Thermique

Introduction / Définitions

L'Energie

permet

Produire de la lumiere

Produire de la chaleur

Modifier un état

Entrainer un mouvement

Unité

Système inernational : J : 1J = 1N.m = 1W.s

Wh : 1Wh = 3 600 J

kWh : 1kWh = 1000 W

Définition

L'énergie est une quantité consommée par un système sur une certaine durée

E (Wh) = P (W) x T (h)

La puissance est une grandeur qui caractérise la capacité d'un système à transformer de l'énergie à un instant donné (on parle de puissance instantanée)

On ne peut pas produire de l'énergie mais seulement la transformer d'une forme en une autre

Thermodynamique

1er principe : l'énergie se conserve au sein d'un système => lors d'une transformation d'énergie, la somme des énergies obtenue est égale à l'énergie initiale

2nd principe : une transformation d'énergie est irréversible en raison des pertes. Energie perdue/Energie utile

Electricité

Energie primaire = Energie finale + Pertes de production + Pertes de transport + Pertes de transformation

La chaine énergétique

Energie primaire : énergie prélevée dans l'environnement

Energie finale : énergie consommée à l'entrée du batiment

Energie utile : énergie requise par un occupant pour répondre à son besoin (lumière, chaleur, eau chaude)

1 kWh Energie finale = 2.3 kWh Energie primaire (autres énergies, 1kWh énergie finale = 1kWh d'énergie primaire)

Rendement R

Le rendement c'est le rapport entre les besoin et la consommation R = B/C (EnergieSortante/EnergieEntrante)

DPE

Ordonnées : consommation d'énergie primaire : kWh/m².an

Absisses : émissions de CO2 : kgeqC02/m².an

Sans enveloppe thermique, les classes A et B sont inatteignables

Déperditions thermiques

Transfert de chaleur

Température

T(K) = T(C) + 273.15

Le Kelvin se base sur le 0 absolu (l'eau ne peut pas se refroidir en dessous)

Le degrés se base sur la température de gel de l'eau de 0°C (l'eau boue à 100 °C)

Unité : Kelvin (K) ou degrés (°C)

Types de transferts

Convection : transfert de chaleur avec déplacement de matière par les fluides (chaleur mouvante et peu ressentie car l'air chaud monte)

Rayonnement : transfert de chaleur sans support matériel par rayonnement electromagnétique (chaleur la plus agréable et stable)

Conduction : transfert de chaleur dans la matière sans déplacement de matière

Les transferts s'effectuent du chaud vers le froid

Calcul de déperditions

Objectif : dimensionner la puissance du chauffage

Conditions du calcul : au plus froid de l'année (donnée à voir en fonction de la région), sans apport de chaleur, avec un coefficient de relance. Delta T = Tint (19°C en général) - Text(au plus froid)

Déperditions (D)

D sur paroi

ResistanceThermiqueCouche R (m²K/W) = epaisseur (m) / lambda

Lambda conductivité thermique : capacité du matériau à transférer la chaleur par conduction (W / mK)

Rparoi = Rsup + R1 + R2 + ... + Rn + Rsup

Coeffiicient de transmission surfacique : U(W/m²K) = 1/Rp soit le nombre de Watt que traversent la paroi pour 1m² de paroi avec une différence de température de 1°C

Déperditions D(W) = U x Surface (m²) x DeltaT(K)

Les déperditions sont proportionnelles au coefficient U, à la surface de la paroi et à l'écart de température

U (murs, toiture, plancher exterieur) Ue (plancher sur sol) Uw menuiseries Up portes

Calcul émissions CO2

Regarder le tableau des contenus en GES (kgCO2eq/kWhEf)

Réno performante

Valeurs cibles

Toit : 7 < R < 10

Mur : 4,4 < R < 6

Plancher Bas : 3 < R < 5

R min pour aides financière

Energie et humain

Un homme occidental consomme 30 000 kWhEf/an soit environ 50 000 kWhEp/an : cela correspondant à avoir environ 400 esclaves qui travaillent nuit et jour pour nos besoin

Température ext à 0°C => bas du mur à 3°C => Dalle à 6°C => Terrain sous dalle à 9°C

D paroi sur un LNC (local non chauffé)

Exemple : plafond sur combles, mur sur garage

D = U x S x DeltaT x B

B : coefficient de prise en compte de l'effet tampon du LNC

D plancher sur TP (terre plein) ou VS (vide sanitaire) les déperditions sont moins élévées que sur l'extérieur

D ponts thermiques

D = Psi x L x DeltaT

Psi coeff de transmission linéique W/mK

D menuiseries

Peu de pont thermiques avec construction bois

Sw transmission solaire menuiseries

Uw prend en compte Ug (glass=vitrage) + Uf(frame=chassis) + PsiG(liaison vitrage-chassis)

Facteur g facteur solaire = % d'énergie solaire pénétrant à travers le vitrage : + G est important, plus l'apport est élevé

% surface vitrée

Couleur du chassis

Uw performant <=1.3 W/m²K

Double vitrage 1,1 < U < 1,4

Triple vitrage 0,7 < U < 1

Coefficient Ujn permet de prendre en compte les fermetures nocturnes et protections solaires

D renouvellement d'air

Déperditions liées à la capacité thermique de l'air 0,34 Wh/m3K

Il faut 0,34Wh pour réchauffer 1m3 d'air à 1°C supérieur

D = 0,34Q x DeltaT

Q débit d'air neuf en m3/h, dépend type de ventilation installée : Q = Qvarep x Shab

Dbat = Dparois + Dplanchers + Dtoit + Dmenuiseries + DpontsThermiques + Dventilation

Coefficient de déperditions volumiques G

G = DeperditionsTotales/(Volume x DeltaT) soit D = G x Vol x DeltaT

Unité : W/m3K

Permet de situer la performance thermique de l'enveloppe et d'estimer les déperditions (calcul peu précis)

G estimé en fonction de l'année de construction maison (voir tableau)

Attention au surdimensionnement nottament avec les PAC et les poêles

Besoins

Prise en compte des apports hors chauffage : apports internes (appareils en fonctionnement & humains) + apports solaires

BesoinMaintenirTemp = ApInternes + apSolaires + ApChauffage = DepThermiques + DepVentil

Apports = Ap

l'humain dégage 2,3kwH/j dont la globalité sous forme de chaleur

Systèmes

Chauffage

Rglobal = Rémission x Rdistribution x Rrégulation x Rproduction

Faible conso = besoin faibles + bon rendement

Logiciel CapRenov/outils de calcul

Utiles si le bâtiment est bien modélisé + hypothèse sur le climat et l'usage du bâtiment sont conformes à la réalité

Rendement Chauffage = Besoin installation / Consommation du système

ECS (eau chaude sanitaire)

Consommations (DPE)

moyen 56L d'ECS à 40°C / j

dépensier 79L d'ECS à 40°C / j

Calcul d'ECS

Besoins (kWh) = 1,16 x Vol x deltaT

capacité thermique de l'eau : 1,16kWh/m3.K

Il faut 1,16 kWh pour réchauffer 1m3 d'eau à 1°C de plus, soit 3500 fois plus que l'air

1L d'eau = 0.001m3

Vol = consoEau/jour(L) x 365 x nb occupants

deltaT = T°ecs - TeauFroide

Rendement

Rglobal = Rgénération x Rstockage x Rdistribution

Cumulus Elec = 60%

Chaudiere Gaz ancienne =40%

Chaudiere Gaz récente = 60%

Chauffe eau ThermoDynamique = 166%

Chauffe eau ElectroSolaire = 128%

environ 1500kwh pour 2p / an => non négligeable

Solutions pour classe A et B

Chauffe eau thermodynamique/electrosolaire

PAC double service (chauffage + ECS)