Energie Plus Le Site

Outil d'aide à la décision en efficacité énergétique des bâtiments du secteur tertiaire. Réalisé par Architecture et Climat, Faculté d'architecture, d'ingénierie architecturale, d'urbanisme (LOCI), site de Louvain-la-Neuve, Université catholique de Louvain, Belgique avec le soutien de la Wallonie.

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Archives pour la catégorie Théories

Image de l’auteur/autrice Publié par : Sylvie Rouche 4 Déc, 2023

Score agrégé de performance environnementale

La multiplicité des scores d’impact environnemental lorsqu’ils sont pris de manière individuelle constitue rarement une bonne base pour la prise de décision. C’est pourquoi, TOTEM permet de visualiser le profil environnemental d’un élément ou du bâtiment à l’aide d’un score agrégé. L’agrégation de tous les impacts environnementaux en un score unique s’inscrit dans cette logique « decision- making » et permet aux utilisateurs d’effectuer une sélection orientée vers la prise de décision quant aux solutions de construction.

 

Pondération selon la méthode PEF

Au sein du logiciel TOTEM, il est donc possible de calculer un score unique pour l’ensemble des dix-neuf indicateurs environnementaux. Dans la suite logique de la mise à jour de la norme EN 15804 + A2 en juillet 2021 sur laquelle TOTEM s’aligne, il a été décidé d’abandonner l’ancienne approche de monétisation et d’appliquer l’approche de pondération PEF (Performence Environmental Footprint). La méthodologie PEF calcule, sur base des indicateurs environnementaux caractérisés, un score unique au moyen d’une étape de normalisation suivie d’une étape de pondération.

L’approche de la pondération PEF comprend deux étapes : normalisation et pondération, qui sont ensuite regroupée dans une agrégation.

Normalisation

La normalisation vise à calculer l’ampleur du phénomène de l’indicateur de catégorie par rapport à un système de référence.  Pour chaque indicateur environnemental, les valeurs caractérisées sont divisées par leurs facteurs de normalisation respectifs, exprimés en impact global annuel par habitant (sur la base d’une valeur globale pour l’année de référence 2010). Les résultats normalisés sont donc logiquement sans dimension.

TOTEM applique les facteurs de normalisation proposés par la plateforme européenne sur l’analyse du cycle de vie (EPLCA 2019). Par exemple, le facteur de normalisation pour le changement climatique est de 8,1 X 10³ kg CO2 eq./personne par an. L’ensemble des facteurs de normalisation utilisé dans la méthode PEF a été élaboré à partir de données statistiques sur les émissions et les ressources utilisées dans le monde pendant un an par habitant.

Pondération

Dans un deuxième temps, les valeurs normalisées sont pondérées en les multipliant par des facteurs de pondération afin de refléter l’importance relative perçue des catégories d’impact environnemental considérées. Par exemple, le facteur de pondération pour le changement climatique est de 21,06 %.

Les facteurs de pondération proposés sont calculés sur la base d’une combinaison d’ensembles de pondération :

  • un ensemble de pondérations provenant d’une enquête publique (25 %)
  • un ensemble de pondérations dérivé d’une enquête menée auprès d’experts en ACV (25 %), et
  • une approche hybride combinant des critères fondés sur des preuves (par exemple, l’étendue, la durée, la réversibilité des impacts…) et un jugement d’expert (50 %). Pour tenir compte de la robustesse des indicateurs d’impact, un facteur de correction (sur une échelle de 0,1 à 1) est appliqué aux facteurs de pondération afin de réduire l’importance des catégories d’impact dont la robustesse est faible (degré d’incertitude trop grande, données peu représentatives,…).

Agrégation

Après pondération, les résultats des différents indicateurs environnementaux peuvent être additionnés pour obtenir une note globale unique (exprimée en millipoints dans TOTEM). Le tableau ci-dessus un aperçu des facteurs de normalisation et de pondération.

Après normalisation et pondération, les scores peuvent être agrégés en un seul score. Dans les tableaux de résultats de Totem, un « facteur d’agrégation » par indicateur d’impact est donné sur la base de la combinaison des facteurs de normalisation et de pondération du PEF. Ces facteurs d’agrégation sont calculés en multipliant l’inverse de chaque facteur de normalisation avec son facteur de pondération correspondant et puis en multipliant par 1000 pour la conversion de Pt en millipoints.

Si vous voulez en savoir plus sur le score environnemental unique de Totem, nous vous recommandons la video ci-dessous :

Ventilation des résultats

Disposer d’un score unique permet de combiner des impacts différent, mais ne bride pas toute capacité d’analyse plus fouillée. Totem propose différentes décompositions des résultats, par indicateurs, composant, ou étape du cycle de vie.

Impact par indicateur

La figure ci-illustre la décomposition de l’impact environnemental d’un élément choisi en exemple est issu de la bibliothèque de TOTEM. Il s’agit d’un élément correspondant à la description suivante: Élément de toiture en pente / Recouvrement en ardoise_Fibre-ciment | Poutres_Bois résineux (172 mm – entraxe 400 mm) | Matelas_Laine de roche (170 mm) | Panneau_Plâtre.

Cette figure permet d’identifier facilement les impacts les plus impactant dans le score global de cet élément : dans ce cas, il s’agit de la contribution u changement climatique, de l’épuisement des ressources abiotiques et des émissions de particules fines.

Si vous voulez en savoir plus sur les différents indicateurs environnementaux utilisés dans TOTEM, nous vous recommandons la video ci-dessous :

Impact par composant

Le même exemple peut être analysé par composant :

On voit ici que 46% de l’impact est lié aux pertes de chaleur par transmission associée à cette paroi, et que le deuxième élément le plus impactant est lié au recouvrement en ardoise, ce qui suggère de mettre en question ce choix de recouvrement avant d’autres composants, tels que le matériau isolant (5% de l’impact uniquement dans ce cas).

Impact par étape du cycle de vie

Cette troisième visualisation permet de voir que la phase B6, représentant l’énergie de chauffage associée à l’élément, est de loin dominante. Deux autres phases se détachent : A1-A3, qui couvre la production des éléments, et B4, qui représente le remplacement de certains éléments durant le cycle de vie. Les étapes de transport et de fin de vie pèsent par contre peu, ce qui relativise les incertitudes pesant sur les scénarios de réemploi, recyclage ou traitement en fin de vie.

isolation d'une école
Image de l’auteur/autrice Publié par : Gregory Leonard 5 Fév, 2022

Réduire les consommations d’énergie de chauffage dans une démarche zéro-carbone

 

Comme mentionné en introduction du dossier consacré à la rénovation des écoles, l’énergie de chauffage dans une école représente en moyenne 60 à 70% des consommations totales. Cette part importante du poste chauffage est liée d’une part à une faible performance énergétique des bâtiments.

Dans le cas de rénovations de bâtiments scolaires dans une démarche zéro carbone, il est prioritaire de réduire cette consommation excessive de carbone liée à l’énergie de chauffe. Pour cela, des solutions « classiques »  peuvent être envisagées (changement combustible, remplacement de la chaudière…). Ou alors, dans une démarche plus innovante, nous proposons 3 pistes de réflexion afin d’atteindre l’objectif de neutralité carbone souhaité :

  • Repenser les besoins
  • Optimiser les performances énergétiques de l’enveloppe
  • Compenser les besoins résiduels avec une production propre

Repenser les besoins

Face aux enjeux énergétiques auxquels nous faisons face aujourd’hui, il s’avère de plus en plus clairement qu’un changement radical de nos pratiques et de nos standards de confort thermique s’impose afin de réduire les émissions de carbone liées à notre consommation d’énergie.

Qui dit repenser les besoins thermiques, dit aussi repenser les attentes thermiques des occupants. Celles-ci reposent habituellement sur un modèle classique d’espaces chauffés à une température standard de 20°, par un système de chauffage centralisé alimentant en chaleur l’ensemble du bâtiment. Cependant, dans une optique zéro-carbone, il est intéressant de retourner le modèle en se basant sur un principe visant à “chauffer les personnes, pas le bâtiment”. Ou encore, en poussant cette réflexion à l’extrême, il serait également envisageable de ne plus avoir recours à un contrôle permanent sur l’ambiance, mais uniquement à un apport ponctuel à certains moments critiques (relance…). Ceci est particulièrement vrai dans les école où la densité d’occupants constitue un apport thermique significatif.

  Effet du chauffage par air                                           Ce dont nous avons besoin

Une vue de l’esprit ? Pas si sûr : la théorie du confort adaptatif met en évidence l’existence, moyennant la présence d’opportunités adaptatives dans le bâtiment, de plages de températures dites “confortables” plus larges que celles dont nous avons l’habitude. Cette théorie est généralement appliquée uniquement pour la réponse aux surchauffe, faute d’études suffisante en hiver. Mais elle mérite d’être explorée.

Selon cette théorie, il serait possible de réduire les besoins thermiques à l’école en offrant aux occupants des capacités d’adaptation pour corriger localement leur ressenti. On ne parle donc pas ici de simplement placer une vanne thermostatique, mais des mettre à dispositions des solutions individuelles et proches du corps, regroupées sous l’appellation “systèmes de confort personnels (PCS)”.

Optimiser les performances énergétiques de l’enveloppe

Comme mentionné plus haut, agir sur les flux de chaleur intérieur-extérieur passe par un travail accru sur les niveaux d’isolation et d’étanchéité de l’enveloppe. Néanmoins, dans une optique zéro-carbone, “isoler plus” rime inévitablement avec “plus de carbone”. En effet, ce qui peut paraître négligeable dans un contexte global de faible efficacité énergétique devient significatif, voire prépondérant au regard de l’objectif de sobriété et d’efficacité à atteindre.

Il en va ainsi de l’énergie grise. Négligeable dans une construction courante au regard de l’énergie utilisée pour l’exploitation du bâtiment tout au long de son cycle de vie, elle devient significative pour une construction performante énergétiquement. Bien que le choix de matériaux durables – excepté leurs performances d’isolation thermique – ne soit pas une obligation pour viser les normes QZen ou plus ambitieux, il y trouve un champ d’application tout à fait opportun.

Personne n’aura pu y échapper, aujourd’hui, la tendance en termes d’isolation tend vers “toujours plus”. En effet, au cours de ces dernières années, les réglementations concernant les niveaux U des parois ne cessent de se renforcer, visant des niveaux de conductibilité thermique toujours plus faibles.

Réduire les échanges de chaleur entre intérieur et extérieur dans une démarche zéro carbone nécessite donc de trouver un réel équilibre entre le coût en carbone des matériaux utilisés pour améliorer l’isolation et la consommation en carbone liée à l’énergie de chauffage.

L’idée vous intéresse ? Consultez notre article « améliorer l’enveloppe dans une démarche zéro-carbone« .

Combiner les deux, pour se passer de chauffage ?

En poussant les deux pistes ci-dessus à l’extrême, pourrait-on envisager de se passer complètement de chauffage ? Nous avons étudié cela sur base de simulations thermiques dynamiques, en considérant une salle de classe typique. Celles-ci ont porté sur l’influence du changement d’orientation de la classe et sur le changement de position dans le bâtiment. Voici nos conclusions :

  • Il est possible de se passer d’un contrôle permanent sur l’ambiance dans des classes mitoyennes de tous les côtés (graphique SB et SBS ci-dessous), à condition que celles-ci soient composées de parois performantes et étanches. Dans le meilleur des cas, ces classes pourraient bénéficier d’une simple relance du chauffage au matin avant l’arrivée des élèves pour ainsi garder une température optimale (entre 18° et 20°) à l’intérieur tout au long de la journée. Pour tous les autres locaux de classes (graphiques SI et SIS), ne bénéficiant pas d’une position favorable, un besoin de chauffage permanent reste indispensable, malgré une amélioration des performances de l’enveloppe et une exposition favorable((HANDRIEU R, Validation par modélisation thermique d’une stratégie de rénovation énergétique d’écoles centrée sur l’autonomie thermique des salles de classes, Faculté d’architecture, ingénierie architecturale, urbanisme, Université catholique de Louvain, 2020. Prom. : Geoffrey Van Moeseke)).

Classe non mitoyenne orientée « ouest »                   Classe mitoyenne orientée « ouest » 

Classe non mitoyenne orientée « sud »                     Classe mitoyenne orientée « sud » 

  • Si l’on veut se passer de chauffage dans la classe, des concessions doivent être faites ; soit sur la qualité de l’air, soit sur la température ambiante, soit sur les deux en même temps. Nous estimons qu’il est préférable de mettre la priorité sur une ambiance saine dans la classe. La qualité de l’air (graphique de droite ci-dessous) ayant un impact plus important sur les performances que la baisse de température (graphique de gauche) ((HANDRIEU R, Validation par modélisation thermique d’une stratégie de rénovation énergétique d’écoles centrée sur l’autonomie thermique des salles de classes, Faculté d’architecture, ingénierie architecturale, urbanisme, Université catholique de Louvain, 2020. Prom. : Geoffrey Van Moeseke)).

  • Il ne faut pas négliger l’impact de systèmes d’apport de chaleur alternatifs. Si l’on prend par exemple le cas d’une installation de batteries de chauffe sur le système de ventilation complétée par des panneaux rayonnants et des systèmes de chauffe individuels, il devient possible de se passer d’un contrôle continu sur l’ambiance, même pour des locaux de classe en situation moins favorable (graphique SI ci-dessous). Il s’avère même, grâce à ces apports ponctuels de chaleur, envisageable de se passer complètement de chauffage pour des classes complètement mitoyennes (graphiques SB) ((HANDRIEU R, Validation par modélisation thermique d’une stratégie de rénovation énergétique d’écoles centrée sur l’autonomie thermique des salles de classes, Faculté d’architecture, ingénierie architecturale, urbanisme, Université catholique de Louvain, 2020. Prom. : Geoffrey Van Moeseke)).

Supprimer le chauffage dans les écoles est une utopie qui permet de remettre en questions beaucoup de pratiques concernant les activités scolaires, l’organisation des espaces et les besoins thermiques. Se passer d’un contrôle permanent sur l’ambiance est une opportunité pour créer un programme scolaire en adéquation avec les activités pédagogiques et l’environnement naturel qui l’entoure. Agir sur le besoin de chauffage des occupants est un projet éducationnel intégrant des éléments d’architecture. Ces considérations poussent donc à concevoir nos écoles de manière différente, en réfléchissant aux usages, au degré d’ouverture, et aux besoins en chaleur de chaque espace((Siraut,  Astrid.  Vers une école sans chauffage : adaptabilité de la construction et des occupants. p.67, Faculté d’architecture, ingénierie architecturale, urbanisme, Université catholique de Louvain, 2020. Prom. : Geoffrey Van Moeseke – http://hdl.handle.net/2078.1/thesis:24912 )).

 

Stratégie hiver (fermé)                                        Stratégie été (ouvert) 

Imagination de composition architecturale selon les ambiances thermiques et les besoins scolaires  

Compenser les besoins résiduels avec une production renouvelable

Une fois les deux pistes précédentes prises en compte et les besoins thermiques de l’école considérablement diminués, il est nécessaire de se focaliser sur les technologies. Aussi réduites soient-elles, les consommations en énergie de chauffage de l’école devront être assurées par des techniques cohérentes avec l’objectif zéro-carbone de l’école. A ce titre, toute combustion d’énergie fossile doit être proscrite. Cela laisse donc deux possibilités : la biomasse et l’électricité par l’intermédiaire d’une pompe à chaleur, mais dans les deux cas, sous certaines conditions seulement. Quelles sont-elles ?

Pour la biomasse, il faut s’assurer que la ressource brûlée est effectivement “neutre en carbone”, ce qui n’est pas si évident. Pour en savoir plus, allez consulter la rubrique « impact environnemental et socio-économique » de cet article. En plus de cela, le mode de production d’énergie doit être soit très efficace en termes de rejet de carbone, soit avoir un très haut rendement (chaudière bois-énergie), soit être une cogénération. Attention toutefois à la complexité des systèmes de cogénération, qui rendent l’application en milieu scolaire difficile (à moins de passer via un tiers investisseur).

Dans le cas présent d’installations de chauffage dans des écoles à optique zéro-carbone, les technologies de biomasse s’y prêtent relativement bien. Au-delà des avantages et inconvénients évoqués ici, la biomasse offre un potentiel communautaire non négligeable par le développement de synergies territoriales autour de modes de chauffage. Pour en savoir plus sur les communautés d’énergies, consultez cet article.

Pour l’électricité, il faut s’assurer que celle-ci provienne le plus possible d’une source renouvelable. Idéalement, le besoin électrique sera compensé par une production sur site, pour obtenir un bilan annuel équilibré. On parlera alors de bâtiment zéro-énergie (ZEB). Cela nous amène à envisager des sources de production renouvelables , qui sont traitées plus loin dans ce dossier.Et bien sûr, pas question de se contenter de résistances thermiques pour alimenter un réseau de chauffage central. La pompe à chaleur est la condition sine qua non du recours à l’électricité pour le chauffage.

Les pompes à chaleur peuvent, en étant multipliées et fonctionnant par zone, offrir des gammes de puissance suffisantes afin de répondre aux besoins d’une école. Cependant, tout comme pour la biomasse, les systèmes peuvent prendre beaucoup de place et générer du bruit. Une étude préliminaire sur l’implantation des unités extérieures sur le site de l’école est donc impérative. En fonction du site de l’école, cette technologie permet également de tirer parti des techniques de géothermie afin de proposer une production d’énergie au bilan carbone neutre. La pompe à chaleur offre donc de nombreux avantages en termes de neutralité carbone de l’école, mais à quel prix ? Des études de faisabilité et de rentabilité sont indispensables avant de se lancer dans de tels projets pour une école.

Image de l’auteur/autrice Publié par : Gregory Leonard 8 Oct, 2019

Retour vers l’accueil

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Image de l’auteur/autrice Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Adoucisseur d’eau [ECS]

Adoucisseur d'eau [ECS]

L’adoucisseur échangeur d’ions

Au départ, la présence de calcaire

L’eau est un solvant très efficace ! au contact de l’atmosphère elle capte du CO2 et devient légèrement acide (H2CO3). Par percolation au travers des sols, elle entre en contact avec la roche calcaire CaCO3, qu’elle dissout.

Schéma l'eau sous ces différentes formes.

Le carbonate de calcium CaCO3 présent dans l’eau va précipiter sur les parois lors d’une montée en température de celle-ci.
Photo adoucisseur.

L’adoucisseur est dès lors un appareil destiné à capter les ions Ca++ et Mg++ présents dans l’eau en les fixant sur une résine cationique. En effet, l’eau passe au travers d’une cartouche contenant des millions de petites billes de résine, chargées d’ions sodium.

Adoucisseur.

  1. Distributeur d’eau et de solution de régénération
  2. Résine échangeuse d’ions
  3. Plancher à buses (crépines) avec fentes de 0,4 mm

Par exemple, il peut s’agir de la zéolithe, silicate d’Al et de Na :

Na2O . Al2O3. n SiO2. m H2O

On dira en abrégé : Na2Z

Schéma principe principe adoucisseur.

Au passage de l’eau sur cette résine, les ions calcium seront captés :

Na2Z + Ca++  –>  CaZ + 2 Na+

ou encore :

Na2Z + Ca(HCO3)2 –>  CaZ + 2 Na(HCO3)

De même pour les ions magnésium :

Na2Z + Mg(HCO3)2 –>  MgZ + 2 Na(HCO3)

Remarque : le sel sodique produit (Na (HCO3)) passera dans l’eau mais ne contribuera pas à la dureté de l’eau; si la température augmente, il ne se dépose pas.

Régénération

Lorsque la résine est saturée en ion Ca++, il faut les éliminer et replacer les ions Na+. C’est la phase de régénération :

CaZ + 2 NaCl  –>  Na2Z + CaCl2

Schéma principe principe régénération.

Prolifération de micro-organismes

Les échangeurs d’ions offrent, comme d’autres filtres, de bonnes conditions de prolifération aux micro-organismes en raison de l’importante surface de leurs pores internes. Si aucune mesure n’est appliquée, on constate donc souvent une augmentation de la teneur en bactéries de l’eau traitée. La prolifération microbienne peut être combattue de façon efficace par l’adjonction d’environ 1 % de résine échangeuse d’ions imprégnée d’argent.

La corrosion des eaux trop adoucies

L’eau adoucie présente une concentration en calcium proche de zéro. Dès lors, l’équilibre calco-carbonique rend l’eau très agressive (les dépôts calcaires protecteurs sont rapidement dissous). On conseille dès lors de ne pas adoucir l’eau en dessous des 15°F, soit grâce à un réglage de l’adoucisseur, soit par le placement d’un bypass qui réalise un mélange entre de l’eau traitée et de l’eau totalement adoucie.

Attention à la propreté des sels

Si des impuretés sont mélangées au sel de régénération (bacs restant ouverts…), elles pourront servir de nutriments aux bactéries et tout particulièrement à la légionelle !

Les inhibiteurs de tartre

Le principe consiste à inhiber l’entartrage plutôt qu’à éliminer le calcium, par l’injection d’un produit chimique, tel que le polyphosphate qui va se dissoudre dans l’eau et enrober chaque ion calcium d’un « manteau » d’ion phosphate. La croissance des cristaux calcaires est freinée et/ou leur adhésion est empêchée sur les parois.

Mais ce produit est avalé avec l’eau par le consommateur… le contrôle de la concentration doit être rigoureux !

De plus, les polyphosphates n’agissent plus si l’eau est trop chaude.

Le CSTB en France a réalisé récemment une étude sur ce sujet.

Les systèmes physique et/ou magnétique

L’appareil agit par effet électrique et/ou magnétique et transforme le calcium en aragonite (une variété cristalline du carbonate de calcium), plus stable et donc donnant moins lieu à des dépôts.

Certains de ces systèmes ont des effets réels mais variables en fonction de divers paramètres (température, débit, intensité électrique,….) si bien qu’il est difficile de prévoir avec certitude le résultat de leur action dans des conditions particulières.

Pour plus d’informations sur ces différentes techniques, on consultera utilement le Cours – conférence n°51 du CSTC – « la corrosion et les tubes métalliques utilisés pour la distribution d’eau dans les bâtiments ».

Image de l’auteur/autrice Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Résistance thermique totale d’une paroi (Rt)

Résistance thermique totale d'une paroi (Rt)

La résistance thermique d’une paroi (RT)

La résistance thermique totale RT d’une paroi d’ambiance intérieure chaude à ambiance extérieure froide, est égale à la somme des résistances thermiques de toutes les couches de matériaux ou d’air peu ou non ventilé, qui constituent la paroi, et des résistances d’échange superficiel.

RT = Rsi + R1 + (R2) + (R…) + (Ra) + Rse

Les valeurs entre parenthèses n’existent pas lorsque la couche (d’air ou de matériau) est absente.

À partir de la résistance thermique totale, on peut calculer le coefficient de transmission thermique U.

Remarque 1
Dans le cas où la paroi contient une couche d’air peu ventilée, la somme des résistances thermique des couches de matériaux situés entre la couche d’air et le côté froid, est limitée à  0.15 m²K/W. (Réf : AGW du 17 avril 2008, Annexe VII, Art 5.4.2.3).

Remarque 2
Dans le cas où la paroi sépare deux ambiances intérieures l’une froide et l’autre chaude, la formule devient :

RT =Rsi + R1 + (R2) + (R…) + (Ra) + Rsi

Les valeurs entre parenthèses n’existent pas lorsque la couche (d’air ou de matériau) est absente.

Remarque 3

Dans le cas où la paroi contient une couche d’air fortement ventilé, on ne considère que la partie située du côté chaud de la couche d’air, et on considère que cette partie sépare deux ambiances intérieures dont celle située côté froid est à la température extérieure.

Dans ce cas, formule devient :

RT = Rsi + R1 + (R2) + (R…) + Rsi

Les valeurs entre parenthèses n’existent pas lorsque la couche de matériau est absente.

Remarque 4

En général, la résistance thermique des couches dont l’épaisseur est inférieure à 1 mm n’est pas prise en compte pour le calcul de la résistance thermique totale des parois. 

La résistance thermique d’une paroi dont certaines couches sont non homogènes

Les parois de la surface de déperdition du volume protégé sont parfois constituées d’une série de couches dont certaines ne sont pas homogènes (par exemple : couches constituées d’un mélange de plusieurs matériaux homogènes comme du bois et de l’isolant).

Calcul précis

Le calcul numérique précis de la résistance thermique de la paroi peut se faire suivant une méthode numérique conformément à la norme NBN EN ISO 10211.

Méthode simplifiée (méthode par combinaison)

Dans beaucoup de cas, il n’est pas nécessaire de faire appel à des calculs numériques et des méthodes simplifiées peuvent être appliquées. Elles donnent via un calcul manuel et l’application de certaines formules une valeur RT suffisamment précise.

La résistance thermique totale de la paroi est comprise entre deux limites :

  • La limite supérieure de la résistance thermique totale (R’T)
  • La limite inférieure de la résistance thermique totale (R’’T)

Pour calculer la limite supérieure (R’T)

  • On divise la paroi en i sections dont toutes les couches sont homogènes.
  • Pour chacune de ces sections, on détermine la transmission thermique Ui (=1/RT,i).
  • On détermine U de la paroi comme la moyenne pondérée (en fonction des surfaces) des Ui des sections.
  • On obtient R’T à partir du U moyen : R’T = 1/U

U = % a x Ua + % b x Ub + % c x Uc + % d x Ud x …
1/R’T = % a/RTa + % b/RTb + % c/RTc + % d/RTd + ⋯

Pour calculer la limite inférieure (R’’T)

  • On divise la paroi en j couches homogènes ou non homogènes.
  • Pour chacune de ces couches, on détermine la transmission thermique équivalente Uj (=1/Rj) de la couche comme la moyenne pondérée (en fonction des surfaces) des transmissions thermiques Uj (= 1/Rxj) des sections de matériaux différents dans la couche.

1/Rj = % aj/Raj + % bj/Rbj + % cj/Rcj + % dj/Rdj + ⋯

  • On obtient ainsi le Rj de chacune des couches.
  • On calcule R’’T comme pour une paroi avec couches homogènes :

R’’T = Rsi + R1 + R2 + R3 + R4 + … + Rse

Pour calculer la résistance thermique (RT)

On effectue la moyenne arithmétique des limites supérieures et inférieures de la résistance thermique.

RT = (R’T + R »T) / 2

Applicabilité

La méthode simplifiée ne peut pas être appliquée :

  • lorsque le rapport entre R’T et R’’T est supérieur à 1.5 ;
  • lorsque la couche isolante de la paroi est traversée par du métal.

Source : AGW du 17 avril 2008, Annexe VII, Art 6.2

Exemple

 

a = 3O m², b = 3O m², c = 1O m², d = 3O m²,

➙ % a = 0.3, % b = 0.3, % c = 0.1, % d = 0.3

e1 = 0.05 m, e2 = 0.1 m, e3 = 0.05 m,

Calcul de la limite supérieure (R’T)

 Calcul de la limite inférieure (R’’T)

Calcul de la résistance thermique (RT)

RT = (1.39 + 1.12) / 2 = 1.25 m²K/W
Image de l’auteur/autrice Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Régulation de vitesse des circulateurs

Régulation de vitesse des circulateurs

Comment commander la vitesse de rotation d’un circulateur de chauffage ?

Pour comprendre les solutions à adopter sur les réseaux équipés de vannes deux voies, on décrit ci-dessous la situation hydraulique lors de la fermeture des vannes.

Que se passe-t-il lorsqu’une vanne thermostatique se ferme ?

La température est presque atteinte dans le local. Le débit d’alimentation du radiateur doit diminuer. La vanne se ferme.

Point de fonctionnement d’un circulateur. Lorsque la vanne thermostatique se ferme, la courbe caractéristique du circuit se redresse et le point de fonctionnement passe de F à F’.

L’augmentation de la perte de charge suite à la fermeture de la vanne entraîne une augmentation de la pression délivrée par le circulateur.

Mais on aurait pu également représenter cette évolution comme suit :

Le débit ayant diminué, le Δp du réseau a diminué également. Et une perte de charge locale supplémentaire Δpvanne a été provoquée pour freiner le débit.

Ce Δpvanne est provoqué en pure perte ! Idéalement, c’est la vitesse du circulateur qui aurait du diminuer :

Diminution de la vitesse du circulateur pour atteindre de débit q’ souhaité.

H » est suffisant pour générer un débit q’ dans le radiateur !

La pompe s’adapte alors aux besoins et suit la courbe du réseau. La consommation énergétique est minimale.

« Freiner avec une vanne thermostatique, c’est un peu appuyer sur la pédale de frein sans lâcher l’accélérateur ! »

Mais les installations ne comprennent pas qu’un seul radiateur, et la solution qui consisterait à réguler la vitesse du circulateur par un thermostat d’ambiance et de se passer de vanne thermostatique n’est malheureusement pas applicable.

Et si on place une soupape à pression différentielle ?

Le débit qui ne passa pas dans le radiateur est à présent by-passé dans la soupape. Le circulateur n’y voit que du feu ! Autrement dit, la consommation restera identique.

Et si on place un circulateur à vitesse variable réglé pour maintenir la pression ?

Diminution de la vitesse du circulateur pour maintenir une pression constante dans le réseau. Le point de fonctionnement devient F »’

Cette solution apparaît comme une demi-mesure : le réseau n’a plus besoin d’une pression identique puisque le débit de l’eau a diminué, entraînant la diminution des pertes de charge. L’économie d’énergie est donc partielle.

Comparons les niveaux d’énergie des différentes solutions (les surfaces en vert symbolisent la puissance absorbée par le circulateur) :

Solution 1 : étranglement.

Solution 2 : réduction de vitesse pour maintenir une pression constante.

Solution 3 : réduction de vitesse suivant la courbe caractéristique du réseau.

Et si plusieurs vannes sont présentes sur le réseau?

Si plusieurs vannes sont présentes sur le réseau, faut-il toujours essayer de réduire la vitesse en restant sur la courbe du réseau ?

La situation est un peu plus complexe car plusieurs réseaux sont mis en parallèle et en série.

Si le réseau commun représente l’essentiel de la perte de charge : OUI

La fermeture de q2 peut être interprétée comme dans le cas précédent, en bonne approximation.

C’est la cas des longs réseaux de chaleur entre chaufferie et sous-stations : le pilotage de la pompe nécessite des prises d’informations dans les sous-stations (télégestion obligatoire).

Si le réseau commun est court et que chaque radiateur comporte son propre circuit : NON

Lorsqu’un des radiateurs se fermera, le débit total diminuera mais son influence est faible sur les pertes de charges à vaincre par le circulateur. La pression disponible pour l’autre radiateur doit pratiquement rester identique.

Si le réseau est constitué d’associations multiples de radiateurs en parallèle et en série (cas le plus fréquent des réseaux de chauffage de grands bâtiments) ?

C’est la solution intermédiaire qui doit être rencontrée. De là, la solution proposée par certains fabricants de faire suivre une diminution linéaire de la pression lorsque le débit demandé diminue.

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