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

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