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Calculer la conductance de sa maison et en déduire ses besoins de chauffage

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gluon
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Picto recompense Membre utile

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Le 03/08/2019 à 20h32
Calculer la conductance de sa maison et en déduire ses besoi
Bonjour,

je vais mettre ici quelques éléments pour ceux qui voudraient calculer les besoins en chauffage de leur maison. Cette donnée dans les étude thermiques RT2012 est en général fausse et donc il faut souvent faire les calculs soi-même surtout si vous avez une maison bien construite.

La conductance c'est le flux de chaleur qui s'échappe de la maison en hiver (et qui peut rentrer en été) du fait de la différence de température entre l'intérieur et l'extérieur mais exprimé par unité de température.

On l'exprime donc en W/K ou K est le Kelvin qui est l'unité de température mais on peut mettre aussi °C qui est identique pour des différences.

La RT 2012 vous collera systématiquement des ponts thermiques standardisés qui grosso-modo conviennent dans les cas classiques et basta. Si vous observez que vous consommez plus c'est que votre maison est sans doute avec des défauts cachés  (malgré que vous soyez économe !). Par contre si vous fabriquez votre maison avec une grande attention ces études sont mauvaises et elles vous collent des défauts qui n'existent pas. J'y reviendrai ici et là.

D'abord le calcul se doit d'être prédictif et de vérifier ce qui est sinon c'est que c'est du n'importe quoi.... On peut déjà accéder sans calculer à la conductance de sa maison, donnée essentielle pour celui qui veut savoir ce qu'il "consommera" et donc qui devra prévoir un chauffage adapté.... 

Pour y accéder il faut trouver un temps de brouillard en hiver avec une température moyenne basse et relativement constante sur plusieurs jours. C'est parfait quand la maison et neuve, finie et non habitée.... Vous y mettez un radiateur électrique de 1000 W (2000 W pour une maison pas trop isolée) et normalement la différence de température va se stabiliser entre l'intérieur et l'extérieur. Pour faire au mieux vous devez fermer les stores/volets/BSO pour limiter les apports solaires (brouillard c'est le top).

Vois obtenez une différence de température par exemple de 11°C pour 1000 W. Vous avez donc une conductance C=1000 W/11K = 90 W/K.

C'est ce que j'ai observé pour ma maison quand elle était vide...

Vous pouvez déjà déduire un besoin en puissance de chauffage. Vous voulez chauffer votre maison vide par -10°C et pour une température de 20°C dedans, il faut P= C x delta T = 90 x 30 = 2700 W

A vous de trouver le chauffage qui va par -10°C pour une maison vide mais avec les apports internes vous pouvez facilement avoir +3 °C de plus pour une famille dedans et ce sans lumière ! ce qui revient à dire P = 90 x 27 = 2430 W et ce pour un jour très froid et sans lumière !

La suite tout de suite...
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gluon
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Picto recompense Membre utile

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Le 03/08/2019 à 20h46
Etape n°1 : faire l'étude pour les surfaces avec les résistances thermiques des matériaux, les surfaces et les épaisseurs. Estimer la conductance pour ces surfaces en W/K

Etape n°2 : Calculer les ponts thermiques (sans en rajouter et en inventer surtout quand vous construisez votre maison avec vos mains). Les ponts thermiques peuvent se calculer avec des bibliothèques précalculées mais je vais utiliser un petit logiciel qui a ses limites mais qui va bien dans de nombreux cas = conducteo.

Etape n°3 :  calculer les apports internes et solaires (et l'impact de l'inertie).

Les ponts thermiques linéiques pour la plupart sont additionnels aux fuites surfaciques et s'exprime donc en W/m.K mais au final on obtiendra en multipliant par la longueur de ces murs et autres poutres une conductance.

Je vais prendre un exemple facile, le mien comme exemple mais après il suffira d'appliquer.

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Picto recompense Membre utile

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Le 03/08/2019 à 21h24
Etape n°1  :

Avoir les résistance thermiques et les performances des matériaux (Uw pour les fenêtres et R pour les isolants et autres composants).

5 types de parois chez moi :

- Les fenêtres avec Uw = 1.1 W/m2.K (double vitrage TOP) qui est un coefficient complet ou toute la surface est calculée avec les vitres et les montants (certains thermiciens pensant le contraire).

Conductance des vitres pour une surface totale de 40 m2 =>  Cv = Uw X S = 44 W/K (la moitié des pertes sans le soleil)

- Les murs pour 154 m² avec 14 cm de laine de verre GR 32 (R1 =0.14/0.032 = 4.3 m².K/W), laine de bois avec lambda 0.036 en 10 cm ( R2 = 0.1/0.036 = 2.7 m².K/W). Un peu de bardage ici et là, un peu de lame d'air mais rien de bien intéressant (ça compensera le système optima et les ponts thermiques ponctuels). On peut donc tabler sur R = R1+R2 = 7 m².K/W

Cm = S/R = 154/7 = 22 W/K

- Les plafonds de surface 76 m2 avec 16 cm de PU (de lambda 0.022) avec R = 0.16/0.022 = 7.2  m².K/W et la même laine de bois R =2.7 7 m².K/W donne un R = 9.9 7 m².K/W.
Cp = 76/9.9 = 8 W/K

- Le Sol pour 76 m²avec PU de 48 mm R = 2.2  et isolation de la dalle avec Up= 0.19 (R=1/Up = 5.2 m².K/W)
Cs = 76/7.4 = 10 W/K
- Deux portes de 4 m2 avec R= 1 donne[b] Cp = 4 W/K


On obtient donc C = Cv+ Cm+Cp+Cs = 88 W/K cependant le vide sanitaire est moins froid que l'air extérieur et c'est donc ici un maximum comme si le VS était hyper ventilé.... De plus  les murs dans la journée au soleil chauffe et donc l'impact est à considérer pour la suite etc.... La ventilation sera étudiée également.[/b][/b]

On voit qu'on est pas très loin de la valeur mesurée mais sans considérer la ventilation (très faible en perte comme on le verra) et les ponts thermiques... qui dans une RT 2012 classique peuvent atteindre 20 %.

La suite bientôt

Edité 1 fois, la dernière fois il y a 4 jours.
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Picto recompense Membre utile

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Le 03/08/2019 à 22h46
Etape n°2 :

Etude des ponts thermiques (sans trop être pointilleux puisque la RT 2012 montre que cela ne sert pas ;))

Je vais modéliser avec conducteo. C'est à 2D ce qui oblige à trouver (pas simple parfois...) des tranches dans le sens longitudinal.

Ici par exemple j'ai dessiné une tranche d'un pan de mur, on pourrait dessiner une tranche complète de la maison.

Il faut mettre sur l'autre partie une tranche "pure" sans les montants et donc sans les ponts thermiques. 

On vous offre le PSI qui est le pont linéique de ce pan de mur par unité de longueur et par K une fois les conditions aux limites données (définir le dedans et le dehors)

La largeur du mur est ici de 3.25 m pour un PSI de 0.10 W/m.K. J'ai mis des montants avec des entraxes de 40 (ça peut être 60 cm...) mais il y a des renforcement ici et là, des angles....  Bref ici ça fait du tout en un mais réaliste. Sinon on peut modéliser la maison intégralement et facilement.

J'ai une maison de 40 ml (périmètre) sur 6 m de hauteur ce qui fait  40/3.25 = 12 murs de 6 m de hauteur.

On a donc un pont thermique total pour les murs de Cmp = 0.10 x 12 x 6 = 7 W/K

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Picto recompense Membre utile

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Le 04/08/2019 à 00h24
Etape n°2 (suite) :

Modéliser les ponts du plancher intermédiaire. La banque de donnée sur mon étude précise deux flux celui par la bas et celui par le haut. Je me retrouve avec un Phi total de 0.08 pour 35 m linéraire ce qui donne une conductance de l'ordre de C= 0.08x35 = 3 W/K pour ce pont type de pont thermique

Maintenant avec une vraie modélisation de la réalité on a plutôt ceci à la place du mur classique LV/LdB mais attention dans un coupe de haut en bas et donc pour une hauteur de 18 cm pour chaque poutre.

Primo quand j'ai vu ce montage dans les maisons BOOA j'ai mis 56 mm de PU dans le premier creux. Les montants font 145 mm mais en intermédiaire entre le haut et le bas cela semble être une "semelle"  (je n'ai pas de vocabulaire) de 90 mm et donc il me restait un creux.... sans isolant.

J'ai donc mis PU = 56 mm puis extrudé de 30 mm avec coffrage des poutres et la laine de bois est venu recouvrir pile poil tout ça.

On a donc environ 18 poutres x2 (chaque coté) sur 18 cm => C = 6.48x 0.044 = 0.28 W/K plus cette semelle sur les cotés avec le modèle n°2 mais sans la poutre tranversante avec cette fois la coupe plus adaptée dans le sens de la longueur.... Dans ce cas le pont est de 0.008 W/m.K il est donc presque nul.... Bois+PU = LV

On obtient quand même pour une largeur de maison de 7.5 m C = 7.5x2 x0.008 = 0.12 W/K

L'étude des ponts thermiques du plancher intermédiaire donne donc du Cpi = 0.40 W/K contre les presque 3 W/K de la RT2012. L'erreur constatée ici est de 2.5 W/K.

Une erreur qui vient s'ajouter aux nombreuses autres erreurs. Le traitement convenable d'un pont peut le réduire à presque rien et parfois même le rendre négatif dans le bilan !

La suite bientôt.




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Picto recompense Membre utile

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Le 04/08/2019 à 08h25
Etape n°2 (suite) :

Le sol comporte deux types de ponts thermiques :

- Les refends qui sont les murs du VS sans contact avec l'extérieur et les murs périphériques..

J'ai 36 m de murs périphériques et j'ai 28 m de refends.

Commençons par les refends :

On trouve un PSI = 0.04 W/m.K donc Cr= 1.12 W/K

Et pour les fondations périphériques PSI = 0.09 W/m.K (pas eu le temps d'intervenir pour isoler mieux !) 

donc Cs = 3.2 W/K

On a donc pour Crs = 4.4 W/K de ponts thermiques au niveau du sol.




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Picto recompense Membre utile

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Le 04/08/2019 à 09h34
Etape n°2 (suite) :

On attaque les liaisons du plancher haut  :

Ici une petite limitation de la modélisation 2D mais ça va le faire....

Alors deux modélisations :

En premier un coupe d'une moitié de maison dans un sens et l'autre dans l'autre sens avec quelques simplifications qui ne modifient quasiment rien (poutres en moins mais thermiquement traitées).

On obtient donc PHI1 = 0.03 W/m.K
et PHI2= 0.05 W/m.K

Pour le n°1 on applique sur 10 m de maison x2 (demi coupe) donnc Cph1 = 0.6 W/K

Pour le n°2 on applique sur 7.5 m de maison x2 donc Cph2 = 0.75 W/K

On obtient donc pour les plafonds hauts : Cph = 1.4 W/K

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Picto recompense Membre utile

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Le 04/08/2019 à 09h51
On finalise avec les linteaux (tous coffrés)  pour 23 m :

Un PHI de 0.03 W/m.K

donc Cl = 0.7 W/K

On aboutit donc avec ces modèles réalistes (les murs englobant les fuites sur les angles) 

Cpont = Cl + Cph + Crs + Cpi + Cmp = 0.7 + 1.4 + 4.4 + 0.4 + 7 = 13.9 W/K sachant que les murs c'est probablement moins...

Le calcul RT 2012 donnant Cpont pour 21.8 W/K ce qui fait une très grosse erreur.

Nous obtenons donc un maximum pour la C tot =  Cparoi + Cpont = 88 + 13.9 = 102 W/K pour le calcul "réglementaire".

Cependant le VS n'est pas "froid" comme l'extérieur et les fuites sont à minorer..... PLutôt que de prendre Cs = 10W/K cela semble plus raisonnable de tabler sur Cs = 8 W/K (moins peut-être ?)

On obtient donc sans ventilation un C tot = 100 W/K

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Picto recompense Membre utile

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Le 04/08/2019 à 10h12
Pour les pertes par ventilation en dehors de la consommation des ventilateurs pour ma part je ne détaillerai pas ici (j'ai déjà fait ailleurs) mais avec une double flux à 97 % on est de l'ordre de 1 W/K..... avec la bonne étanchéité....

Donc on trouve par les calculs environ 100 W/K tandis que la réalité avec les erreurs de mesure... donne plutôt 90-92 W/K pour la conductance de la maison. Cependant j'ai probablement un peu gonflé les pertes par les murs.... Mais la différence est de l'ordre de 10 % ce qui est plutôt raisonnable...

Pour information une étude donne sans ventilation 110 W/K mais en minorant ici et là tout en oubliant les refends... mais en maximisant ailleurs ! SI on rajoute la ventilation on se retrouve avec des chiffres astronomiques (sacré RT 2012 !!!) de l'ordre finalement de 200 W/K.

La deuxième (la moins chère) va tabler sur une conduction en dehors des ponts thermiques de 93 W/K (ce qui n'est pas très loin de la réalité ce qui montre que de ce coté ça va encore la RT 2012) mais en trouvant des ponts thermiques (comme l'autre) de l'ordre de 21 W/K (la RT 2012 invente des ponts thermiques !).

Pour la ventilation et la perméabilité même avec les vrais tests d'étanchéité pas moyen de descendre en dessous des 40 W/K pour la "meilleure" (qui est la moins chère). Il a fallu hurler pour ça... Contre environ 1 W/K dans la réalité.

La réalité est simple une étude RT 2012 donnera une erreur de 50 % à une maison bien isolée qui optimise les ponts thermiques et sa ventilation double flux. Pour un résultat proche de 100 W/K vous aurez du 150 W/K (et plus !).

Le problème c'est que les apports solaires n'apportant qu'une part fixe (très importante chez moi)  équivalente disons pour exemple de 75 W/K en moyenne (une maison isolée est essentiellement solaire) vous vous retrouverez avec des besoins supplémentaires triples qui au lieu d'être de 25 W/K serons de 75 W/K.

Ainsi une erreur de 50 % n'entraîne pas du fait de la part fixe solaire une erreur sur vos besoins de 50 % mais de 300 %.....

Ce qui est catastrophique. Aussi plus une maison à une part solaire importante et plus l'étude thermique devra être correctement faite surtout quand ses besoins réelles sont faibles et sont impactés par les erreurs sur la ventilation (typique de la RT 2012) et des ponts thermiques (typique du BE qui fait son copier-coller standard).


Il y a également un effet d'accentuation avec une PAC qui ne pouvant fournir de l'énergie supplémentaire (inventée) se verra complémentée par des radiants (non installés) avec un cop de 1 et viendra anéantir votre CEP.... qui est déjà bien ruiné par les méthodes de calculs de la RT 2012. Ainsi un CEP de 58 peut être dans la réalité  de 30-35.... et avec la barrage à coté de la maison plutôt de 10-12 kWhEP/m2.an....

On observera donc sur cet exemple qu'une erreur de 600 % sur le CEP peut être induit par la RT 2012 et ses calculs.

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Picto recompense Membre utile

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Le 04/08/2019 à 14h59
Etape n°3 :

Les gains solaires qui sont quand même le PRINCIPAL chauffage dans une maison moderne...

Uw est le coefficient de performance globale de la fenêtre de la fenêtre (l'inverse d'un résistance)
Sw est le facteur solaire global de la fenêtre
Tl facteur de transmission lumineux du vitrage seul

On a une relation entre le Tl et le Sw.....

Surface vitrage x Tl = Sw x Surface des fenêtres

SI vous avez de grande fenêtres le Sw augmente car la proportion des montants diminue.

Exemple pour 33 m2 de vitrage au SUD avec Sw = 0.48 et un Tl = 0.68 on
Surface des vitrages =  Surface des fenêtres x Sw/Tl = 40 x0.48/0.68 = 23 m2 de vitrage à 68 % de transparence sur le spectre.... et donc équivalent à une ouverture totalement transparente de 23x0.68 = 16 m2 (SfenxSw)

Dans mon exemple qui est celui de ma maison j'ai aussi donc une ouverture équivalente transparente pour S fenêtre de 0.72 m2 avec Uw= 0.48 => 0.35 m2 pour la direction EST.

ET NORD pour 6.5 m2 avec Uw=0.48 => 3 m2 de transparence totale

Ensuite sur http://ines.solaire.free.fr/gisesol_1.php vous donne votre gisement solaire

Je mets ici les données utiles pour mon cas :





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Picto recompense Membre utile

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Le 04/08/2019 à 15h48
On peut donc commencer à analyser ce qu'on peut obtenir en énergie pour différents mois, les mois de chauffage possible étant octobre/novembre/décembre/janvier/février/mars on rejette d'office les autres.... Il y a une minoration avec les problèmes liés à l'inertie et la moyenne entre les jours mais les études montrent que cela n'a quasiment aucune influence en hiver. Donc avoir trop chaud un jour et puis trop froid le lendemain quand on a une inertie normale ne change pas beaucoup le problème.

Octobre pour les différentes fenêtres = 16 x 74 + 0.35x 43 + 3x 27 = 1280 kWh
Novembre = 16x51 + 0.35x25 + 3x 16 = 873 kWh
Décembre = 16x38 +0.35x 17 + 3x12 = 650 kWh
Janvier = 16x 49 + 0.35x 23 + 3x15 = 837 kWh
Février = 16x 59 +0.35x33 + 3x21 = 1018 kWh
Mars = 16x89 + 0.35x61 + 3x36 = 1553 kWh

On connait les besoins de la maison avec C = 0.100 kW/K et on va calculer pour 19°C qui est la RT 2012... (on ne prendra pas de vacances en hiver et on n'ira pas travailler pour diminuer la température de la maison !). Le fait d'habiter la maison donne +3°C sans chauffer (chaleur humaine etc etc).

On a les températures moyennes selon les mois (je mets 31 jours pour les mois) :

Octobre : 11°C donne un Besoin E= C x delta T x 24 x 31 = 0.100 x (19-11-3)x 24 x 31 = 372 kWh < 1280 kWh donc pas de chauffage en octobre.

Novembre : 6°C donne un besoin E = 0.1 x (19-6-3)x 24 x 31 = 744 kWh < 873 kWh donc pas de chauffage... si on accepte les 19°C.

Décembre : 2°C donne un besoin E = 0.1 x (19-2-3) x 24 x 31 = 1042 kWh > 650 kWh et donc un besoin de chauffage de 1042 -650 = 392 kWh

Janvier : 1°C donne un besoin E = 0.1 x (19-1-3)x 24 x 31 = 1116 kWh > 837 kWh et donc un besoin de chauffage de 1116 - 837 = 279 kWh

Février : 3°C donne un besoin E = 0.1 x (19-3-3)x 24 x 31 = 967 kWh < 1018 kWh et donc pas besoin de chauffage si on se contente de 19°C

Mars : Inutile, pas de chauffage.

Analysons donc les besoins en chauffage si on lisse avec les moyennes montrent un besoin en chauffage d'environ 700 kWh/an pour être dans la norme RT 2012.

Je constate pour ma part que la maison est plus souvent à 20 minimum à 23°C en hiver ce qui augmentera un peu la facture ainsi :

Un °C entraîne un besoin de 0.1 x 1 x 24 x 31 =  74 kWh qui peut être offert ou non par le soleil.

Octobre : jamais de chauffage la maison est plus chaude avec un excès important.
Novembre qui est un peu limite et donc on peut considérer un léger besoin de 744 + 4x74 => chauffage de 167 kWh
Décembre 1042 + 4x74 = >  chauffage de 688 kWh
Janvier 1116 + 4x74 => chauffage de 575 kWh
Février 967 + 4x74 => chauffage de 245 kWh

soit un total de 1675 kWh pour 23°C avec un peu moins parfois.

Je constate parfaitement ceci pour cette année. J'en déduis donc mes besoins pour vivre à une température comprise entre 20°C et 23°C à environ 1200-1400 kWh/an ce qui donne pour la PAC un besoin de 300-400 kWh/an. Ceci est confirmé par les factures.

Cependant pour la RT 2012 (avec les bons ponts thermiques et les bons calculs non standardisés !) je suis plutôt dans les 700 kWh soit avec la PAC dans les 200 kWh électrique ce qui donne un besoin de chauffage de 4 kWhEP/m2.an ce qui est très très loin des mauvais calculs des études thermiques mais très très proches de ceux que je viens de faire.

J'extrapole donc sur les besoins RT 2012 à 200 kWh pour le chauffage, 1000 kWh pour l'ECS avec mon ballon CESI (voir autre sujet) riquiqui qui ne marche selon les français que dans les pays chauds -on verra ça- (et la RT 2012 a tendance à favoriser les grands panneaux...) et à la louche 300 kWh pour la ventilation/éclairage et climatisation on obtient 1500 kWh par an pour les 5 usages RT 2012. Ceci donne donc en pur elec (hydraulique mais avec un coefficient thermique !) un CEP de 28 kWh/an.m2 ce qui est deux fois mois que les études faites par les BE.
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