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)