Lors de la conception/rénovation d’un bâtiment, la question du dimensionnement de l’installation de chauffage (puissance de chauffage) et de l’estimation de la consommation d’énergie finale probable se pose toujours. La consommation totale d’énergie d’un bâtiment se compose de différentes parties. Au premier plan se trouve le chauffage des locaux; puis suivent la consommation d’eau chaude ainsi que la dépense d’énergie pour l’éclairage, la cuisson et le fonctionnement des appareils ménagers etc. Si une réduction efficace de la consommation d’énergie est visée, une attention particulière doit ainsi être portée, durant la conception, aux besoins de chauffage. Avec le chauffage on cherche à maintenir un climat intérieur constant et confortable, indépendamment de la température extérieure. La consommation d’énergie nécessaire dépend entre autres des facteurs suivants:
- température extérieure/température intérieure
- volumes chauffés
- enveloppe du bâtiment (mur, toit): surfaces, valeurs U, étanchéité à l’air, ventilation
- masse thermique des éléments internes
- dépertitions thermiques ou apports thermiques par rayonnement
- sources de chaleur internes
- comportement des occupants
6.1.1 Puissance thermique à installer
La puissance thermique à installer (voir [6.1]) est la puissance thermique qu’une installation de chauffage doit être capable de délivrer en tout temps, de façon à maintenir un niveau de température déterminé constant dans une pièce ou un bâtiment. Cette valeur est une grandeur de dimensionnement qui correspond à la puissance thermique nécessaire pour compenser les déperditions thermiques par transmission et ventilation dans les conditions les moins favorables. Ces dernières se traduisent généralement par une température minimale (par exemple la plus basse moyenne sur 5 jours enregistrée sur une période de 10 ans), une vitesse moyenne et direction du vent correspondant à cette période ainsi que des dégagements de chaleur minimaux.
La puissance thermique à installer est bien sûr indépendante du système de production de chaleur tout comme de l’agent énergétique utilisé. Pour un climat intérieur et extérieur donné, c’est aussi une grandeur caractéristique du bâtiment.
Ce besoin de puissance du système de chauffage peut être réduit par des mesures d’économie d’énergie bien ciblées. Les mesures possibles, devant être décidées d’entente avec le maître d’ouvrage, sont les suivantes:
- réduction du niveau de température dans le bâtiment (dans l’ensemble ou dans quelques zones uniquement)
- élévation de la température extérieure de dimensionnement θe: température extérieure minimale → moyenne de la température extérieure minimale
- système de chauffage bivalent pour la couverture des pointes (par exemple cheminée à air chaud)
6.1.2 Consommation d’énergie finale
La consommation finale d’énergie (voir [6.2], [6.6]) correspond à la quantité d’énergie (sous forme de mazout, gaz, chaleur à distance, électricité) employée par un dispositif de chauffage durant un intervalle de temps déterminé. Le calcul de la consommation d’énergie se fait par intégration des puissances sur un intervalle de temps déterminé. Pour des calculs en régime stationnaire on choisit le mois, la période de chauffage ou l’année entière comme intervalle de temps. En conséquence, les paramètres déterminants sont calculés par des valeurs moyennes ou des sommes (température extérieure, rayonnement). Les normes/recommandations (EN, CEN, SIA …) applicables fixent des conditions aux limites normées (valeurs standards) pour chaque catégorie de bâtiment en tant que base pour l’évaluation de bilans thermiques comparables. C’est sur ce type de calcul de bilans standardisés que la norme SIA 380/1 [6.2] définit des exigences rapportées à la surface de référence énergétique AE à deux étages:
- Valeurs limites qui doivent être respectées
- Valeurs cibles qui peuvent être atteintes sans surcoûts significatifs par une planification optimale
Pour les calculs en régime dynamique, les bilans sont établis sur des intervalles de temps plus courts, par exemple sur des intervalles horaires. Les paramètres climatiques extérieurs doivent par conséquent être disponibles aux mêmes pas de temps.