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institut supérieur d'architecture st luc rue d’irlande 57 B -1060 Bruxelles Les

institut supérieur d'architecture st luc rue d’irlande 57 B -1060 Bruxelles Les installations techniques dans les bâtiments. Ph. Gruloos - J-F. Roger France - J. Claessens SEPTEMBRE 2007 Dimensionnement du chauffage des bâtiments. 1. Le chauffage à eau chaude 2. Le chauffage à air chaud 3. Pompes et ventilateurs Dimensionnement Chauffage 2 1. Le chauffage à eau chaude. 1.1. Rappel des technologies et organisation générale d’une installation de chauffage centralisée. 1. On définit les différents besoins de chaleur du bâtiment :  Les zones thermiques homogènes du bâtiment (locaux au Sud, locaux au Nord, salles de réunion, cafeteria, …)  L'eau chaude sanitaire  Le(s) groupe(s) de préparation d'air chaud  … Des circuits distincts d'eau chaude alimenteront chacun de ces utilisateurs (dits : circuits "secondaires") 2. En chaufferie, ils seront raccordés sur les collecteurs "départ" et "retour" de la boucle primaire, elle-même raccordée à une ou plusieurs chaudières. 3. Dans les locaux, on choisira le type d'émetteur (convecteur, radiateur, …). 4. Ensuite, on définira le réseau de distribution. Deux exemples fréquents :  soit on profite du niveau de cave pour faire circuler un réseau horizontal. Et sur celui-ci, on vient piquer les conduites verticales (= "colonnes montantes" le long des façades), puis les radiateurs raccordés en bitubes.  soit une conduite principale est intégrée dans une trémie verticale, d'où on part à chaque étage pour alimenter les émetteurs d'un même plateau, via un circuit "pieuvre" en chape, par exemple. Plus d'info dans le cours de BAC 3 (ftp://ftp.arch.ucl.ac.be) ! 3 1.2. Résumé des éléments à prévoir et à dimensionner Dimensionnement Chauffage 4 1.3. La détermination rapide des besoins de chaleur 1.3.1. Principe du dimensionnement.  Imaginons un saut rempli d’eau. Il est percé : par tous les trous, de l’eau s’échappe. On désire maintenir un niveau d’eau constant dans le seau. Aussi, on place une alimentation d’eau pour combler les pertes. Si le niveau d’eau est stable, c’est que l’apport du robinet compense exactement les pertes.  Il en est de même pour le chauffage d’un local. En permanence, des fuites de chaleur se produisent par les parois du local vers l’extérieur. Le radiateur apporte de la chaleur pour combler ces pertes. Si le niveau de température est stable, cela signifie qu'il y a égalité entre la chaleur perdue par le local et la chaleur apportée par le radiateur.  Comment dimensionner le radiateur ? On se place dans la situation la plus critique: il gèle à pierre fendre dehors, il y a du vent froid qui s’introduit par les fentes du châssis, .... Et même à ce moment, on souhaite qu’il fasse 20° dans la pièce. Le radiateur aura donc une puissance telle qu’il puisse compenser les pertes maximales du local. Dimensionner une installation de chauffage, c’est donc estimer les déperditions maximales du local par temps très froid, et sélectionner les radiateurs et la chaudière qui pourront apporter une puissance de chauffe équivalente. Tous les autres jours de l'année, la régulation se chargera de moduler cette puissance en fonction des besoins réels qui varient tout au long de la saison de chauffe. En pratique, elle ralentira le débit d'eau dans le radiateur, par exemple via une vanne thermostatique. A noter que cette méthode génère un surdimensionnement permanent puisque la présence des personnes, de l'éclairage, des équipements électriques, … fournira une chaleur qui diminuera la puissance réellement nécessaire. Mais par "sécurité" on ne la prend pas en compte. 5 1.3.2. La méthode par ratio ▪ Ratios du chauffagiste pressé qui ne veut rien calculer : Bâtiment bien isolé (K55)1 Bâtiment ancien mais partiellement isolé (toiture, par ex) (K 80) Bâtiment "passoire" (K120) 30 W/m³ 50 W/m³ 70 W/m³ ▪ Ratios de l'architecte qui sort de St Luc : Bâtiment bien isolé (K55) Bâtiment ancien mais partiellement isolé (toiture et double vitrage, par ex) (K 80) Bâtiment "passoire" (K120) 25 W/m³ 35 W/m³ 45 W/m³ ▪ Ratios de l'architecte qui sort de St Luc et qui se dit que dans le centre d'un immeuble à appartements ou d'un immeuble de bureaux, il y a beaucoup de m³ intérieurs qui ne doivent pas être chauffés puisqu'ils ne sont pas en contact avec les façades déperditives : Bâtiment bien isolé (K55) Bâtiment ancien mais partiellement isolé (toiture et double vitrage, par ex) (K 80) Bâtiment "passoire" (K120) gros immeuble (compacité = 3…4) 15 W/m³ 20 W/m³ 30 W/m³ habitation individuelle (compacité = 1) 25 W/m³ 35W/m³ 45 W/m³ 1.3.3. Le calcul précis sur base de la norme NBN 62-003 Le calcul de déperditions d’un bâtiment se fait en principe par le bureau d'études en suivant la norme NBN 62-003. Elle prévoit un calcul local par local, notamment pour pouvoir dimensionner chaque radiateur. Les déperditions calorifiques normalisées Qn d’un local sont calculées à l’aide de la formule suivante : Qn = (Qt + Qv) (1 + Mo + Mcw) (Watts) où Qt = déperditions de base par transmission des parois d’un local Qv = déperditions de base par ventilation et infiltration d’un local Mo = facteur de majoration pour tenir compte de l’orientation du local (par exemple : +5% pour les locaux orientés au Nord) Mcw = facteur de majoration pour compenser l’effet de parois froides dans un local (à oublier aujourd'hui suite à l'arrivée des vitrages isolants). Pour déterminer les déperditions totales du bâtiment, on additionne les puissances des locaux. 1.3.4. La méthode approchée suivant la NBN B 62 301 (= "K55") L’architecte doit vérifier la qualité thermique du bâtiment en faisant la vérification du niveau K55. Il dispose donc déjà d’un calcul simplifié des pertes de l’enveloppe. Il lui suffit d’additionner les pertes par ventilation pour connaître les pertes nettes totales du bâtiment. Puissance de chauffe de chaudière (Pchaudière) = Puissance pour compenser les déperditions par parois (Pparois) + Puissance pour chauffer l'air de ventilation (Pvent) / rendement de l'installation de chauffage. 1 Si aujourd’hui (2007) on vous parle de ce niveau d’isolation thermique, c’est qu’il est toujours en vigueur dans les 3 régions du pays. Cependant, dans un avenir proche, ce niveau d’isolation thermique se limitera à K45 voire K40 en Région de Bruxelles Capitale. Dimensionnement Chauffage 6 D'où l’équation : Pb = Pchaudière = ((Pparois + Pvent) / ( x 1000) [KW] avec - Pparois = S (ai x ki x Si) x ( T° int consigne - T°ext de base) [W] où : - ai, facteur de pondération tenant compte que des parois ne séparent pas le volume protégé de l'ambiance extérieure, égal à (voir NBN B 62-301) : • 1 lorsque la paroi sépare le volume de l’air extérieur • 0,66 lorsque la paroi sépare le volume d’un local non chauffé • 0,33 lorsque la paroi sépare le volume d’un terre -plein • 0 lorsque la paroi sépare le volume de locaux intérieurs chauffés - T°ext de base = - 8°C à Bruxelles, - 10°C dans le centre, - 12°C en Ardennes - T° int consigne = Température intérieure de consigne du chauffage (20°C généralement) - Pvent. = 0,34 x  x V x ( T° int consigne - T°ext de base) [W] où : 0,34 = 0,34 Wh/m³.K, capacité thermique de l'air  = taux de renouvellement d'air horaire du volume du local (selon la NBN 62 003,  = 1, même si 0,5 correspond mieux à la réalité) V = Volume du bâtiment -  = 0,9 (c'est le rendement de l'installation en tenant compte des pertes par distribution, par émission et par régulation. Ce coefficient ne tient pas compte du rendement de la chaudière (pertes par les fumées), puisque lorsqu'on achète une chaudière de 100 kW, c'est que 100 kW de chaleur sont fournis dans l'eau à la sortie de la chaudière). Remarque : cette puissance doit être complétée d'une puissance de "relance" pour remettre le bâtiment en température après une coupure du chauffage. En effet, imaginons le lundi matin après une coupure de WE : il faudra non seulement vaincre les déperditions mais également remettre les parois du bâtiment en température. Le cahier des charges-type 105 de la Régie des Bâtiments prévoit 27% de surpuissance dans ce but. (Qu'en pensez-vous ? La chaudière n'est-elle pas déjà surdimensionnée 364 jours par an ? … d'accord, les -10° extérieurs pourraient se produire un lundi, après l'arrêt du WE… ) Ce facteur de relance est d'autant plus important que le bâtiment est bien isolé (pourquoi ? Réfléchissez au fait que l'isolation augmente mais que la masse des murs reste constante…). Alternative : dans les immeubles de bureaux, pour éviter la puissance de relance, une technique consiste à arrêter le débit d'air neuf de ventilation avant l'arrivée des occupants du lundi : les besoins de chauffage de l'air de ventilation sont nuls et toute la puissance de chauffe est consacrée à la remise en température du bâtiment. Il ne faut pas installer de surpuissance de relance. 1.3.5. La méthode par abaque à partir de la NBN B 62 301 Vous avez calculé le Coefficient "K" du bâtiment. Il est inférieur ou égal à K55 pour un uploads/Ingenierie_Lourd/ m1-070915-dim-chauffage.pdf