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OPTIDIM - Vers une méthode pour déterminer la charge thermique nominale des systèmes d’eau chaude sanitaire dans le secteur résidentiel

OPTIDIM - Vers une méthode pour déterminer la charge thermique nominale des systèmes d’eau chaude sanitaire dans le secteur résidentiel

Actuellement, il n’existe pas de méthode univoque et reconnue unanimement par le secteur pour déterminer la charge thermique des installations de production d’eau chaude sanitaire. La récente norme NBN EN 12831-3 pourrait être une réponse à ce manque mais pour pouvoir être utilisée, il faudrait pouvoir bénéficier des valeurs complétant l’annexe qui présente les valeurs par défaut au niveau national (Annexe A - normative). A défaut des valeurs de l’annexe nationale, la norme recommande l’usage des valeurs présentées dans son annexe B (annexe informative). Malheureusement, ces valeurs ne semblent pas adaptées à l’ensemble des configurations possibles de bâtiments et semblent également manquer de précision. Une demande réelle Il y a donc une demande réelle pour l’élaboration d’une méthode reconnue et fiable au niveau de la Belgique. Cette demande est régulièrement formulée par le « Comité Technique Plomberie sanitaire et industrielle, installations de gaz ». Elle est aujourd’hui d’autant plus importante que, dans les bâtiments bien isolés, la demande d’énergie nécessaire à la préparation de l’eau chaude sanitaire peut dépasser celle de l’énergie nécessaire au chauffage. Objectifs normatifs Le premier objectif normatif du présent projet consiste au développement d’une méthode capable de déterminer la charge thermique des installations de production d’eau chaude sanitaire (ECS). Cette méthode permettra de pouvoir fournir des données nécessaires pour compléter l’annexe A de la norme NBN EN 12831-3 :2017. Le deuxième objectif normatif du présent projet consiste en la révision de l’annexe B de la norme EN 12831-3 :2017.

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Description

Actuellement, il n’existe aucune méthode univoque et reconnue unanimement par le secteur pour dimensionner la charge thermique des installations de production d’eau chaude sanitaire. Le projet OptiDim vise à développer une méthode univoque pour dimensionner la charge thermique des installations de production d’eau chaude sanitaire.

Elle a pour but deux objectifs. Le premier objectif normatif du projet OptiDim est d’élaborer des données permettant de compléter la norme NBN EN 12831-3 Annexe A (valeurs par défaut au niveau national). Le deuxième objectif normatif de la présente étude serait au niveau européen. Il s’agirait de réviser l’annexe B de la norme NBN EN 12831-3 (revoir le profil de puisage d’un logement individuel, exprimer le profil de puisage d’un immeuble d’appartements selon le nombre de ceux-ci, revoir le pas de temps).

Portée de l’étude

L’étude portera sur :

  • les systèmes à chauffage et usage direct de l’eau (systèmes dits « instantanés »),
  • sur les systèmes à accumulation pure (systèmes travaillant avec des grands volumes de stockage),
  • sur tous les systèmes qui présentent des configurations de puissance et de stockages possibles intermédiaires aux deux cas susmentionnés (systèmes semi-instantanés / semi-accumulatifs).

Eu égard au fait que le sujet est très vaste et que la charge travail nécessaire pour répondre à l’objectif fixé est conséquent, il est opportun de limiter la portée des cas étudiés pour assurer le respect du planning et le sérieux de l’étude. Il est donc établi les limites reprises ci-après.

Démarche

La méthode sera construite à l’aide :

  • de l’étude de méthodes déjà développées en Belgique et dans les pays limitrophes ;
  • de données de mesures de consommations effectuées par le CSTC, l’ADEME (FR) et d’autres sources de documentation disponibles dans la littérature ;
  • d’un modèle informatique permettant la génération de simulations numériques dynamiques. Cet outil sera capable de simuler le fonctionnement de la production de chaleur pour l’eau chaude sanitaire, de la boucle, des puisages et de tous les équipements connexes au système (pompes, régulateurs, etc.).

Limites de l’étude

Dans un premier temps, cette méthode se limite intentionnellement au secteur résidentiel. Par secteur résidentiel, il est entendu les logements individuels, les logements collectifs (immeubles appartements), les maisons de repos et les hôtels.

 

Objectifs

Le premier objectif normatif de la présente étude est d’élaborer des données permettant de compléter la norme NBN EN 12831-3 Annexe A (valeurs par défaut au niveau national). Ces valeurs permettront à ladite norme de pouvoir offrir au secteur une méthode robuste et précise pour déterminer la charge thermique nécessaire à la préparation de l’eau chaude sanitaire et de pouvoir ainsi, assurer un correct dimensionnement des installations.

Le deuxième objectif normatif de la présente étude serait au niveau européen. Il s’agirait de réviser l’annexe B de ladite norme pour les raisons suivantes :

  • Le profil de puisage indiqué pour le logement individuel n’est pas du tout correspondant à ce qui est mesuré (typiquement, la consommation d’eau dans l’annexe B est trop répartie sur toute la journée) ;
  • Le profil de puisage indiqué pour le logement collectif n’est pas suffisamment documenté : au mieux, le profil indiqué pourrait correspondre à des logements collectifs de grande taille (par exemple, de plus de 200 appartements) mais il ne convient pas à des immeubles d’appartements de moyenne taille (par exemple, immeuble de 30 appartements). Le CSTC recommanderait que le profil de puisage soit au minimum adapté selon le nombre d’appartements ;
  • Le pas de temps horaire utilisé pour décrire les profils de puisages est trop limitatif et peu fiable, surtout dans le cas où le stockage d’eau chaude est limité.

Dans un premier temps, cette méthode se limite intentionnellement au secteur résidentiel. Par secteur résidentiel, il est entendu les logements individuels, les logements collectifs (immeubles appartements), les maisons de repos et les hôtels.

De plus, la présente étude se limitera à l’évaluation des configurations optimales entre le volume de stockage et la puissance thermique pour les systèmes de préparation d’ECS les plus courants.

Résultats et publications

Les premiers résultats concernent la comparaison des différentes méthodes dimensionnement utilisées par le secteur Belge et ses pays voisins.

La comparaison des différentes méthodes de dimensionnement permet d'observer que les méthodes donnent globalement des résultats très différents (avec une dispersion des résultats un peu plus réduite pour le cas de l'immeuble comportant 12 appartements). Concrètement, sachant que chaque bureau d'étude peut choisir sa propre méthode, le dimensionnement de la production d'eau chaude sanitaire dans le même bâtiment peut être très différent en fonction de son concepteur. Rappelons à ce sujet que les méthodes qui sont étudiées ici sont réellement utilisées par des bureaux d'études en Belgique. Il convient en outre d'attribuer une certaine relativité à cette comparaison quantitative des méthodes de dimensionnement. En effet, chacune de ces méthodes requièrent des données d'entrée différentes.

La notion de confort est très variable d'une méthode à une autre. Par exemple, certaines méthodes tiennent compte de la possibilité d'utiliser un puisage simultané de deux douches alors que d'autres ne permettent pas ce genre d'approche. Plus précisément, pour effectuer une comparaison plus juste, il faudrait au préalable définir des niveau de confort tel que c'est fait dans la VDI 6003.

Certaines méthodes considèrent un taux d'occupation réel alors que d'autres évaluent le nombre de personnes sur base de la typologie de logement. Certaines méthodes prennent en compte les déperditions de la boucle et/ou du ballon (ex. Baeckeroot, EN 12831-3, ISSO) alors que d'autres non (DIN 4708, DIN 1988).

Certaines méthodes évaluent le dimensionnement en fonction de l'approche technique prévue pour la préparation de l'eau chaude sanitaire (ex. ISSO, EN12831-3, Baeckeroot, AICVF) alors que d'autres non (DIN 4708). A ce sujet, rappelons que la définition même d'une approche technique de production d'eau chaude sanitaire peut varier d'une méthode à l'autre. Par exemple, la définition de « semi accumulé» dans la méthode Baeckeroot ne correspond pas directement aux notions de ballon mélangé ou de ballon à charge de la norme EN 12831-3.

Il est également intéressant de constater que certaines méthodes présentent des limites de dimensionnement en termes de puissance et/ou de volumes disponibles. Typiquement, c'est le cas dans la méthode Costic où il est clairement indiqué des plages de volumes de stockage disponibles pour prendre en compte les formules mises à disposition.

Les résultats de l’analyse quantitative des méthodes de dimensionnement utilisées par le secteur Belge sont intéressant et permettront le développement d’une méthode de dimensionnement plus adaptée et informellement utilisée par le secteur Belge

Avec le support de

SPF Economie NBN