Fiche de révision : Performance énergétique des bâtiments

📋 Plan du Cours

1. Puissance, énergie et transferts thermiques
2. PCI, PCS et rendements énergétiques
3. Déperditions et besoins de chauffage
4. Degrés-jours et consommation de chauffage
5. Besoins et rendements de production d’ECS
6. Leviers de réduction des consommations
7. Contrats d’exploitation et maintenance
8. Types de marchés et intéressement
9. Réglementation énergétique des bâtiments
10. Contrat de performance énergétique

📖 1. Puissance, énergie et transferts thermiques

★ À maîtriser

📌 La puissance, exprimée en kW ou kJ/s, est un débit instantané d’énergie, tandis que l’énergie, exprimée en J ou kWh, est une quantité cumulée.

📐 Formule - L’énergie est égale à la puissance multipliée par le temps : $E=P\times t$.

📐 Formule - Le besoin d’énergie thermique vérifie $B=V\times C_v\times\Delta T$, avec B en kWh, V en m³ et ΔT en °C.

📐 Formule - La puissance thermique vérifie $P=Q_v\times C_v\times\Delta T$, avec P en kW et le débit Qv en m³/h.

Compléments

• La capacité thermique volumique de l’eau vaut 1,16 kWh/(m³·°C) et celle de l’air vaut 0,00034 kWh/(m³·°C), soit 0,34 Wh/(m³·°C).

💡 Astuce mémo

Le kW mesure un débit instantané ; le kWh mesure une quantité cumulée.

📖 2. PCI, PCS et rendements énergétiques

★ À maîtriser

📌 Les volumes de gaz naturel relevés au compteur correspondent à des kWh PCS, tandis que les rendements des équipements à combustible sont indiqués sur PCI.

• Pour le gaz naturel, le PCS vaut 1,11 fois le PCI et le PCI vaut 0,9 fois le PCS.

📐 Formule - Le rendement global d’une installation de chauffage est le produit des rendements de production, de distribution, d’émission et de régulation : $\eta_{global}=\eta_{production}\times\eta_{distribution}\times\eta_{émission}\times\eta_{régulation}$.

Compléments

• Les coefficients PCS/PCI sont :

  • 1,11 pour le gaz naturel
  • 1,07 pour le fioul
  • 1,08 pour le bois

• Selon l’Arrêté du 31 mars 2021- DPE, le rendement de génération sur PCI d’une chaudière gaz ou fioul à condensation mise en place à partir de 2016 est de 1,03.

• Selon l’Arrêté du 31 mars 2021- DPE, le rendement de génération sur PCI d’un poêle à granulés après 2020 avec label Flamme Verte est de 0,87.

📖 3. Déperditions et besoins de chauffage

★ À maîtriser

📐 Formule - Les déperditions statiques s’obtiennent par la somme des produits des coefficients de transmission thermique des parois par leurs surfaces, à laquelle s’ajoutent les ponts thermiques : $D_S=\sum_i U_iS_i+\sum_j\psi_jL_j$.

📐 Formule - Les déperditions dynamiques dues au renouvellement d’air vérifient $D_Y=0{,}34\times Q_v$, avec DY en W/°C et Qv en m³/h.

📐 Formule - Les déperditions totales sont la somme des déperditions statiques et dynamiques : $D_{totales}=D_S+D_Y$.

📐 Formule - La puissance de chauffage à installer est calculée par $P=\frac{(D_S+D_Y)\times\Delta T\times(1+\text{surpuissance})}{1000}$, où ΔT est l’écart entre la température de consigne et la température extérieure de base.

📐 Formule - Le besoin annuel de chauffage est calculé par $B=\frac{(D_S+D_Y)}{1000}\times24\times DJU\times I$, où I représente le facteur d’intermittence.

Compléments

• Dans l’exemple de Toulouse, le calcul de puissance de chauffage utilise une température de consigne de 19 °C et une température extérieure de base de −5 °C.

💡 Astuce mémo

Déperditions plus élevées → puissance de chauffage nécessaire plus importante.

📖 4. Degrés-jours et consommation de chauffage

🔑 Notions clés & Définitions

• Degrés-jours unifiés : Quantifient la rigueur climatique d’une période de chauffe.

★ À maîtriser

• Les DJU de référence sont souvent calculés sur une base de 18 °C, inférieure à la consigne habituelle de 19 °C pour tenir compte des apports gratuits.

Compléments

• À Toulouse, le DJU18 moyen de la saison du 15 octobre au 15 mai est passé de 1 951 °C·j pour 1961-1990 à 1 666 °C·j pour 2010-2024, soit une baisse de 15 %.

• En France, les DJU se situent globalement entre 1 000 et 3 000.

📐 Formule - Pour un bâtiment existant, la consommation de chauffage est souvent proportionnelle aux DJU mensuels : $C=K\times DJU$, où K dépend notamment du bâtiment, de ses équipements et de ses usages.

📖 5. Besoins et rendements de production d’ECS

★ À maîtriser

📐 Formule - Le rendement global de production d’ECS est le produit des rendements de production, de distribution et de stockage : $\eta_{global}=\eta_{production}\times\eta_{distribution}\times\eta_{stockage}$.

Compléments

• Selon l’Arrêté du 31 mars 2021- DPE, un ballon de stockage vertical installé après 2010 a un rendement de stockage de 0,82, contre 0,78 pour un ballon horizontal installé après 2010.

• Selon l’Arrêté du 31 mars 2021- DPE, le rendement de distribution d’ECS est de 0,27 pour une production collective avec réseau bouclé non isolé et de 0,80 pour un réseau bouclé fortement isolé.

📖 6. Leviers de réduction des consommations

★ À maîtriser

• La réduction des consommations repose sur trois leviers :
  • diminuer les besoins
  • réduire l’énergie nécessaire pour satisfaire un même besoin
  • développer les énergies renouvelables

Compléments

• La réduction des besoins peut notamment passer par : l’isolation des bâtiments, la baisse de la température de consigne du chauffage, la limitation de la climatisation

• Les énergies renouvelables citées sont :

  • le solaire photovoltaïque
  • le solaire thermique
  • la biomasse (bois)
  • la géothermie
  • l’éolien
  • l’hydraulique

💡 Astuce mémo

Réduire les besoins, améliorer l’efficacité, puis privilégier les renouvelables.

📖 7. Contrats d’exploitation et maintenance

★ À maîtriser

• Les acteurs d’un contrat d’exploitation-maintenance sont :
  • le maître d’ouvrage
  • l’assistant à maîtrise d’ouvrage
  • le maître d’œuvre
  • le prestataire titulaire du contrat
  • les usagers ou occupants

📌 Le P2 comprend au minimum la maintenance et la conduite des installations ; le P1 peut ajouter la fourniture d’énergie et le P3 le gros entretien et renouvellement.

• La maintenance P2 comprend : la surveillance régulière des installations, les contrôles réglementaires, la maintenance préventive, les interventions correctives sous délai contractuel

Compléments

• La conduite P2 vise :
  • l’optimisation des installations
  • l’adaptation aux besoins
  • la maîtrise des consommations
  • le respect des règles environnementales

📖 8. Types de marchés et intéressement

🔑 Notions clés & Définitions

• Marché à intéressement : Prévoit le partage des économies ou des excès de combustible par rapport à un objectif contractuel.

★ À maîtriser

• Les termes de contrats d’exploitation sont :

  • P1 pour la fourniture d’énergie
  • P2 pour la maintenance et la conduite
  • P3 pour le gros entretien-renouvellement
  • P4 pour le financement et la réalisation de gros travaux par l’exploitant
  • P5 pour les devis de travaux hors marché

• Dans les marchés avec P1, le MF est forfaitaire, le MT est corrigé selon les DJU, le MC dépend des kWh de chaleur mesurés et le CP dépend des quantités réelles de combustible.

Compléments

• La durée maximale est de 5 ans pour les marchés avec P1, de 8 ans pour un MF et peut atteindre 16 ans si le marché inclut du P3 ou du P4 faisant appel aux énergies et techniques nouvelles.

• Le P2 et le P3 sont forfaitaires ; le P2 couvre notamment les petits matériels de moins de 50 €, tandis que le P3 couvre le remplacement de gros matériel de plus de 50 €.

• Dans l’exemple de répartition des marchés à intéressement, les économies sont partagées à moitié entre le prestataire et le maître d’ouvrage, tandis que les excès sont répartis aux deux tiers pour le prestataire et un tiers pour le maître d’ouvrage.

📖 9. Réglementation énergétique des bâtiments

★ À maîtriser

• Le décret éco énergie tertiaire n°2019-771 du 23 juillet 2019 s’applique aux bâtiments ou ensembles de bâtiments tertiaires de plus de 1 000 m² et fixe un objectif de consommation d’énergie finale tous usages.

Compléments

• Depuis juillet 2021, le nouveau DPE des logements repose sur deux seuils : la performance énergétique en kWh d’énergie primaire par m² et par an et la performance climatique en kg CO₂eq par m² et par an.

📖 10. Contrat de performance énergétique

★ À maîtriser

• L’avantage principal du contrat de performance énergétique est la garantie de résultat sur la performance énergétique.

• Le CPE porte sur tout le bâtiment et ses actions peuvent concerner le bâti, les équipements techniques, l’exploitation et la maintenance.

• Le CPE garantit explicitement les consommations d’énergie et prévoit l’indemnisation de la sous-performance ainsi qu’une prime à la sur-performance pour l’opérateur.

• 🔄 La mise en place d’un CPE suit quatre étapes :

  1. identifier les gisements et établir la situation historique
  2. définir la méthode de mesure et la situation de référence
  3. déterminer et exécuter les actions de performance énergétique
  4. garantir les économies d’énergie dans la durée

📐 Formule - Pour une période donnée, l’économie d’énergie garantie par le CPE est la différence entre la consommation de référence ajustée à la période et la consommation mesurée après mise en œuvre des actions : $E_{économie}=C_{référence ajustée}-C_{mesurée}$.

Compléments

• Le CPE prévoit un protocole de mesure et de vérification de la performance opposable aux cocontractants pendant toute la durée du contrat.

• Les trois catégories de CPE sont :

  • catégorie A : sans investissement initial
  • catégorie B : investissement sur les équipements et systèmes énergétiques hors enveloppe bâtie
  • catégorie C : fort investissement initial sur l’enveloppe bâtie

• L’audit patrimonial rassemble les données relatives :

  • à l’énergie
  • à l’ouvrage
  • aux équipements techniques et climatiques
  • aux contrats de service
  • aux usages
  • au climat

• Le protocole IPMVP distingue une période de référence et une période de suivi, prend en compte les variables périodiques et les facteurs statiques, et comporte les options A, B, C et D. - International Performance Measurement and Verification Protocol

• Dans l’IPMVP, les options A et B concernent des améliorations de postes isolés, l’option C les rénovations globales sur la base d’une formule et l’option D les gains calculés théoriquement, notamment pour les bâtiments neufs. - International Performance Measurement and Verification Protocol

• Les actions de performance énergétique peuvent porter sur : les équipements techniques et climatiques, le désembouage et l’équilibrage, l’isolation du bâti, les énergies renouvelables ou de récupération, le comptage et le suivi de l’énergie, l’optimisation de l’exploitation et de la maintenance, la sensibilisation et la formation des occupants

💡 Astuce mémo

Audit historique → mesure de référence → actions → garantie des économies.