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110509 ibam chauffage

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Ces slides ont été présenté lors d'une formation de responsable énergie à Charleroi. l'objectif était donner une introduction à la méthodologie d'audit énergétique aux participant

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  • 1. Audit énergétique Jour 1 : Systèmes énergétiques 27 novembre 2013 Mohamed Ait Hassou Administrateur Mohamed.aithassou@ibam.be 1
  • 2. Méthodologie de l’audit énergétique 3 postes d’analyse Projet Stratégie Enveloppe Systèmes
  • 3. Méthodologie de l’audit énergétique CATEGORIE THEMES 1 Installation de chaleur 2 Installation de froid et dissipation de chaleur Systèmes 3 Ventilation mécanique 4 Eclairage artificiel ASPECT SYSTÈME 1.1 Utilisation d'énergie fossile / nucléaire production, distribution, émission et régulation 1.2 Utilisation de la biomasse bûche de bois, copeaux, pellets 1.3 Utilisation de la chaleur solaire collecteur solaire thermique, sous plaque, sous vide 1.4 Utilisation de la chaleur ambiante (via air extérieur, chaleur perdue, pompe à chaleur sol, eau, pompe à chaleur) air 1.5 Stockage de chaleur, distribution et absorption, chaleur latente, serpentin de chauffage, utilisation convecteurs, fraicheur du sol, refroidissement adiabatique, night 2.1 Dissipateur de chaleur naturelle chilling unité de réfrigération par compresseur, pompe à chaleur 2.2 Système de refroidissement électrique réversible 2.3 Système de refroidissement thermique unité d'absorption et adsorption, refroidissement solaire 2.4 Stockage, distribution et évacuation de stockage d'eau et de glace, ailette de refroidissement, froid activation de composants du bâtiment batteries de chauffage et de froid, humidification, 3.1 Besoins et confort déshumidification, gaines d'air conduite de ventilation, déplacement de bouche d'air, 3.2 Conduite et management de la extracteur, déflecteur venturi, cheminées solaire, ventilation ventilateur 3.3 Récupération de chaleur, de froid et échangeur thermique à courant croisés/inversés ou d'humidité rotationnel 4.1 Technologies d'éclairage équipements, luminaires éclairage directe/indirect, éclairage de travail (luminance, 4.2 Concept d'éclairage contraste, visibilité), caractéristiques des surfaces détection de présence, dimming, contrôle en fonction de 4.3 Automatisation de l'éclairage la journée
  • 4. Méthodologie de l’audit énergétique CATEGORIE THEMES ASPECT 5.1 Photovoltaïque 5 Production et efficacité 5.2 Production combiné électricité/chaleur électrique 5.3 Stockage d'électricité Systèmes SYSTÈME types de modules, intégration, multiples fonctions générateur, moteur, moteur stirling, turbine, pile à combustible, cogénération batteries, cycle de vie de l'hydrogène 6.1 Systèmes propres à la fonction du bâtiment gestion des déplacements, air comprimé, autres (bureautique) 6 Autres systèmes 6.2 Systèmes non propres à la fonction du confort, loisirs bâtiment 6.3 Autres optionnels
  • 5. Agenda Jour 2 : Systèmes énergétiques : Production et maintien de chaleur Rappel poste de l’audit énergétique Installation de chauffage Les pertes Le rendement de l’installation de chauffage La combustion - Le cadre législatif - Le rendement saisonnier - Les différents types de chaudière - Le dimensionnement des chaudières La distribution L’émission La régulation Importance de la ventilation
  • 6. 2. Les pertes? Pertes par rayonnement (0,6 à 10%) Pertes par balayage (0,1 à 10 %) Pertes par la cheminée (15 à 5%)
  • 7. 2. Les pertes? Pertes par manque d’isolation dans des locaux non chauffés 7 7
  • 8. 2. Les pertes? Pertes par vitrages, allèges, … 8 8
  • 9. 2. Les pertes? De la chaleur est fournie à des moments pas toujours nécessaires 9 9
  • 10. 3. Le rendement de l’installation ηglobal = ηproduction × ηdistribution × ηémission × ηrégulation ηglobal = 100% - % pertes de production - % pertes de distribution - % pertes d’émission - % pertes de distribution 10
  • 11. Agenda Jour 2 : Systèmes énergétiques : Production et maintien de chaleur Rappel poste de l’audit énergétique Installation de chauffage Les pertes Le rendement de l’installation de chauffage La combustion - Le cadre législatif - Le rendement saisonnier - Les différents types de chaudière - Le dimensionnement des chaudières La distribution L’émission La régulation Importance de la ventilation
  • 12. La production de chaleur Isolation combustion Quand le brûleur est en fonctionnement... balayage Quand le brûleur est à l ’arrêt... 12
  • 13. La combustion Combustible Air Eau => Lv Et NOx, CO, SOx MAIS: • Combustion = jamais parfaite • But des fabricants de matériels = augmenter les rendements tout en limitant autant que possible les imbrûlés et rejets toxiques dans l’environnement A votre avis, pour 1 L de mazout/gaz, combien faut-il d’air ? (En théorie, en pratique) (en m³, en L) 13 13
  • 14. La combustion Analyseur de combustion 14
  • 15. La combustion • Les différents paramètres Température des fumées La température nette des gaz de combustion = différence entre la Température de la température des gaz de combustion et celle de l’air comburant. pièce Afin de permettre une combustion complète, il faut un apport d’air Excès d’air plus important que la quantité d’air requise en théorie. Idéalement, un excès d’air de 20% doit être fourni, c’est-à-dire un λ égal à 1,2. Le monoxyde de carbone est le produit d’une combustion incomplète Teneur en CO (production d’imbrulés) Théoriquement max 15% pour le mazout / max 11% pour le gaz. Pourcentage de Pratique 12..13,5 % pour le mazout / 8,5…10% pour le gaz CO2 Le taux de CO2 influence le rendement de l’installation. Le pourcentage d’O2 est directement lié à l’excès d’air car il représente Pourcentage d’O2 la part de la combustion qui n’a pas été réalisée. Indice de L’indice de Bacharach est l’image de la production de suie du brûleur. Bacharach Une amélioration (meilleur réglage) est conseillée au-delà de 1. 15
  • 16. La combustion Car combustion incomplètes => pertes d’énergie Surplus d’air => ↘ CO2 par dilution Manque d’air => + d’imbrûlés => ↗ CO 0 imbrûlés ! 16
  • 17. La combustion Le rendement de combustion ηcomb = 100 - f x (Tfumées - Tamb) / /%CO2 f dépend du combustible et du %CO2 Avec une chaudière HR actuelle: 92 ... 93 ... 94% Limite inférieure acceptable: … 89 % ... 1 % de moins = + 1% de surconsommation Si Tfumées ↘, Si %CO2 ↗, ŋ↗ ŋ↗ 17
  • 18. La combustion Température de l’air comburant Meilleur rendement ? Cheminée type B (Air comburant chaufferie = ±20°C) Cheminée type C (Air comburant extérieur : T = ???? °C) 18
  • 19. 19
  • 20. 1 2 3 Détail brûleur - Gicleur Choix 4 5 Mesures 6 7 20
  • 21. Le cadre législatif • Mazout : contrôle tous les ans • Gaz : contrôle tous les 3 ans Wallonie Flandre Bruxelles Avant A.R 6/1/1978 A.R 6/1/1978 A.R 6/1/1978 Aujourd’hui AGW 29/5/09 BVR 27/4/2007 10/06/2010 21
  • 22. Le cadre législatif • Bruxelles-Capitale : 10 juin 2010, Chauffage PEB Puissance nominale > 20 kW, combustible liquide - réception des systèmes de chauffage - contrôle périodique des chaudières - diagnostic chaudière >15ans. Le contrôle périodique comprend : • le nettoyage de la chaudière, • le nettoyage du système d’évacuation des gaz de combustion, • le réglage du brûleur de la chaudière, • la vérification de certaines exigences. 22 22
  • 23. Le cadre législatif • Bruxelles-Capitale : 10 juin 2010 Chauffage PEB Ex : Pour toute chaudière utilisant un combustible liquide  mazout Date de construction de la chaudière Indice de fumée Min CO2 (%) CO max (mg/kWh) Max O2 (%) η min* (%) A partir du 01/01/1998 ≤1 12 155 4,4 90 Du 01/01/1988 au 31/12/1997 inclus ≤1 11 155 néant 88 Jusqu’au 31/12/1987 ou inconnue ≤2 10 155 néant 85 * η min = le rendement de combustion sur PCI. Cette exigence n’est pas d’application pour les chaudières à condensation 23 23
  • 24. Le cadre législatif • Wallonie : AGW 29 mai 2009 – Contrôle obligatoire // Entretien pas obligatoire 24
  • 25. Le rendement saisonnier • Le rendement saisonnier = (Consommation annuelle – Pertes combustion – Pertes à l’arrêt ) / Consommation annuelle ηsais= ηutile / (1+qE*(nT/nB-1)) Avec : ηutile = rendement utile (quand le brûleur fonctionne) = η combustion – pourcentage de réduction due aux pertes vers l’ambiance durant le fonctionnement du brûleur qE = coefficient d'entretien ou de pertes à l'arrêt nT = nombre total d’heures de la saison de chauffe *h+ nB = nombre d’heures de fonctionnement du brûleur *h+ 25
  • 26. Le rendement saisonnier Pertes en fonctionnement 1 – Chaudière au charbon converties au fuel 2 – Chaudière gaz atmosphérique 3 – Chaudière fuel ou gaz à brûleur pulsé 26
  • 27. La production de chaleur Ordres de grandeur Rendements en % ( global = production x distribution x émission x régulation) Type d'installation production distribution Ancienne chaudière surdimensionnée, longue boucle de distribution. 75 .. 80 % Ancienne chaudière bien dimensionnée, courte boucle de distribution. Chaudière haut rendement, courte boucle de distribution, radiateurs isolés au dos, régulation par sonde extérieure, vannes thermostatiques,... émission régulation global 80 .. 85 % 90 .. 95 % 85 .. 90 % 46 .. 58 % 80 .. 85 % 90 .. 95 % 95 % 90 % 62 .. 69 % 90 .. 93 % 95 % 95 .. 98 % 95 % 77 .. 82 % 27
  • 28. Les différents types de chaudières • Les différents types de chaudières – Chaudière gaz atmosphérique – Chaudière gaz à prémélange avec ventilateur – Chaudière gaz/mazout à brûleur pulsé – Chaudière gaz/mazout à condensation 28 28
  • 29. Les différents types de chaudières Brûleur atmosphérique  Pas de ventilateur  Combustion à P armosphérique  Réglage d’usine  Beaucoup d’excès d’air  Pertes à l’arrêt Brûleur à prémélange Le gaz est prémélangé avec l'air  Le mélange est soufflé au travers d’une surface d'accrochage (acier inoxydable, matière céramique, …) 29
  • 30. Chaudière à condensation • Rendement de combustion – Quel rendement ? • Température de rosée : – Mazout : 47°C // Gaz : 57°C • Conditions : – Température de retour < Température de rosée – Surdimensionnement des radiateurs 1 L de mazout = ± 1 L d’eau 30
  • 31. Chaudière à condensation 31
  • 32. Dimensionnement des chaudières => 2 méthodes pour l’estimer: 1. Sur base de la consommation actuelle du bâtiment: Calcul du nombre d’heures de fonctionnement du brûleur Exple 4 : consommation Bâtiment X = 90 MWh Puissance chaudière Bâtiment X = 150 kW Entre 1800 et Nombre d’heure de fonctionnement du brûleur 2000 heures Image du surdimensionnement = nombre d’heures de la saison de chauffe/nombre d’heure fonctionnement brûleur = 3 32
  • 33. Dimensionnement des chaudières => 2 méthodes pour l’estimer: 2. Le dimensionnement réel : basé sur le calcul des déperditions au travers de l'enveloppe et celles provoquées par la ventilation • Le niveau d'isolation thermique globale du bâtiment "le niveau K » http://www.energieplus-lesite.be/index.php?id=10384 33
  • 34. Mesures URE • Mesures – Améliorer le rendement de combustion – Remplacement de la chaudière Exple 3 : Chaudières ancienne vers chaudière à condensation ŋchaudière = 89 % …. 105 % (à condensation) Consommation : 50 MWh Puissance initiale : 50 kW….. 30 kW Pertes… Investissement : 3.000 € TRI ? 34
  • 35. Agenda Jour 2 : Systèmes énergétiques : Production et maintien de chaleur Rappel poste de l’audit énergétique Installation de chauffage Les pertes Le rendement de l’installation de chauffage La combustion - Le cadre législatif - Le rendement saisonnier - Les différents types de chaudière - Le dimensionnement des chaudières La distribution L’émission La régulation Importance de la ventilation
  • 36. La distribution • Les différents accessoires 36
  • 37. La distribution Vanne d’équilibrage : objectif : équilibrage des circuits Equilibrer les circuits pour avoir les débits nécessaires sur chaque circuit Amélioration du confort car répartition uniforme Eviter les surchauffes et zones froides. Puissance suffisante dans les locaux : économie d’énergie 37
  • 38. La distribution 38
  • 39. La distribution 39
  • 40. Isolation des circuits • Isolation des tuyaux et des vannes Perte de chaleur DN [mm] 10 15 Teau - Tair : 20°C 11 13 40°C 22 29 60°C 36 46 80°C 52 67 d'un tuyau en acier non isolé en [W/m] 20 25 32 40 50 62 80 100 17 36 58 84 21 45 73 105 26 57 92 132 30 65 105 151 38 81 130 188 47 101 164 236 55 118 191 276 71 152 246 355 Energie perdue si la circulation fonctionne uniquement pendant la saison de chauffe: Perte de Chaleur[kW]* saison de chauffe [h/an] / ηsais 40
  • 41. Mesure URE • Mesure : Isolation des circuits Isoler les circuits dans la chaufferie Exercice: 4 mètres de circuits non isolés, épaisseur du tuyau DN 40 T° eau 80°C et T° chaufferie 20°C / ηsais: 80% Quelle est la déperdition? 41
  • 42. Agenda Jour 2 : Systèmes énergétiques : Production et maintien de chaleur Rappel poste de l’audit énergétique Installation de chauffage Les pertes Le rendement de l’installation de chauffage La combustion - Le cadre législatif - Le rendement saisonnier - Les différents types de chaudière - Le dimensionnement des chaudières La distribution L’émission La régulation Importance de la ventilation
  • 43. Emission • Système de chauffage direct 43
  • 44. Emission • Système de chauffage indirect 44
  • 45. Emission • Différents types d’émetteurs Radiateurs Ventiloconvecteurs Aérothermes 4545
  • 46. Agenda Jour 2 : Systèmes énergétiques : Production et maintien de chaleur Rappel poste de l’audit énergétique Installation de chauffage Les pertes Le rendement de l’installation de chauffage La combustion - Le cadre législatif - Le rendement saisonnier - Les différents types de chaudière - Le dimensionnement des chaudières La distribution L’émission La régulation Importance de la ventilation
  • 47. La régulation • 2 types de régulation : – Locale (vanne thermostatique, thermostat sur appareil) – Centrale (thermostat d’ambiance simple/évolué, vanne 3 voies) 47
  • 48. La régulation Régulation sur base de la température de retour Source: http://www.plomberiechauffage.com PB en cas de fermeture global des vannes. 48
  • 49. La régulation 49
  • 50. La régulation centrale Source: http://www.plomberiechauffage.com 50
  • 51. La régulation centrale • Intérêt => couplage à une motorisation électrique pilotée par un système de régulation. Température de départ fixe Température au circuit variable Source: http://www.plomberiechauffage.com 51
  • 52. La régulation centrale Régulation avec thermostat influençant le circulateur Gestion de la temp. dans le local MAIS Temp. fixe chaudière 52
  • 53. La régulation centrale Régulation avec thermostat influençant l’aquastat Gestion de la temp. dans le local & temp. variable de la chaudière => réactivité Modulation du brûleur en fonction des besoins 53
  • 54. La régulation centrale Régulation par calculateur influençant l’aquastat Sonde extérieure Calculateur Aquastat Sonde sur le départ 54
  • 55. La régulation centrale climatique  La courbe de chauffe, via un régulateur dit "climatique", établit une correspondance entre les besoins de chaleur et la température de l'eau de chauffage.  Le plus souvent, la grandeur la plus représentative des besoins est la température extérieure.  31/12/2013 55
  • 56. La régulation locale • Où placer le thermostat ? Pièce témoin 56
  • 57. Régulation locale • Principe des vannes thermostatiques 57
  • 58. La régulation locale • Comment placer une vanne thermostatique ? 58
  • 59. La régulation locale • Comment placer une vanne thermostatique ? 59
  • 60. La régulation locale • Comment placer une vanne thermostatique ? A l’abri des courants d’air 60
  • 61. La régulation locale • Intermittence gérée grâce à 2 outils automatiques : horloge ou optimiseur  Un optimiseur permet de redémarrer « à la dernière minute » ! 61
  • 62. La régulation Régulation climatique OK mais pas de ralenti nocturne 31/12/2013 62 62
  • 63. La régulation Pas de régulation ! 31/12/2013 63 63
  • 64. La régulation Evolution de la température dans les classes 50 Classe 2 45 40 Classe 1 Chaufferie température ambiante °C 35 30 25 20 15 10 5 0 Coupure à relance fixe 31/12/2013 64 64
  • 65. Focus sur la régulation 65
  • 66. Focus sur la régulation 66
  • 67. Focus sur la régulation 67
  • 68. Agenda Jour 2 : Systèmes énergétiques : Production et maintien de chaleur Rappel poste de l’audit énergétique Installation de chauffage Les pertes Le rendement de l’installation de chauffage La combustion - Le cadre législatif - Le rendement saisonnier - Les différents types de chaudière - Le dimensionnement des chaudières La distribution L’émission La régulation Importance de la ventilation Notion de confort
  • 69. Ventilation • Objectif : Ventilation contrôlée Fournir la quantité d'air frais nécessaire aux occupants Limiter les consommations énergétiques par des pertes d’air frais.
  • 70. Qualité de l’air Catégorie de qualité d'air Taux de CO2 maximum Valeur par défaut Excellente qualité < 400 [ppm] 350 [ppm] Qualité moyenne 400 à 600 [ppm] 500 [ppm] Qualité modérée 600 à 1 000 [ppm] 800 [ppm] Faible qualité mais acceptable > 1 000[ppm] 1 200 [ppm]
  • 71. Débit d’air exigés Logements Type de local Amenée d'air neuf Locaux de séjour 3,6 m³/h.m²] (min : 75 [m³/h], peut être limité à : 150 [m³/h]) Chambres, locaux d'étude et de loisir Évacuation d'air vicié 3,6 [m³/h.m²] (min : 75 [m³/h], peut être limité à : 36 [m³/h.pers]) Cuisines fermées, salles de bains, buanderie Cuisines ouvertes WC 3,6 [m³/h.m²] (min : 50 [m³/h], peut être limité à : 75 [m³/h]) 3,6 [m³/h.m²] (min : 75 [m³/h]) 25 [m³/h]
  • 72. Principe de la ventilation mécanique
  • 73. 4 systèmes de ventilation
  • 74. Récupération de chaleur • Système D
  • 75. Système de ventilation Echangeur à plaques Echangeur à eau glycolée Echangeur à roue
  • 76. Agenda Jour 2 : Systèmes énergétiques : Production et maintien de chaleur Rappel poste de l’audit énergétique Installation de chauffage Les pertes Le rendement de l’installation de chauffage La combustion - Le cadre législatif - Le rendement saisonnier - Les différents types de chaudière - Le dimensionnement des chaudières La distribution L’émission La régulation Importance de la ventilation Notion de confort
  • 77. Température de confort • • • • • • Le confort dépend de 6 paramètres: L’activité L’habillement La température ambiante de l’air Ta La température moyenne des parois Tp L’humidité relative de l’air (HR): inconfort si 70% La vitesse de l’air < 30% ou > 77 77
  • 78. Température de confort Confort thermique = la température de confort ressentie Tconfort = (Tparoi + Tambiante)/2 T confort T air T parois 2 78

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