Caractérisation des usages énergétiques

Introduction

l’objectif de ce chapitre est d’extraire des méthodes paramétriques, les caractéristiques indispensables à la prédiction de flux énergétiques. Cela nous permettra de définir les capteurs et les données d’entrée par modèle et de définir si besoin les informations a priori nécessaires pour réaliser la prédiction. Cela introduit le premier niveau d’aide à la décision rui caractérise par des modèles de référence les différents flux énergétiques. Ces modèles sont utilisés aujourd’hui par les cabinets d’étude qui les utilisent pour proposer des actions de réductions du besoin en chauffage notamment.

Définition du système 

Avant de calculer le bilan, il convient de délimiter le système étudié dans l’espace et dans le temps, et de définir les utilisations de l’énergie et les vecteurs énergétiques que l’on va considérer. La limite de notre système d’étude est au niveau d’un bâtiment ou un ensemble de bâtiments situé après le réseau basse tension 400 V relié à un compteur d’énergie.A l’intérieur de ce système d’étude, plusieurs sous-systèmes peuvent exister déterminés par une surface de référence énergétique [SIA-380] liée au compteur d’énergie électrique. Ce compteur peut être relié à un bâtiment complet (maison individuelle) ou à une surface donnée (locaux de bureaux à l’intérieur d’un bâtimentͿ. La délimitation spatiale consiste à définir les frontières du domaine étudié, au travers desquelles passent les flux d’énergie à calculer. Pour un bâtiment, cette frontière est généralement constituée par :  l’enveloppe du bâtiment (Figure 18)  les compteurs d’entrée des sources d’énergie de réseau (électricité, gaz, chauffage à distance)  les entrées des combustibles (pétrole, charbon, bois)  les surfaces de captage d’énergie solaire  les raccordements d’entrée de l’eau froide  les raccordements de sortie des égouts.La délimitation par utilisation et par vecteur permet de définir le système énergétique dont on s’occupe. Ces divers systèmes interagissent entre eux : ce qui peut être une perte pour un système (par exemple les pertes thermiques du four de cuisson) peut être un gain pour l’autre (ici pour le chauffage pendant l’hiver). Sans délimiter le système, on ne pourra pas définir les gains et les pertes. Dans le bâtiment, ces systèmes sont notamment:  le système de chauffage  le système de climatisation  l’eau chaude  la cuisson  l’électroménager  l’éclairage  les transports et télécommunications Les vecteurs énergétiques à considérer sont:  les combustibles (mazout, charbon, gaz, bois)  la chaleur à distance  l’électricité  le soleil  la chaleur humaine et animale

Le besoin en énergie de chauffage/climatisation

Le bilan énergétique à chaque pas de temps est une balance des entrées et des sorties d’énergie du bâtiment pendant une période de temps donnée. Ce bilan doit être équilibré, par conservation de l’énergie. Le bilan énergétique détaille toutes les pertes et tous les gains, les sommes des gains et des pertes étant égales si la période de consommation est suffisamment grande (par exemple une année, voire un mois s’il n’existe pas de capacité de stockage particulièrement grande). l’énergie en chauffage et climatisation est la différence entre les déperditions liées à la ǀentilation, à la transmission et par le système d’eau chaude et les gains liés à l’apport solaire, la chaleur émise par les personnes et une énergie stockée par le bâtiment rui représente l’inertie thermirue du bâtiment ou un système de stockage. Il est positif ou négatif selon la période (hiver ou été) et la température extérieure et intérieure. Le besoin de chauffage se calcule par la différence entre les déperditions par l’enveloppe et par la ventilation, et les gains liés à la chaleur dégagée par les occupants, l’apport des gains solaires, la chaleur dégagée des appareils en fonctionnement et par l’apport d’énergie stockée dans le système .

Etude des apports internes

Pour pouvoir calculer précisément les gains internes, il faut connaître les puissances dégagées par chaque apport. Les sources dissipent l’énergie de manière radiative et convective dans des proportions variables selon leur origine. Le gain de chaleur par rayonnement est partiellement absorbé par les parois et les objets environnants, mais n͛affecte l’air de la pièce ru͛après un certain temps [ASH1997]. La part convective du gain de chaleur est transmise directement à l’air de la pièce par conǀection naturelle ou forcée sans retard. Les méthodes de calcul des besoins en chauffage se contentent de valeurs globales. Par exemple, dans les calculs réglementaires, ces apports sont évalués à 100 Wh par jour et m² de surface habitable [TEC-1998]. 

Gains dus aux occupants

Les gains de chaleur apportés par les personnes dépendent de la puissance dégagée par personne pour une surface donnée. Avec  p : Nombre de personnes présentes dans la zone chauffée  P : Puissance dégagée par personne  h : Temps de présence par jour  A : Surface brute de plancher chauffé occupée par personne  D : Surface disponible par personne Les normes SIA définissent des taux de présence différents selon les secteurs d’actiǀivé, qui, associées à une surface par personne, permettent de définir une énergie à partir d’une puissance spécifique. Pour un modèle de référence sans information sur le planning de production par exemple, on pourrait admettre une activité moyenne et classer les habitants en deux catégories: adultes et enfants. La norme SIA 380/1 propose les nombres présentés dans le tableau 1.