Aléas de la méthode de calcul RT 2012 en chauffage et ECS

06 Octobre 2014

Par Christian CARDONNEL – CARDONNEL Ingénierie
Expert en Confort Durable du Bâtiment

1°) La théorie : Le bilan thermique du bâtiment est déterminé avec un modèle mathématique simplifié (RC)


Le moteur de calcul THBCE de la RT 2012 détermine le bilan thermique du bâtiment, zone par zone, par un calcul au pas horaire avec un modèle mathématique simplifié (RC).



Chaque zone du bâtiment est représentée par un modèle RC pour estimer les flux, les températures et le niveau d’apport de chaleur nécessaire au chauffage pour obtenir le confort (θop)

Les différents flux de chaleur sont linéarisés et le niveau de température opérative est déterminé en fonction du comportement du bâtiment et son équipement, des données climatiques du moment et du scénario de confort conventionnel souhaité.

A chaque pas horaire (8760 h), un premier calcul est réalisé  pour estimer la température opérative d’équilibre résultant des pertes de chaleur (déperditions) et des apports de chaleur gratuite (internes et solaires).

Bien souvent, du fait de la bonne conception bioclimatique du bâtiment, la température obtenue est adaptée au niveau de confort souhaité et aucun apport de chaleur complémentaire est nécessaire (4000 à 6000 heures/an en général).

Par contre, si le niveau de température est trop bas, il faut apporter de la chaleur et chauffer. Le modèle de calcul permet de déterminer le juste apport de chaleur nécessaire mais avec une approche simplifiée : l’apport de chaleur est instantané et sans limite de puissance.


Dans l’exemple de simulation, en résidentiel et en hiver sur une semaine, 3 pics d’appels de puissance chauffage en soirée (lundi, mardi et vendredi) qui nécessitent une forte génération de chaleur, tout de suite suivis par un besoin très réduit. En pratique réelle, la puissance chauffage est plus faible et plus répartie dans le temps.


Ainsi à la remise en régime ou en température d’une zone, le modèle RC détermine un apport de chaleur très important, bien supérieur à la puissance chauffage installée et ainsi la température opérative passe en une heure au niveau de température de consigne souhaité.

Une fois la température opérative obtenue, le niveau de puissance est fortement réduit, voir nul, ce qui ne correspond pas au fonctionnement réel des équipements.

2°) Dans la vraie vie, le comportement du chauffage est très différent

Dans la vraie vie, le comportement du chauffage est très différent (sauf dans le cas d’émetteurs muraux à effet Joule) :


  • La puissance d’émission est limitée et elle dépend pour beaucoup du niveau de la température de la génération de chaleur.
  • L’émission de chaleur n’est pas instantanée et elle dépend de la capacité thermique du système de chauffage (radiateurs à eau chaude, planchers chauffants).

Dans bien des cas, pour optimiser le bilan énergétique, la remise en température est optimisée par un système de gestion active de l’énergie, ce qui n’est pas intégré dans le calcul actuel (via Titre V éventuel).

Ainsi pour les systèmes à basse température et à bas niveau de puissance disponible (pompe à chaleur, solaire, condensation gaz, …) le calcul réalisé est donc très défavorable :


  • Compte tenu du niveau de puissance, le niveau de température « théorique » des émetteurs est important, ce qui conduit à des pertes de distribution et  génération élevées.
  • Niveau de puissance appelée est incompatible avec la génération et c’est le système d’appoint qui est mis en marche avec l’utilisation d’une énergie électrique directe ou fossile.
  • La consommation d’énergie des mises en régime est importante et conduit à des pics d’appel de puissance incompatibles avec une gestion raisonnée de l’énergie.

Dans la pratique, les résultats de ces calculs sont intégrés au moteur de calcul et sont « cachés » dans la boite noire du modèle, les résultats au pas horaire ne sont pas disponibles dans l’outil fourni par le CSTB. Pour l’analyse précise des résultats il faut disposer d’outils spécifiques développés par des experts à partir des règles THBCE de la RT 2012.

Pour améliorer la prise en compte des systèmes de chauffage et/ou de rafraichissement climatisation (même logique de calcul) il est nécessaire de :


  • Limiter la puissance d’appel disponible du chauffage en fonction de l’équipement mis en place,
  • Prendre en compte les réelles caractéristiques (émission, inertie, variations spatio-temporelles) des systèmes de chauffage et climatisation en fonction des normes en vigueur, des différents travaux des experts du domaine,
  • Revoir les calculs des pertes de chaleur des réseaux de distribution et de la récupération partielle de chaleur,
  • Intégrer pour le chauffage, la climatisation et l’eau chaude sanitaire la notion de stock de chaleur en génération qui permet de limiter le niveau de puissance génération et en optimiser la performance,
  • Intégrer dans la méthode de calcul des algorithmes spécifiques permettant de mieux gérer les systèmes d’optimisation et de gestion dynamique de l’énergie, le fonctionnement des cascades de génération, des équipements hybrides (Energies Renouvelables en base et complément traditionnel).
  • 3°) Revoyons les fondamentaux pour une meilleure méthode de calcul réglementaire RT 2012

    Dans la pratique les équipements techniques de chauffage et/ou climatisation intègrent de nombreux progrès technologiques pour apporter un niveau de confort raisonné, plus stable et économe en énergie. Faute de temps, de moyens lors de l’élaboration de la méthode, bien des éléments ont été ignorés ou mis en attente dans la méthode de calcul réglementaire RT 2012, il est donc urgent d’y revenir pour gagner en pertinence et en efficience énergétique. Le niveau d’investissement sur les équipements reste important et il ne peut pas être valorisé à sa juste valeur.

    Au niveau de la convention de calcul et en particulier le scénario de confort, il sera également judicieux de revoir le référentiel de température (19 et 16°C) et le rythme d’occupation (réduit journalier à 16°C qui pénalise le bioclimatique, chauffage à 19°C la nuit, périodes d’absence en fin d’année) qui ne correspond pas bien à la pratique dans le résidentiel collectif.


    Pour l’eau chaude sanitaire ECS, les mêmes constats peuvent être réalisés et en particulier dans les bâtiments résidentiels collectifs et tertiaire d’hébergement (hôtels, foyers, …).
    Le poste ECS devient très impactant et la consommation d’énergie ECS dépasse bien souvent celle du chauffage.
    Différents points doivent être améliorés :


    • Besoin et profil de puisage ECS dans les bâtiments collectifs (les puisages sont étalés dans le temps et non imposés à des heures fixes),
    • Mieux intégrer les systèmes composés (chauffage et ECS couplés), les solutions à stock primaire en eau morte),
    • Revoir les systèmes de génération ECS avec les énergies renouvelables (solaire, pompe à chaleur ou absorption, sources fatales sur l’air extrait, les eaux grises, les process).

    Pour gagner en cohérence et permettre une meilleure prise en compte de la RT 2012 dans la conception, réalisation des bâtiments résidentiels neufs et la future réglementation du bâtiment existant, il est nécessaire de rendre la méthode de calcul plus claire et plus pédagogique, ouvrir le moteur de calcul à la mise en place d’indicateurs pour aider à la compréhension des résultats et aider à une approche pragmatique.



    Lecture recommandée : Rapport de l’OPECST sur Energie et Bâtiment - Juillet 2014 de 380 pages.
    Rapport très complet rempli d’informations très intéressantes, …



    LES FREINS RÉGLEMENTAIRES À L’INNOVATION EN MATIÈRE D’ÉCONOMIES D’ÉNERGIE
    DANS LE BÂTIMENT : LE BESOIN D’UNE THÉRAPIE DE CHOC



    Participez à la Convention EEB le 21 Octobre 2014 : COMMENT REUSSIR LE CONFORT DURABLE
    D’UN BATIMENT ? >>
    http://www.convention-eeb.fr/

    Christian Cardonnel


    Commentaires

    • Marc
      0
      07/10/2014

      Par expérience je sais que le poste ECS dans les hôpitaux par exemple peut etre trés important en énergie et pénaliser tous les efforts faits dans le cadre des économies faites sur le chauffage .


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