[PDF] Annexe Méthode de calcul TH-C-E ex

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Annexe

A l'arrêté portant approbation de la méthode de calcul TH-C-E ex

Méthode de calcul

TH-C-E ex

La méthode de calcul TH-C-E ex a été développée par le centre scientifique et technique du bâtiment 2/192

TH-C-E ex 2008

SOMMAIRE

1. GENERALITES...................................................................................................... 9

1.1 Objet du document ........................................................................................... 9

1.2 Coefficient Cep ................................................................................................. 9

1.3 Température Tic ..............................................................................................11

1.4 Précisions .......................................................................................................11

2. DEFINITIONS.................................................................................................... 12

2.1 Définitions utiles pour la segmentation des calculs...............................................12

2.1.1 Projet ....................................................................................................12

2.1.2 Bâtiment.................................................................................................12

2.1.3 Zone ....................................................................................................12

2.1.4 Groupe ...................................................................................................13

2.1.5 Cas particuliers........................................................................................13

2.2 Données utilisées pour la segmentation temporelle des calculs ..............................13

2.2.1 Année ....................................................................................................13

2.2.2 Scenarios de fonctionnement.....................................................................13

3. DONNEES D"ENTREE.......................................................................................... 14

4. ARCHITECTURE DES CALCULS ........................................................................... 15

5. CLIMAT ............................................................................................................. 16

5.1 Valeurs de référence au niveau de la mer............................................................16

5.2 Correction d"altitude.........................................................................................17

6. LES SCENARIOS CONVENTIONNELS .................................................................. 18

6.1 Généralités et Types d"usage.............................................................................18

6.2 Définition des scénarios....................................................................................19

6.3 Apports internes ..............................................................................................21

6.4 Définition de la période de chauffe et de refroidissement.......................................22

7. ECLAIRAGE........................................................................................................ 24

7.1 Domaine d"Application......................................................................................24

7.1.1 Types de bâtiments visés ..........................................................................24

7.1.2 Quel éclairage prendre en compte ?............................................................24

7.2 Calcul de la consommation d"Energie pour l"éclairage du bâtiment..........................24

7.3 Méthode de calcul en non résidentiel ..................................................................25

7.3.1 Calcul de la consommation pour le groupe ..................................................25

7.3.2 Calcul de la puissance installée..................................................................26

7.3.3 Valeurs du coefficient C1...........................................................................27

7.3.4 Calcul du coefficient C34...........................................................................27

7.3.4.1 Détermination de l"accès à l"éclairage naturel d"un local ..........27

7.3.4.2 Calcul de Einat...................................................................28

7.3.4.3 Calcul de C34 ....................................................................29

7.4 Méthode de calcul en résidentiel ........................................................................30

7.5 Calcul des apports récupérables dûs à l"éclairage .................................................30

8. BESOINS ET DISTRIBUTION DE L"ECS ............................................................... 31

8.1 Besoins D"Eau chaude sanitaire..........................................................................31

8.2 Pertes brutes de distribution de l"eau chaude sanitaire..........................................34

8.2.1 Production individuelle en volume habitable chauffé.....................................34

8.2.2 Production individuelle hors volume chauffé ................................................34

8.2.3 Production collective réseau bouclé ............................................................35

8.2.4 Production collective réseau tracé ..............................................................35

8.3 Pertes récupérées de distribution de l"eau chaude sanitaire ...................................35

8.4 Consommation des auxiliaires de distribution de l"ECS..........................................36

8.4.1 Production individuelle en volume chauffé...................................................36

8.4.2 Production individuelle hors volume chauffé ................................................36

8.4.3 Production collective réseau bouclé ............................................................36

8.4.4 Production collective réseau tracé ..............................................................37

9. DEPERDITIONS ET APPORTS DE CHALEUR ........................................................ 38

9.1 Déperditions par les parois................................................................................38

9.1.1 Caractérisation thermique du bâti ..............................................................38

9.1.1.1 Caractéristiques au niveau du bâtiment ................................38

9.1.1.2 Caractéristiques du bâti au niveau de la zone ........................38

3/192

TH-C-E ex 2008

9.1.1.3

Caractéristiques du bâti au niveau du groupe ........................38

9.1.2 Valeurs par défaut....................................................................................40

9.1.3 Calcul de Ht ............................................................................................40

9.1.4 Prise en compte deperditions par les parois .................................................41

9.2 DéperditionS par renouvellement d"air - calcul des débits d"air..............................42

9.2.1 Caractérisation du groupe et règle de segmentation .....................................42

9.2.2 Situation 1 : méthode pour le calcul du projet dans le cas où le système de

ventilation a été modifié par rapport au système de ventilation du bâtiment

initial avant travaux .................................................................................43

9.2.2.1 Calcul des débits spécifiques ...............................................43

9.2.2.1.1 Introduction ......................................................................43

9.2.2.1.2 Valeurs des débits à reprendre et à fournir Qvasouspec et

Qvarep

spec .........................................................................43

9.2.2.1.3 Ventilation mécanique ........................................................43

9.2.2.1.3.1 Secteur résidentiel ..........................................44

9.2.2.1.3.2 Secteur non résidentiel ....................................45

9.2.2.1.3.3 Coefficients de dépassement Cdep ....................45

9.2.2.1.3.4 Coefficient de fuite des réseaux Cfres ................46

9.2.2.1.4 Ventilation naturelle par conduits.........................................46

9.2.2.1.5 Ventilation hybride.............................................................49

9.2.2.1.6 Aération par ouverture des fenêtres pour le secteur non

résidentiel .........................................................................50

9.2.2.2 Calcul des débits échangés au travers de l"enveloppe de la zone

et entre groupes .............................................................................50

9.2.2.2.1 Caractérisation au niveau de la zone ....................................50

9.2.2.2.2 Calcul des débits d"air à travers l"enveloppe...........................51

9.2.2.2.2.1 Organisation générale des calculs......................51

9.2.2.2.2.2 Calcul des débits au travers de l"enveloppe de la

zone en fonction de p

9.2.2.2.2.2.1 Principe de calcul ...............................................................52

9.2.2.2.2.2.2 Détermination du nombre de composants et de leur position...52

9.2.2.2.2.2.3 Calcul de la pression sur les façades pour un composant.........53

9.2.2.2.2.2.4 Calcul des débits au travers des défauts d"étanchéité..............54

9.2.2.2.2.2.5 Calcul des débits au travers des entrées d"air ........................54

9.2.2.2.2.2.6 Débits sur l"ensemble de la zone..........................................55

9.2.2.2.2.3 Calcul de pib...................................................55

9.2.2.2.3 Répartition de l"air entrant ou sortant par les parois extérieures

pour chaque groupe ...........................................................56

9.2.2.2.4 Calcul des débits entre groupes ...........................................56

9.2.3 Situation 2 : Méthode pour le calcul du bâtiment initial et pour le calcul du

projet si le système de ventilation du projet est inchangé par rapport au système

de ventilation du bâtiment initial................................................................57

9.2.3.1 Introduction ......................................................................57

9.2.3.2 Résidentiel........................................................................57

9.2.3.2.1 Calcul des débits spécifiques ...............................................57

9.2.3.2.2 Calcul des débits échangés au travers de l"enveloppe de la zone

et entre groupes ................................................................57

9.2.3.2.3 Autres données conventionnelles .........................................58

9.2.3.2.4 Récapitulatif des valeurs conventionnelles pour le résidentiel...58

9.2.3.3 Non résidentiel ..................................................................59

9.2.3.3.1 Calcul des débits spécifiques ...............................................59

9.2.3.3.2 Calcul des débits échangés au travers de l"enveloppe de la zone

et entre groupes ................................................................60

9.2.3.3.3 Autres données conventionnelles .........................................60

9.2.3.3.4 Récapitulatif des valeurs conventionnelles pour le non résidentiel

9.2.4 Calcul de Hv............................................................................................62

9.2.5 Prise en compte des déperditions par renouvellement d"air............................62

9.3 Apports solaires et internes...............................................................................63

9.3.1 Apports solaires : Calculs des rayonnements solaires et de grande longueur

d"onde incidents et des flux transmis..........................................................63 4/192

TH-C-E ex 2008

9.3.1.1

Rayonnement solaire global atteignant une paroi ...................63

9.3.1.1.1 Rayonnement solaire sur une paroi nue ................................63

9.3.1.1.2 Calcul du rayonnement solaire diffus ....................................64

9.3.1.1.3 Calcul du rayonnement solaire réfléchi par le sol....................64

9.3.1.2 Prise en compte des masques fixes ......................................64

9.3.1.2.1 Nature des masques...........................................................64

9.3.1.2.2 Masque proche horizontal : .................................................65

9.3.1.2.3 Masque lointain de type plan vertical :..................................66

9.3.1.2.4 Facteur d"affaiblissement global du rayonnement direct ..........66

9.3.1.3 Gestion manuelle des protections solaires .............................66

9.3.1.4 Calcul des flux solaires et de grande longueur d"onde vers la

voute céleste transmis au local .........................................................67

9.3.1.4.1 Définitions et nomenclature.................................................67

9.3.1.4.2 Flux solaires et GLO absorbés par les parois extérieures..........68

9.3.1.4.3 Flux solaires transmis par les baies:.....................................68

9.3.2 Apports internes ......................................................................................69

9.3.3 Prise en compte des apports internes et solaires ..........................................69

10. EMISSION DE CHALEUR ET DE FROID........................................................... 70

10.1 Variations spatiale et temporelle de la température de consigne ....................70

10.1.1 Variations spatiales .........................................................................71

10.1.2 Précision de la régulation terminale (Variations temporelles) ................72

10.2 Programmation........................................................................................73

10.3 Consommations et apports internes dus aux émetteurs locaux.......................73

10.4 Calcul des débits locaux et du bilan hydrique...............................................75

10.4.1 Présentation...................................................................................75

10.4.2 Principe du calcul pour un émetteur ..................................................76

10.4.3 Application au calcul sur une heure ...................................................78

10.5 Pertes au dos des émetteurs intégrés aux parois..........................................79

10.6 Systèmes Composites et multiples .............................................................80

10.6.1 Emetteurs chauds ...........................................................................80

10.6.2 Emetteurs froids .............................................................................81

10.7 Prise en compte des locaux sans émetteur de refroidissement .......................81

10.7.1 Locaux d"entrée d"air sans système de refroidissement ........................81

10.7.2 Locaux de transfert et d"extraction ....................................................82

11. DISTRIBUTION DE CHALEUR ET DE FROID : RESEAUX HYDRAULIQUES ET DE

FLUIDE FRIGORIGENE....................................................................................... 83

11.1 Pertes et consommations de distribution pour les réseaux hydrauliques ..........83

11.1.1 Calcul de la puissance nominale en chaud et froid...............................83

11.1.2 Éléments pour le calcul des pertes thermiques des réseaux de distribution

11.1.2.1 Distribution de groupe........................................................84

11.1.2.2 Distribution intergroupes et interzones .................................87

11.1.3 Calcul des pertes de distribution et consommation des auxiliaires au

niveau distribution par groupe en fonction de la puissance demandée dans le groupe et pour les intergroupes et interzones ..............................................89

11.1.3.1 Calcul de la température moyenne du réseau ........................89

11.1.3.1.1 Puissance nominale des émetteurs installés............89

11.1.3.1.2 Prise en compte de la gestion du réseau de

distribution en mode chaud.................................................90

11.1.3.2 Pertes de distribution pour les réseaux vers les émetteurs et

pour les réseaux intergroupes et interzones........................................91

11.1.3.3 Calcul de la consommation des circulateurs suivant leur mode de

gestion .......................................................................................92

11.1.3.4 Calcul des pertes de distribution récupérables........................92

11.2 Distribution de fluide frigorigène................................................................93

11.3 Transfert de chaleur entre locaux...............................................................93

11.3.1 Pompes à chaleur sur boucle d"eau....................................................93

11.3.2 Les systèmes à débit de réfrigérant variable et les thermofrigopompes ..94

12. TRAITEMENT ET DISTRIBUTION D"AIR......................................................... 95

12.1 Centrales double flux sans variation de débit d"air pour le refroidissement et

centrales double flux hygiénique........................................................................95

5/192

TH-C-E ex 2008

12.1.1

Principe de prise en compte..............................................................95

12.1.2 Calcul de l"impact des composants ....................................................97

12.1.2.1 Partie extraction ................................................................97

12.1.2.2 Partie soufflage..................................................................97

12.2 Centrales Double flux à débit d"air variable en refroidissement.....................102

12.2.1 Principe de prise en compte............................................................102

12.2.2 Calcul de l"impact des composants ..................................................103

12.2.2.1 Partie 1...........................................................................103

12.2.2.2 Partie 2...........................................................................105

12.3 Groupes d"extraction Simple flux..............................................................108

12.4 Valeur par defaut...................................................................................108

13. COMPORTEMENT THERMIQUE D"UN GROUPE ET COUPLAGE AVEC LE SYSTEME

D"EMISSION ET DE DISTRIBUTION ................................................................. 109

13.1 Introduction ..........................................................................................109

13.2 Description globale du modèle Thermique .................................................109

13.3 Les équations qui régissent le modèle thermique .......................................110

13.4 Calcul des températures extérieures équivalentes : ....................................111

13.5 Calcul de la conductance thermique due à la ventilation et de θeieq : .............112

13.6 Calcul des autres conductances................................................................113

13.7 Détermination de la température d"air et de la température opérative : ........113

13.8 Flux transmis aux noeuds de température..................................................114

13.9 Couplage du groupe avec les systèmes d"émission et de distribution.............115

14. ENERGIE NECESSAIRE AUX BORNES DE LA PRODUCTION D"ENERGIE POUR LE

CHAUFFAGE, LE REFROIDISSEMENT ET L"ECS.................................................. 116

14.1 Energie nécessaire aux bornes de la production d"énergie pour le chauffage et le

14.1.1 Prise en compte des pertes récupérées pour le chauffage...................117

14.1.2 Prise en compte des pertes récupérées pour le refroidissement...........117

14.2 Calcul de l"énergie nécessaire aux bornes de la production pour l"ECS...........118

15. GENERATION, STOCKAGE ET TRANSFERT DE CHALEUR, DE FROID POUR LE

CHAUFFAGE, LE REFROIDISSEMENT ET L"ECS.................................................. 119

15.1 Introduction ..........................................................................................119

15.2 Charge de la génération..........................................................................120

15.3 Charge de chaque générateur..................................................................120

15.4 Les générateurs de chaleur et de refroidissement.......................................121

15.4.1 Les générateurs à combustion ........................................................121

15.4.1.1 Caractéristiques des générateurs .......................................121

15.4.1.2 Modèle générique de calcul du rendement conventionnel annuel

moyen de génération pour le chauffage Rconv chauff............................123

15.4.1.2.1 Profils de charge conventionnels..........................123

15.4.1.2.2 Prise en compte de la puissance installée .............124

15.4.1.2.3 Prise en compte du fonctionnement en cascade des

15.4.1.2.4 Température de fonctionnement..........................126

15.4.1.2.5 Pertes à 100% de charge....................................128

15.4.1.2.6 Pertes pour une charge intermédiaire...................128

15.4.1.2.7 Pertes au point de fonctionnement " w » situé entre la

charge nulle et la charge intermédiaire...............................128

15.4.1.2.8 Pertes au point de fonctionnement " x » ..............128

15.4.1.2.9 Expression du rendement de génération pour le

chauffage .......................................................................128

15.4.1.3 Récapitulatif pour le calcul du rendement conventionnel annuel

moyen de génération pour le chauffage ...........................................130

15.4.1.4 Calcul du rendement de génération pour l"ECS.....................133

15.4.1.5 Générateur à usage mixte chauffage et ECS - calcul des

rendements de génération annuels moyens pour le chauffage et pour l"ECS .....................................................................................134

15.4.1.6 Calcul des pertes récupérées de génération.........................134

15.4.1.7 Calcul de la consommation des auxiliaires de génération.......136

15.4.1.8 Valeurs par défaut............................................................137

15.4.2 Les générateurs éléctriques............................................................141

6/192

TH-C-E ex 2008

15.4.2.1

Générateurs à effet joule direct pour le chauffage ................141

15.4.2.2 Générateurs thermodynamiques pour le chauffage et le

15.4.2.2.1 En mode chaud .................................................141

15.4.2.2.2 En mode froid ...................................................143

15.4.2.2.3 Coefficients de correction conventionnels CEER et CCO

15.4.2.2.4 Détermination du coefficient Cair_ext_eau_CH pour les

machines sur air extérieur en mode chaud (cf. Tableau 81 et Tableau 82 ci-dessus).......................................................147

15.4.2.2.5 Effet des auxiliaires ...........................................149

15.4.2.2.5.1 Présentation ...............................................149

15.4.2.2.5.1.1 Machines à compression électrique ......................149

15.4.2.2.5.1.2 Machines à gaz .................................................150

15.4.2.2.5.1.3 Côté machine....................................................151

15.4.2.2.5.1.4 Côté utilisation..................................................151

15.4.2.2.5.1.5 Côté extérieur...................................................151

15.4.2.2.6 Puissance résiduelle, Présiduelle..........................152

15.4.2.2.7 Valeurs par défaut.............................................152

15.5 Les éléments de stockage .......................................................................153

15.5.1 caractéristiques des ballons de stockage (ballons de production d"eau

chaude sanitaire par accumulation)..........................................................153

15.5.2 Pertes brutes de stockage ..............................................................153

15.5.3 Pertes récupérées .........................................................................153

15.6 Les générateurs stockeurs.......................................................................154

15.6.1 Les accumulateurs gaz...................................................................154

15.6.1.1 Caractéristiques des accumulateurs....................................154

15.6.1.2 Calcul du rendement conventionnel annuel moyen global de

génération pour l"ECS....................................................................154

15.6.1.2.1 Efficacité du générateur .....................................154

15.6.1.2.2 Pertes de stockage ............................................155

15.6.1.2.3 Expression du rendement conventionnel annuel

moyen" global" de génération pour l"ECS .............................155

15.6.1.3 Calcul des pertes récupérées .............................................155

15.6.1.3.1 Calcul de la consommation des auxiliaires de

génération ......................................................................155

15.6.1.3.2 Valeurs par défaut.............................................156

15.6.2 Chauffe-eau éléctrique à accumulation ............................................156

15.6.2.1 Calcul des pertes brutes de stockage..................................156

15.6.2.2 Calcul des pertes récupérées .............................................157

15.7 Génération de chaleur et de refroidissement par transfert de chaleur et de froid .

15.7.1 Réseau de chaleur.........................................................................158

15.7.1.1 Caractérisation des produits ..............................................158

15.7.1.2 Calcul des pertes .............................................................158

15.7.1.3 Consommation des auxiliaires............................................159

15.7.2 Réseau de froid.............................................................................159

15.8 Génération et stockage de chaleur par les systèmes solaires thermiques.......160

15.8.1 Champ d"application......................................................................160

15.8.2 Structure de calcul ........................................................................161

15.8.3 Définitions ...................................................................................161

15.8.4 Caractérisation des produits ...........................................................161

15.8.4.1 Capteurs solaires .............................................................161

15.8.4.2 Chauffe-eau solaires.........................................................162

15.8.4.3 Ballons de stockage..........................................................162

15.8.4.4 Cas particulier du plancher solaire......................................163

15.8.5 Expression de la couverture solaire .................................................163

15.8.5.1 Formule générale.............................................................163

15.8.5.2 Cas d"un système combiné (chauffage et ECS).....................164

15.8.5.3 Expression des paramètres................................................165

15.8.5.3.1 Efficacité de la boucle de captage ........................165

7/192

TH-C-E ex 2008

15.8.5.3.2

Déperditions thermiques de la boucle de captage ..165

15.8.5.3.3 Écart de température conventionnel.....................165

15.8.5.3.4 Besoins ............................................................165

15.8.5.3.5 Coefficient correctif de stockage du système solaire....

15.8.5.3.6 Coefficient correctif d"irrigation du stockage..........166

15.8.5.3.7 Ensoleillement sur les capteurs ...........................167

15.8.6 Calcul des pertes de transmission entre le ballon solaire et l"appoint....167

15.8.6.1 Chauffe-eau solaire individuel............................................167

15.8.6.2 Installation d"eau chaude solaire collective à appoint centralisé...

15.8.6.3 Installation d"eau chaude solaire collective à appoints individuels

15.8.7 Pertes de stockage de l"appoint.......................................................168

15.8.7.1 Appoint centralisé (installation collective d"eau chaude sanitaire)

15.8.7.2 Appoint individuel (installation d"eau chaude sanitaire).........168

15.8.7.3 Pertes récupérables de l"appoint.........................................168

15.8.8 Consommation de l"appoint ............................................................168

15.8.9 Consommation des auxiliaires de l"installation solaire ........................168

15.8.10 Références normatives...................................................................169

16.1 Domaine d"application ............................................................................170

16.2 Principe de calcul ...................................................................................170

16.3 Méthode de calcul ..................................................................................170

16.3.1 Energie incidente Hi ......................................................................171

16.3.2 Puissance crête P0 ........................................................................173

16.3.3 Indice de performance Rp ..............................................................173

16.3.4 Exemples.....................................................................................174

17. CALCUL DE LA CONSOMMATION CONVENTIONNELLE D"ENERGIE DU

BATIMENT....................................................................................................... 176

18. CALCUL DE TIC........................................................................................... 179

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