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.Ui).
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
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 :
Umax≥ b * Ueq
Umax ≥ b*1/RT
Avec :
Un calcul numérique précis de la transmission thermique peut se faire suivant des méthodes numériques conformes aux normes.
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 :
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.
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 :
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.Ueq).
Source: AGW du 15 mai 2014, Annexe B1, Art F.2.3 et Art 15.2.2
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 :
Umax≥ b * Ueq
Umax ≥ b * 1/RT
Avec :
Un calcul numérique précis de la transmission thermique peut se faire suivant des méthodes numériques conformes aux normes.
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 :
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.
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 :
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.Ueq).
Source: AGW du 15 mai 2014, Annexe B1, Art F.2.4 et Art 15.2.2
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 :
Umax≥ a * Ueq
Umax ≥ a * 1/RT
Avec :
Un calcul numérique précis de la transmission thermique peut se faire suivant des méthodes numériques conformes aux normes.
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 :
dans le cas d’une isolation périphérique sont également nécessaires :
dans le cas d’un plancher situé plus bas que le niveau du sol extérieur :
Les caractéristique du sol (conductivité thermique λ et facteur de nappe phréatique Gw) sont définies par défaut dans le cadre de la réglementation PEB.
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 :
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 (a.Ueq ).
Source: AGW du 15 mai 2014, Annexe B1, Art F.2.2 et Art F.2.4 et Art 15.2.1
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 :
Umax≥ a * Ueq
Umax ≥ a * 1/RT
Avec :
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.
Un calcul numérique précis de la transmission thermique peut se faire suivant des méthodes numériques conformes aux normes.
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 :
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.Ueq).
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.Ueq).
Le calcul se fait automatiquement en utilisant le logiciel PEB.
Les informations nécessaires sont les suivantes :
Source: AGW du 15 mai 2014, Annexe B1, Art F.2.4 et Art 15.2.3
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 :
Outre la résistance thermique des différentes couches de matériaux (R), les coefficients thermiques utilisés sont les suivants :
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.
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.
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.
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 :
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.
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).
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.
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 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.
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.
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.
Le plancher inférieur du bâtiment peut aussi être appuyé sur les murs comme les autres planchers d’étages.
Plancher en béton massif coulé sur place.
Eléments de plancher en béton armé.
Hourdis (poutrains + entrevoûts).
(4 schémas : BA, Hourdis, prédalles et poutrains + entrevoûts)
Plancher en bois.
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.
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.
Isolation dans le support.
Isolation sous le support.
Lorsque le plancher est situé au- dessus du vide, les problèmes d’humidité ne se posent généralement pas.
Plancher sur vide.
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.
Plancher sur sol humide.
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.
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.
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.
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 |
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(1) valable pour une direction du flux de chaleur qui ne dévie pas de plus de ± 30° du plan horizontal. |
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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.
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 | |
| Rsi [m²K/W] | 0,10 | 0,13 | 0,17 |
| Rse [m²K/W] | 0,04 | 0,04 | 0,04 |
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(1) valable pour une direction du flux de chaleur qui ne dévie pas de plus de 30° du plan horizontal. |
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Tableau 1 – Résistances thermiques d’échange Rsi et Rse (en m²K/W).
Pour en savoir plus sur la résistance thermique d’échange superficiel.
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 | Ru = 0.11 m²K/W |
| d = 0.19 m | Ru = 0.14 m²K/W | ||
| d = 0.29 m | Ru = 0.20 m²K/W | ||
| béton < 1 200 kg/m³ | d = 0.14 m | Ru = 0.30 m²K/W | |
| d = 0.19 m | Ru = 0.35 m²K/W | ||
| d = 0.29 m | Ru = 0.45 m²K/W | ||
| Plancher brut préfabriqué en éléments creux en terre cuite |
1 creux dans le sens du flux |
d = 0.08 m | Ru = 0.08 m²K/W |
| d = 0.12 m | Ru = 0.11 m²K/W | ||
| 2 creux dans le sens du flux |
d = 0.12 m | Ru = 0.13 m²K/W | |
| d = 0.16 m | Ru = 0.16 m²K/W | ||
| d = 0.20 m | Ru = 0.19 m²K/W | ||
| Plancher brut préfabriqué en béton lourd (avec éléments creux) |
d = 0.12 m | Ru = 0.11 m²K/W | |
| d = 0.16 m | Ru = 0.13 m²K/W | ||
| d = 0.20 m | Ru = 0.15 m²K/W | ||
| Plaques de plâtre entre deux papiers forts |
d < 0.014 m | Ru = 0.05 m²K/W | |
| d > 0.014 m | Ru = 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.
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 ?
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.
Enfin, l’installation de stores motorisés et de « casquettes architecturales » permet de se protéger des rayons du soleil lors des périodes de surchauffe.
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 ?
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.
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.
La température intérieure est bien maîtrisée, grâce à casquettes architecturales et des stores de type screen qui filtrent le soleil.
Beaucoup de points forts se dégagent :
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…
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 :
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 !
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).
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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 :
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.
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.
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 :
L’épaisseur de contact minimale doit être respectée pour tous les raccords.
Cas particulier des châssis et portes
Exemple : coupe en plan du piédroit SANS coupure thermique.
Exemple : coupe en plan du piédroit AVEC coupure thermique.
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.
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.
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 constructifsLa 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 :
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 di et la résistance thermique R égale à la somme des résistances thermiques de chacune des couches Ri 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. |
On est en présence d’un nœud constructif ponctuel lorsque la couche isolante d’une paroi est interrompue ou réduite ponctuellement.
Colonne dans un parking non chauffé.
Console supportant une coursive.
Ne sont pas considérés comme des nœuds constructifs ponctuels :
Un nœud constructif linéaire peut se présenter aux deux endroits suivants :
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 :
Façade – angle extérieur. |
Façade – angle intérieur. |
Raccord façade – toiture. |
Raccord façade – plancher inférieur. |
Composants variant par leurs nombres, ordres, natures, épaisseurs.
Environnements extérieurs différents.
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.
Ne sont pas considérés comme des nœuds constructifs linéaires :
Ceci N’est PAS un nœud constructif !
(Vue en plan). |
(Vue en coupe). |
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 :
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. |
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.
On profite de l’espace disponible entre les éléments de l’ossature pour poser un maximum d’isolant.
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.
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.
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.
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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.
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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.)
Les isolants utilisés devront avoir certaines caractéristiques
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.
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Schémas de principe avec support, étanchéité éventuelle, isolation, protection éventuelle, drainage éventuel (prévoir des variantes : avec ou sans nappe phréatique.
Les isolants utilisés devront avoir certaines caractéristiques
On profite de l’espace disponible entre les éléments de l’ossature pour poser un maximum d’isolant.
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, …
Les isolants utilisés devront avoir une bonne stabilité dans le temps (tassement, humidité, vermine, …).
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.
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.
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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.
Types d’infiltrations :
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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.
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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.
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.
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 :
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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.
(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.
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.
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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.
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(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.)
Le plancher lourd est en général, soit en béton armé coulé sur place, soit en hourdis de béton ou de terre cuite.
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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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.
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.
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.
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 :
Une mauvaise étanchéité des châssis peut être due à :
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 PA3 PA3 |
PE2 (2)
PE3 PE3 PE4 PEE |
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.
| Pour en savoir plus sur le choix des châssis, cliquez ici ! |
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.
| 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.
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 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.
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.
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.
Les assemblages peuvent être rendus étanches par des injections de mastic fluide ou de colle.
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 :
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.
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) ».
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.
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 :
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).
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.
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.
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.
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 = ei / λi
Avec,
| 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 :
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.
Le U des planchers situés au-dessus de l’espace extérieur se calcule de manière classique :
| 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 Ueq 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.
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.
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.
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.
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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, 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.
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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.
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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.
l’
Besoin de chaleur.
Monotone de chaleur.
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.
=
= 87 10 – 9 kg/(m² x s) = 7,5 g/(m² x jour) 
=
