L’énergie au cœur du bâtiment

L’énergie au cœur du bâtiment

Les besoins en énergie et l’énergie gratuite récupérable sont des données essentielles pour le calcul du nouveau bilan proposé à l’équation (2). L’origine de ces données est présentée dans cette partie.

L’énergie au cœur du bâtiment 

Les besoins en énergie

Les besoins en énergie pour le chauffage et l’ECS sont les composantes majeures du calcul des consommations. Ils sont calculés de diverses manières dans la littérature, une brève présentation est proposée dans cette partie afin de s’accorder sur la méthode qui sera utilisée dans les différents calculs présentés par la suite. a. Caractérisation des besoins de chauffage Il est difficile de parler de besoins de chauffage sans prendre en considération la notion de confort thermique. C’est pourquoi, deux types de modélisations peuvent être envisagés. Une modélisation via une simulation thermique dynamique qui laisse libre à l’utilisateur le choix des scénarios de chauffage et une modélisation règlementaire qui impose les scénarios.

Le calcul RT2012

Le modèle RT2012 [ARRE2011] décrit le comportement d’un groupe au pas de temps horaire. Il permet de connaître les besoins de chaud et de froid. Il s’appuie sur un modèle physique qui décrit l’ensemble des transferts. Il est caractérisé par le schéma d’un réseau à 5 résistances et 1 capacité représenté ci-dessous. Figure 7 : Modèle 5R1C de la RT2012 Il s’appuie également sur des scénarios précis qui retranscrivent le comportement des occupants. Ces scénarios proposent des algorithmes de gestion de chauffage, d’ouverture des baies… Les scénarios de chauffage pour le résidentiel collectif sont présentés ci-dessous, trois semaines de congés (deux premières semaines d’août et la dernière de décembre) sont également prises en compte avec une température de chauffage réduite à 7°C. Figure 8 : Scénarios de températures de consigne du chauffage dans les logements RT2012 .

Les simulations thermiques dynamiques

D’après la figure 9, issue de données de l’OQAL sur des études de la température des chambres menées entre 2003 et 2006 [COMM2013], les températures de consignes utilisées dans le scénario réglementaire sont éloignées des pratiques usuelles des occupants. Figure 9 : Températures de chauffage de la chambre par date de construction du logement Le tableau 6, d’une étude plus récente menée par le CREDOC [DUJI2009] sur 2075 habitations en 2009, tend à confirmer cette tendance. Tableau 6 : Température de consigne de chauffage étude du CREDOC [DUJI2009] L’utilisation de simulations thermiques dynamiques, avec des logiciels comme Pléiades+COMFIE® [PEUP2005] et TRNSYS® [TRNS2014] qui autorisent la création de scénarios, permettrait d’obtenir des besoins de chauffage plus proches de la réalité. Cependant, l’objectif de ces travaux est de proposer un outil simple d’utilisation. Une modélisation 3D de bâtiment et une simulation thermique dynamique sont couteuses en temps. Bien que moins proches de la réalité, les besoins de chauffage issus du moteur de calcul RT2012 sont retenus en tant que données d’entrée de l’outil final, ce qui n’exclue pas l’utilisation de résultats issus de STD, s’ils sont disponibles. b. Caractérisation des besoins en ECS Peu d’études ont été menées ces dernières années en France sur le comportement des usagers vis-à-vis de l’utilisation de l’eau chaude sanitaire. Dans la figure 10, se trouve un récapitulatif des différents modèles de calculs proposés pour les puisages d’eau chaude sanitaire dont une analyse est proposée par l’ADEME [ADEM2011]. Figure 10 : Profils de puisage ECS [RT2012], [AICV2004], [DELE1977], [BAEC2003], [CEGI1997] A travers ces études et également les conclusions de la tache 1.1 du pacte SCE-ECS de l’ADEME, un besoin moyen va être déterminé ainsi que la méthode de répartition des puisages. puisages journaliers Fonction de la période de l’année Fonction de la surface habitable Delebecque Profil fonction du mois, du jour et de l’heure Fonction du nombre de personnes Fonction des appareils Baeckroot Profil fonction du mois, du jour et de l’heure Fonction du type et du nombre de points de puisage AICVF Profil fonction du mois, du jour et de l’heure Fonction de la surface habitable GDF Fonction du nombre d’occupants et des points de puisage GRS Terrain Profil fonction du mois, du jour et de l’heure Pas de calcul des besoins 

Les besoins en ECS

Les résultats sont difficiles à recouper car les méthodes de calcul se basent sur différents éléments (surface habitable, nombre d’occupants, nombre de salles de bains) et donnent des chiffres exprimés de manières diverses et difficilement comparables. En se basant sur les chiffres moyens de l’INSEE [INSE2006], un besoin journalier peut être estimé à environ 90L d’ECS à 60°C pour les méthodes de calcul utilisant la surface habitable ([AICV2004], [RT2012]). En se basant sur le chiffre d’occupation moyen de 2,3 personnes [INSE2006], la méthode GDF [CEGI1997] propose un volume journalier de 87 L d’ECS à 60°C pour un logement. Au regard des différentes études, une consommation journalière de l’ordre de 37L d’ECS à 60°C par occupant sera envisagée par la suite dans les différentes modélisations, il s’agit d’une donnée d’entrée du modèle, si l’utilisateur le souhaite, il pourra y intégrer son propre calcul. Cependant, il est important de caractériser de façon précise le volume d’eau puisée car il représente également un gisement d’énergie récupérable qui impactera le bilan final des consommations et par conséquent le dimensionnement des systèmes. ii. La répartition des besoins Le volume de puisage moyen journalier ayant été déterminé, une répartition doit être réalisée. Cette répartition des besoins se situe à trois échelles différentes : une répartition annuelle, une répartition hebdomadaire et une répartition mensuelle. Afin d’établir une répartition, trois approches sont étudiées, la répartition de la RT2012 [RT2012], la répartition de l’étude AICVF [AICV2004] et des données terrain de 4 logements issues du pacte SCE-ECS de l’ADEME. Correction annuelle Figure 11 : Répartition annuelle des puisages ECS La répartition de la RT2012 présente des différences avec le profil annuel de l’AICVF. Le profil de l’AICVF se rapproche plus des relevés terrain réalisés avec un écart moyen (en excluant le mois de juillet) de 5% contre un écart de 10% avec la RT2012. La répartition annuelle de l’AICVF est retenue. Correction hebdomadaire Figure 12 : Répartition hebdomadaire des puisages ECS Les relevés terrain montrent que l’impact de la répartition hebdomadaire est très faible. Le profil de puisage de la RT2012 est celui qui s’en approche le plus. Les puisages hebdomadaires sont considérés de même volume.  Correction journalière Figure 13 : Répartition journalière des puisages ECS La RT2012 prévoit uniquement 5 puisages journaliers. Dans le cas de bâtiments collectifs, ce type d’approche n’est pas envisageable pour effectuer le dimensionnement des systèmes, le foisonnement des puisages doit être pris en compte. Par conséquent, le profil journalier de l’AICVF est retenu. La consommation en eau chaude sanitaire retenue pour les études qui suivront est celle construite dans cette partie. Il est important de caractériser précisément l’utilisation de l’ECS au sein des foyers car il s’agit également d’un gisement d’énergie récupérable qui impacte le nouveau bilan des consommations. Afin d’en comprendre l’impact, une analyse du comportement de la boucle en fonction des scénarios de consommation d’ECS est présentée au chapitre 2. Ainsi, les différents termes de l’équation (1.1) qui caractérisent le bilan traditionnel des consommations viennent d’être présentés. Maintenant, une étude sur le gisement des énergies disponibles va être proposée puis la seconde partie s’intéressera aux différentes méthodes permettant d’exploiter ce gisement. 2. L’énergie gratuite disponible Cette partie permet de caractériser les différents gisements d’énergie gratuite récupérable qui seront repris dans le calcul du terme Erécupérée intégré au nouveau calcul des consommations.

Caractérisation de l’énergie rejetée par les eaux usées

Les eaux usées ou eaux grises sont définies comme l’ensemble des eaux issues des logements hormis les eaux noires (eaux des WC). Il faut donc caractériser les volumes et les températures d’eau chaude sanitaire et d’eau utilisée pour les lave-linge et les lave-vaisselle. i. Volume et température d’eau chaude sanitaire après usage Les volumes et la fréquence d’utilisation de l’ECS ont été caractérisés dans la partie précédente, il reste à déterminer la température des eaux rejetées. Afin de simplifier le calcul de la température, les usages sont regroupés selon les résultats de l’enquête de satisfaction menée par CEGIBAT [CEG1992] dans le tableau 7.