Chauffage : énergie nécessaire au maintien d'une température de consigne

[BenjiBoy]

Bonjour à tous,

dans le cadre d'un dimensionnement d'installation solaire pour un logement sobre et, pourquoi pas, auto-suffisant, j'ai entamer la calcul des consommations électrique horaires des éléments qui tournent chez moi.

Rapidement j'ai du me poser la question du chauffage, le poste le plus énergivore en hiver ; Il s'agit d'un chalet en moyenne montagne, assez isolé.

Est-il réaliste de considérer du chauffage électrique sur une installation solaire ? Personnellement ça me semble inadapté, même avec de bons chauffages (inertie stéatite), et avec l'aide d'un poêle à bois. Mais les volumes sont très petits, donc je me suis dis que quitte à avoir une idée précise, il fallait que je la calcule tout simplement.

Enfin tout simplement ...
Le chalet est ancien, et l'isolation est hétérogène, différent matériaux avec différentes épaisseurs sont utilisés.

Si désormais j'ai une idée (avec une belle marge) de la déperdition thermique des volumes, en revanche j'ai du mal à conclure sur le fonctionnement du chauffage. La plupart des site web qui propose le calcul sont incomplet, et n'ont à vocation qu'à estimer le coût du chauffage, non sa consommation (ils prennent simplement la puissance du chauffage et la multiplie par le nombre d'heure de chauffage dans l'année, ce qui ne me suffit pas).

Par exemple, soit une pièce (sous toit) :
- de 10,4m^3 (c'est petit, je l'ai dis),
- totalisant 40,6 m^2 de surfaces en contact direct avec l'extérieur,
- ayant une déperdition thermique de 405 W (+- 10%)
- étant équipée d'un chauffage à inertie 1000 W.
- considérant la température de consigne à 18°C et la température extérieure à -2°C.

On va négliger la différence de déperdition entre les pans inclinés et ceux verticaux (inclus dans la marge).

En régime normal (c'est à dire dans un régime de maintient de la température, pas d'une première chauffe), quelle est la consommation électrique de ce chauffage "luttant" contre la déperdition ?

Je ne vois pas quel calcul adopter.

Pouvez-vous m'aiguiller ?
A+
-----

[Mickele91]

Bonjour,

Est-il réaliste de considérer du chauffage électrique sur une installation solaire ?

Je ne comprends pas bien le sens de ta question...Si ta question est "Dans ta situation, est-il réaliste de te chauffer "directement" (Donc par effet Joule) à l'électricité d'origine solaire ?...de mon point de vue, la réponse est non...

En régime normal (c'est à dire dans un régime de maintient de la température, pas d'une première chauffe), quelle est la consommation électrique de ce chauffage "luttant" contre la déperdition ?

Je te dirais que ça va dépendre de pas mal de chose...

Notamment, si c'est la nuit ou le jour...si il y a du soleil ou pas...si il y a de la présence et de l'activité humaine ou pas...si il y a des appareils autres que le chauffage en fonctionnement ou pas...

Tout ces facteurs vont participer plus ou moins à la compensation des déperditions de ta maison et vont donc directement impacter, ce que ton chauffage aura à fournir...ou pas...

Cordialement

[BenjiBoy]

Salut Mickele91,

oui, quelques calculs avec des consommation un peu au pifomètre indiquent des facteurs d'échelle très largement au dessus de la capacité de production que je pourrais poser.
Et oui il s'agit bien de stocker l'énergie photovoltaïque (sous forme gros pack batterie, environ 10 à 20 kW/h jour) puis de rendre cette énergie par effet joule, un radiateur en somme.
Mais la dépense énergétique va nettement, nettement plus vite que l'acquisition (facteur 10). Il me faudrait une microcentrale, c'est littéralement contre-productif.

J'imagine bien que le maintien va dépendre de plusieurs facteurs, mais on peut d'emblée écarter la présence d'autres appareils électriques, et l'activité humaine aussi (négligeable sur ces hauteurs de consommation). La marge inclurait ces écarts, ceci dit. J'ai vraiment très peu d'élément électriques autres que le nécessaire.
J'ai un correcteur d'exposition dans le calcul de déperdition thermique (je l'ai attrapé sur un site de DPE, que je dois pouvoir retrouver) pour le jour / nuit, mais je me suis mis dans le pire des cas pour ce calcul.

Par ailleurs si la méthodologie est générique je n'aurais qu'à modifier les valeurs (celle de la déperdition notamment avec et sans l'exposition) pour faire varier le résultat.

Je pensais me baser sur le calcul de la chauffe d'un volume d'air par une source en y superposant la "fuite" thermique de la déperdition, la maintien de la consigne se traduisant par une oscillation autour de la température de consigne (comme avec un four), l'oscillation serait plus ou moins rapide en fonction de la déperdition. Un volume parfaitement isolé n'aurait pas d'oscillation, un volume infiniment mal isolé n'arriverait pas à maintenir la température.

Connaissant ainsi la période de l'oscillation je connaîtrais la consommation moyenne horaire (ou journalière).

a+

[Mickele91]

Re,

Mais la dépense énergétique va nettement, nettement plus vite que l'acquisition (facteur 10). Il me faudrait une microcentrale, c'est littéralement contre-productif.

Dans ce type de config, il faut commencer par réduire drastiquement la dépense...par exemple en "passivant" (Si c'est possible) les lieu...et ensuite, on voit ce qui est faisable ou pas.

J'imagine bien que le maintien va dépendre de plusieurs facteurs, mais on peut d'emblée écarter la présence d'autres appareils électriques, et l'activité humaine aussi (négligeable sur ces hauteurs de consommation). La marge inclurait ces écarts, ceci dit. J'ai vraiment très peu d'élément électriques autres que le nécessaire.
J'ai un correcteur d'exposition dans le calcul de déperdition thermique (je l'ai attrapé sur un site de DPE, que je dois pouvoir retrouver) pour le jour / nuit, mais je me suis mis dans le pire des cas pour ce calcul.

Ok...

Dans ce cas là, pour répondre à ta question...

quelle est la consommation électrique de ce chauffage "luttant" contre la déperdition ?

Pour maintenir la pièce à 18°C, quand il fait -2°C dehors, la déperdition étant de 405 W...il te faudra simplement un chauffage capable de compenser cette déperdition de 405 W...

C'est à dire un radiateur ayant une puissance minimale de 405 W...

Imaginons une situation qui ne se produit jamais dans la vraie vie...la température reste à -2°C pendant 24 h et tu veux aussi garantir un 18°C dans la pièce en question pendant ces mêmes 24 h...

Et bien pour compenser les déperditions, ton chauffage consommera 405 W × 24h = 9720 Wh....

Cordialement

[A voir en vidéo sur Futura]

[Ulyssesourd]

24h = 9720 Wh....

donc si un panneau photovoltaique fait 250Wc il te faudra au moins :
(9720/24)*8 = 3.3kWc de panneau et une batterie de 18kw car on décharge qu'au max 50% de sa capacité pour couvrir tes besoins journaliers...
Il vaut mieux des panneaux solaire thermiques et un gros ballon + radiateurs.
Mais en hiver le soleil se fait rare.
PS : 8h heures de jours en hiver mais son rendement est faible en cette période donc il faut bcp de panneaux...
A+

[BenjiBoy]

... Et bien c'est logique pourtant, en effet ! Suis-je bête (non, ne répondez pas.)
Alors ok, merci beaucoup pour vos réponses.

Oui les panneaux thermiques, voir thermo-photovolaïque j'y ai pensé mais je viens de refaire mon installation de plomberie et j'ai un chauffe-eau tout neuf (électrique "smart" à plusieurs compartiments). Ca m'ennuie un peu de repartir à tout refaire ...
Le froid avait tout fait péter il y deux ans, j'ai pas eu le choix.

Effectivement dans le patelin ou je suis, en hiver et même avec le couvert topographique, on a environ 8h de soleil. Environ 12h l'été. J'utilise les relevés PVGIS pour avoir les exposition de 2005 à 2016 directement sur mon terrain, c'est un super outil.
Autre effet à noter avec les batteries (gel plomb), le froid. A 0°C elles sont à -15 voir -20% de capacité.

Je pourrais poser de 6 à 13 panneaux 365 Wc (1,6x1m), totalisant entre 2200 à 5000 Wc de production. C'est fou ce que les prix ont baissés depuis dix ans : environ 260€ le panneau ...
Effectivement il va falloir réfléchir à comment "passifier" un maximum de chose. Je pense qu'un mixe 230 Vac + solaire sera inévitable, à tout le moins l'hiver. J'ai aussi une petite source d'eau chez moi, mais je n'ai pas assez de hauteur de chute pour utiliser l'énergie, c'est bien dommage !

Bref, du coup ça me donne un premier indicatif de consommation de conservation de la température de consigne.

Et maintenant, si je voulais calculer le coût énergétique de transfert d'une température consigne à une autre ? Typiquement le mode éco / confort ?
Comment m'y prendrais-je ? Ca me permettrait d'avoir le cycle jour / nuit.
Mettons 15°C - 18°C (et une pti laine).


a+

[Mickele91]

Re,

Et maintenant, si je voulais calculer le coût énergétique de transfert d'une température consigne à une autre ? Typiquement le mode éco / confort ?
Comment m'y prendrais-je ?

Je ne sais pas...et pour être plus précis, je ne comprends pas ce que tu cherches...

Cordialement

[cornychon]

...

Et maintenant, si je voulais calculer le coût énergétique de transfert d'une température consigne à une autre ? Typiquement le mode éco / confort ?
Comment m'y prendrais-je ? Ca me permettrait d'avoir le cycle jour / nuit.
Mettons 15°C - 18°C (et une pti laine).
a+

Bonjour,

Ton chalet a des parois qui séparent l’isotherme air intérieur de l’isotherme air extérieur.
Ces parois hétéroclites ont des résistances thermiques de conduction. La somme des résistances thermiques correspond à la résistance thermique de conduction globale entre les deux isothermes intérieur et extérieur.

Nous avons R = (T1 – T2) / Ø
R résistance thermique de conduction en °C/W
T1 et T2, température des deux isothermes en °C
Ø flux de chaleur entre les deux isothermes, en Watts

Si j’ai bien compris ton exemple ! !
A l’équilibre thermique, sans apport solaire, vent calme, tu as un flux thermique de 405 W pour une température intérieure de 18°C et une température extérieure de -2°C

Dans ce cas, tu as une résistance thermique de conduction, de (18 +2) / 405 = 0.049 °C/W.

Nous avons Ø (chauffage) = ∆T (intérieur extérieur) / 0.049

Avec une température intérieure de 18°C et une température extérieure de -20°C, il faut une puissance de chauffe de
(18 + 20) / 0.049 = 775 W

Après, il faut prendre en compte les apports solaire et les DJU.

[sawai]

Bonsoir,

Je pense qu'il faut revenir vers des considérations simples, vers lesquelles t'on orienté Mickele et Ullysourd.

Raisonner un régime établi déjà (les 405 W) et voir ce qu'il faudrait, aller au bout de l'étude. Ensuite si ça "passe" voir pour la mise en chauffe ou les changements de régime.

Une remarque en passant : 1h de soleil en hiver, c'est autre chose d'un point de vue énergétique que 1h de soleil d'été. Même en admettant que le beau fixe soit la norme, ensoleillement d'hiver risque d'être "juste" pour du chauffage en surtout en PV.

Une idée comme ça : pour un chalet isolé non raccordé au réseau électrique (ce qui semble être le cas), en premier lieu isoler isoler isoler, puis faire un hors gel (à étudier avec du PV puisque tu est parti sur cette solution). Pour le confort en occupation occasionnelle, le bois bûche a fait ses preuves depuis des siècles. Et là plus besoin de petite laine ni de conception au chausse-pied pour les remontées en régime. Si le hors gel PV est faisable, tu aurais alors la puissance PV qui deviendrait disponible pour les usages domestiques en occupation.

Bon, à la fin ça fait beaucoup de systèmes différents quand on ajoute la prod ECS (que j'aurais aussi mise sur le bois, toujours si occupation occasionnelle et pas de réseau élec), mais là il est question du chauffage.

Mais quand

[yves35]

bonjour,

restons simple en effet....
http://www.sebasol.info/realisations.aspx?id=1222&r=
sinon le bois buche ,c'est de l'énergie solaire et stockable ,elle

yves

[florisound]

Bonjour,
Je pense que benjiboy souhaite savoir ce qui se passe si il évolue de 15 deg la nuit a 18 le matin .Donc en régime établit la réponse est simple a été donnée par ulyssesourd. Maintenant il faut intégré les inerties ou encore les constante de tps. Dans un chalet je pense qu’elle sont très faible.
Tu peux les estimer en regardant en combien de temps tu perds les degrés pour passer de 18 a 15 par ex et tracé la belle courbe exponentiel qui en résulte. Idéalement il faudrait un delta plus important. Par ex chauffer a 25 puis changer la consigne à 15 et voir la courbe.
De la tu pourras estimer combien de kWh sont stocké par degré dans le chalet.
ça revient a dire que dans un bâtiment a faible inertie le passage régime confort a nuit est très efficace et quasi instantanée (peu d’energie de stocké) alors que dans une maison a inertie comme chez moi le passage du régime nocturne a diurne n’a que peu d’intérêt. Il m’est déjà arrivé de me rendre compte d’une anomalie de chauffage souvent 24 h après…

JCB

[BenjiBoy]

Salut,

j'essaie de garder le fil par interlocuteur :

@Mickele91 : Je refais ma question (qui n'est plus exactement la même) : Si à température constante, et conditions constantes, il faut 405 W minimum pour lutter contre une déperdition de 405 W (théorique, nous sommes d'accord) : Sur 1h, combien de temps le chauffage tourne-t-il (on admettra que le thermostat électrique ré-enclenche la chauffe lorsque la température tombe de 2°C, je ne sais pas si c'est le comportement d'un chauffage mais au moins j'aurais la méthodologie) ? Par exemple si le temps total de chauffe sur 1h est de 35 minutes, pour du 1 kW ça donne du 585 W consommés.

@cornychon : ce n'était pas précisément ma question mais ça va m'être utile juste après, donc je te remercie ! Je garde ce calcul, et je note pour les DJU. Pour le solaire ... Ca va être compliqué pour moi mais je peux aire une estimation sur le nombre d'heure d'ensoleillement en moyennant. Quoique, j'ai les relevés PVGIS très précis de l'énergie par mètre carré, à voir (mais faudrait faire de la projection et tout ... pfiou ; non, moyenne c'est bien).

@sawai : en comptant le chauffage électrique, le solaire ne passe clairement pas, fusse avec un seul radiateur. Et j'ai déjà un poêle à bois pour la partie basse, au sol, mais la construction est tellement alambiquée que cette chaleur (très forte une fois lancée) ne monte pas jusqu'en haut ; il faut un complément. Il y a 3 étages en fait, avec 20m2 au sol. C'est presque une tour ^^ (de refroidissement ...). Il est raccordé au réseau cependant. Mais j'aimerais diminuer son utilisation ; l'auto-suffisance ça ne sera jamais possible en hiver pour le moment, cependant. La construction fait que je vais avoir du mal à isoler toute la structure. Actuellement c'est une occupation occasionnelle, surtout l'été, mais bientôt ça pourrait devenir du "très souvent" voir "quasi permanent". Et, c'est quoi l'ECS (eau chaude sanitaire ?) ?

@yves35 : j'adore le bois. J'ai quelques arbres sur mon terrain, la commune fait de l'affouage et effectivement c'est un stockage énergétique stable. Mais c'est pas très efficace comme rendement ... Donc je limite à une utilisation quelques heures par jour, au coeur de l'hiver.


En complément, actuellement la partie basse de mon chalet n'est pas du tout isolée, juste des moellons creux de 10cm, la déperdition doit être énorme. Ceci plus les fuites d'air considérable, ça explique en partie la difficultés pour l'air chaud de monter avant qu'il refroidisse. Une isolation extérieure est prévue pour cet été (si on sort un jour), ce qui améliorera au moins la base. Les murs des étages sont isolés assez sommairement (bois + multicouche), le toit l'est un peu plus sérieusement (bois + laine de verre).
L'ensemble, par ses volumes très faibles, chauffe très vite (aussi vite qu'il se refroidit), le bois permet une bonne maîtrise de l'hygrométrie et une sensation de chaleur plus confortable qu'en bas.
Côté PV, j'ai fais un calcul en omettant les chauffages et en utilisant que le chauffe-eau, un frigo (table top) et quelques appareils (lumières, recharge téléphone, ...), et c'est déjà énorme. Je cherche actuellement à descendre les consommations, mais le mixe 230 Vac / solaire sera une nécessité j'en ai peur.

Merci à tous pour vos réponses,
désolé c'est un peu long,
a+

[Ulyssesourd]

Encore une question : vis tu dans le chalet tout le temps ou occasionnellement ?
Il y a une différence entre les 2 en matière de solution de chauffage....
Si tu ne l'occupes pas pendant l'hiver, oublies tes questionnement car cela ne sert absolument à rien de maintenir en T° le chalet, pour la mise en hors gel c'est très simple, tu vides tous les circuits comportant d'eau et tu laisses tous les robinets ouverts + isoler thermiquement le compteur d'eau général-> aucun risque de catastrophe et c'est coûte beaucoup moins cher de vider l'eau que de se casser la tête pour le chauffage...

[BenjiBoy]

@ Ulyssesourd

Non actuellement je n'y vis pas en permanence, mais ça pourrait le devenir dans les mois qui arrivent.
Je vide déjà systématiquement l'eau lorsque je m'absente. Disons qu'une fois j'ai "prêté" le chalet à une amie et elle n'a pas bien vidangé (ou je n'ai pas bien expliqué), et paf. C'était du cuivre, maintenant c'est du PER multicouche. Les raccords sont chers mais c'est bien foutu.

[Mickele91]

Bonjour,

Sur 1h, combien de temps le chauffage tourne-t-il

Si le radiateur fait "pile poil, 405 W" et fonctionne en "Tout Ou Rien" (TOR), il fonctionnera "non-stop", vu que les déperditions sont aussi "non-stop".

Si il fait "910 W"...il fonctionnera 1/2 heure...etc, etc...plus il sera puissant, moins il fonctionnera...

Cordialement

[Ulyssesourd]

Bonjour,



Si le radiateur fait "pile poil, 405 W" et fonctionne en "Tout Ou Rien" (TOR), il fonctionnera "non-stop", vu que les déperditions sont aussi "non-stop".

Si il fait "910 W"...il fonctionnera 1/2 heure...etc, etc...plus il sera puissant, moins il fonctionnera...

Cordialement

Sauf s'il monte la T° en consigne là ça consomme plus et plus longtemps.
Mais en quoi il cherche à calculer la consommation ? Bref il faut faire une étude thermique complète pour être au plus près de la consommation
Sinon il faut passer un hiver complet dans le chalet avec les réglages de confort qu'on veuille atteindre et relever tous les jours les T° extérieures, et a la fin de l'hiver on fait un compte rendu des calculs, c'est la meilleure chose à faire et la plus fiable...
C'est seulement après qu'on a la vision claire et on pourra envisager de mettre X m² de panneaux et Y kW de batterie et Z € à sortir de la poche....
Avant d'entamer les grosses rénovations dans ma maison j'ai passé un hiver de misère dans notre maison pas isolée de tout pour avoir une vison au plus près possible. Après rénovation on a atteint nos objectifs à 90% (Les 10% restant est une marge d'erreur dans les calculs du BET....)
A+

[Mickele91]

Re,

Sauf s'il monte la T° en consigne là ça consomme plus et plus longtemps.

Je suis bien d'accord avec toi Ulysse...

Mais dans son premier message, BenjiBoy nous a dit...

En régime normal (c'est à dire dans un régime de maintient de la température, pas d'une première chauffe)

Il se positionne donc en régime établi, pas en transitoire...d'où ma réponse...

Cordialement

[cornychon]

Salut,
@Mickele91 : Je refais ma question (qui n'est plus exactement la même) : Si à température constante, et conditions constantes, il faut 405 W minimum pour lutter contre une déperdition de 405 W (théorique, nous sommes d'accord) : Sur 1h, combien de temps le chauffage tourne-t-il (on admettra que le thermostat électrique ré-enclenche la chauffe lorsque la température tombe de 2°C, je ne sais pas si c'est le comportement d'un chauffage mais au moins j'aurais la méthodologie) ? Par exemple si le temps total de chauffe sur 1h est de 35 minutes, pour du 1 kW ça donne du 585 W consommés.

Bonjour,

Pourquoi veux-tu le temps de chauffe ?
Ça sert à quoi ?
Si les pertes sont de 405 W, que le radiateur soit de 1000 W, 2000 W, 5000 W, ça ne change rien ! Je thermostat va réguler pour fournir les 405 W nécessaires.

C’est ce que j’indique en #8