Les déperditions thermiques et les besoins en chauffage des bâtiments


Maintenant que les matériaux ont été choisis, nous allons pouvoir calculer les déperditions thermiques et les besoins en chauffage de chaque habitation. Ces calculs se feront sur les deux types de maisons et la maison de retraite. Les dimensions des maisons sont répertoriées sur la page « étude préliminaire des bâtiments ».  Nos calculs ont été réalisés grâce à une feuille Excel.

La feuille Excel [cliquez ici]

Les différents points traités:

I-Les déperditions thermiques

Les hypothèses

Les bilans

Les résultats

II- Les besoins en chauffage et la puissance de chauffe à installer

La méthodologie

Les résultats

La bibliographie

I- Les déperditions thermiques

Les hypothèses:

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La température est la même dans toute la maison et dans le garage ; T = 20°C.

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La température du sol est de 0°C (gel)

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Les isolants sont placés à l’extérieur, donc il n’y a quasiment pas de déperditions par pont thermique.

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Les maisons ne sont pas accolées pour maximiser les pertes thermiques

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Le phénomène de convection n’est pas pris en compte, on considère que les températures en paroi sont égales aux températures à l’infinie. Cela maximisera les pertes thermiques.

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L’apport passif représente 2°C [1]

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Le taux de renouvellement de l’air est de 0,3 m3/h par m3 chauffé [2]

Les bilans:

L’étude thermique qui a été réalisée est très simple et ne prend pas en compte tous les phénomènes thermiques mis en jeu dans la maison. Nous ne ferons donc que les bilans des pertes thermiques vers l’extérieur, vers le sol et les infiltrations d’air. Il faudra par la suite majorer ces déperditions de 15% pour tenir compte des pertes des conduites de distribution [3], cela donnera les déperditions totales majorées que l’on pourra retrouver dans le tableau 1 ci-dessous. Comme les hypothèses émises ci-dessus vont majorer les pertes thermiques des bâtiments, la puissance de chauffe choisie sera légèrement surdimensionnée.

Tableau 1: Signification des symboles


Dans un premier temps, il nous faut définir la température de base hiver. Par définition, c’est en France la température minimale quotidienne constatée au moins cinq fois au cours de l’année. D’après la carte ci-dessous, on peut voir que la température de base hiver dans le département du Puy de Dôme est de -8°C. Cette température est ensuite réajustée avec l’altitude à laquelle se trouve la zone d’étude. Notre température de base hiver sera donc de -10°C. On notera par la suite cette température par : Textérieure.

Figure 1: Carte de température de base hiver et tableau de correction d'altitude [4]

Les résultats:


Les résultats obtenus pour chaque type de bâtiment sont répertoriés dans le tableau 1 ci-dessous :

II- Les besoins en chauffage et la puissance de chauffe à installer


Maintenant que les déperditions thermiques ont été calculées, nous allons pouvoir calculer les besoins en chaleur annuels et journaliers des bâtiments en tenant compte des apports passifs comme le soleil. Nous calculerons la puissance de chauffage à installer.

La méthodologie:

Dans un premier temps, nous allons devoir calculer le coefficient G de déperdition thermique [1] :

Les bâtiments peuvent être caractérisés par le coefficient G. Celui-ci peut varier de 0,5 pour les maisons bien isolées à 1,5 pour des bâtiments mal isolés [5].

Ensuite, il nous faut calculer les DJU (degrés Jours Unifiés). D’après l’ouvrage Les pompes à chaleur de Jacques Bernier [5], une corrélation empirique a été établie à partir de relevés de 146 stations météorologiques. La corrélation est la suivante :

Ensuite, on peut calculer les besoins utiles en chauffage [4] :

Maintenant, nous pouvons calculer la puissance de chauffe minimale à installer pour combler 100% des besoins de chauffage en tenant compte des apports extérieurs [4] :

Maintenant que la puissance à installer (= au besoin journalier maximum) est connue, nous pouvons déterminer le nombre de jours où le chauffage sera maximum. Grâce à cela nous pourrons par la suite en déduire la facture d’électricité annuelle de la PAC.

Cela représente la durée totale de chauffage dans le cas où l'on chauffe au maximum tout le temps. Or, la puissance de chauffe varie suivant la température extérieure, donc le nombre de jours de chauffe moyenne est plus important. Mais au final, la quantité d’énergie produite reste la même, elle doit être égale au besoin annuel.

Les résultats:

Les résultats obtenus sont répertoriés dans le tableau ci-dessous :

 La bibliographie:


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[1] : LEMALE jean, La géothermie, 2009

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[2] : LE BART Jaques, Formation aux économies d’énergie pour le bâtiment, 2009 (Cours des compagnons du devoir).

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[3] : Dimensionnement des pompes à chaleur http://www.pac.ch/dateien/Dimensionnement%20des%20pac.pdf

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[4] :http://www.thermexcel.com/french/ressourc/calcul_deperdition_calculs_deperditions.htm

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[5] : BERNIER Jacques, La pompe à chaleur, 2004