ESTIMATION DES CONSOMMATIONS ENERGETIQUES

ESTIMATION DES CONSOMMATIONS ENERGETIQUES
La méthode présentée permet d'obtenir des ordres de grandeur des consommations annuelles de chauffage en
utilisant peu de paramètres. Les estimations obtenues reposent sur des conventions de calcul qu'il est utile de connaître.
L’évaluation des consommations est une ESTIMATION. L’objectif est de proposer une valeur la plus réaliste possible,
tout en exprimant toutes les hypothèses de calcul et autre scénario d’occupation.
Les résultats obtenus servent à estimer les dépenses mais aussi les économies que l’on peut envisager lors de modifications
sur le bâti ou bien sur les installations elles mêmes.
1_ KWH – KWHEP - KWHCUMAC
Si l’unité des consommations est bien le « kWh », il convient de bien faire attention aux indices :
-
kWh :
Consommations réelles ou estimées
Elles correspondent à un fonctionnement d’une installation selon un mode d’utilisation se
rapprochant de la réalité
-
kWhep :
Consommations d’Energie Primaire
Elles découlent d’un calcul « officiel » « réglementé ». Le résultat obtenu au cours d’un
calcul ne peut en aucun cas être comparé à la valeur précédente.
L’intérêt principal est de ramener les consommations à la même énergie primaire : le
pétrole
Son évaluation se réalise principalement au travers de logiciels spécialisés, basés sur les
indications des ARRETES respectifs des réglementations et des DTU :
o RT2000 : arrêté du 29 novembre 2000
o RT2005 : arrêté du 01 septembre 2006
o DTU Th Bat 2006
o DPE
-
kWhcumac : CUMAC : CUMulés et ACtualisée.
Ils apparaissent principalement dans le cadre des Certificats d’Economies d’Energies (CEE). Ces
certificats concernent principalement les fournisseurs d’énergies mais aussi les collectivités. Un
certificat accordé signifie que tel organisme a mis en place un certain nombre d’éléments permettant
d’atteindre une réduction de consommations fixées.
Dans la suite de ce cours, nous nous intéresserons au calcul des consommations en kWh.
Module EE.5.1
Page 1
2_ EVALUATIONS DES CONSOMMATIONS ENERGETIQUES DE CHAUFFAGE EN KWH (HORS SYSTEME DE CLIMATISATION)
Le calcul rapide de la consommation énergétique pour le chauffage des locaux s'effectue selon l'expression
traditionnelle suivante :
Cch  P (kW)  durée de fonctionne ment
Exemple :
Puissance d’un moteur de ventilateur d’une puissance électrique de 5 kW
Temps de fonctionnement :
8h/jour
30 jours/mois
sur 1an
Cch  5  8  30 12  14400 kWh/an
Toutefois, on peut aller plus loin dans l’évaluation des consommations connaissant d’autres paramètres, tels que :
-
les températures extérieures et intérieures
-
L’évolution de la température extérieure
-
Le rendement des systèmes de production, distribution, régulation et émission
-
La structure du bâtiment étudié
- Bch : besoins annuels de chauffage
- Rch : rendement moyen annuel de l'installation
Pour cela, on étudie les consommations « approchées » par :
[kWh/an]
Plusieurs difficultés doivent être surmontées pour que ces formulations soient réalistes :
- Prendre en compte de manière réaliste l'occupation intermittente des locaux, (exemple des horaires
d’ouverture et fermeture de bureaux)
- Mieux prendre en compte les économies engendrées par les systèmes de gestion (exemple du ralenti de nuit)
En outre, si le chauffage est à dominante électrique, le passage des kWh à des euros pose le problème des différents
tarifs horo-saisonniers qu'il faut pondérer afin de formuler des tarifs moyens annuels.
Les coûts des énergies sont donnés dans le tableau 1.
PRINCIPE
Cette approche consiste à adopter une démarche semblable à celle du calcul réglementaire pour l'habitat.
Bch s'exprime par :
-
B ch  24  j  Dj x 
DP  DR 
[kWh/an]
1000
DP : déperditions moyennes du local ou de la zone considérée, [W/K].
DP + DR = GV
DP est calculé comme le coefficient réglementaire GV (réglementation 1988) pour les bâtiments
d’habitation (ou G1 pour les autres locaux)
DP = Ubat × Sbat
Selon la RT2005, où Ubat est le coefficient de déperditions moyen de l'enveloppe du bâtiment, en
[W/m²K] et Sbat la surface totale des parois déperditives prises en compte.
Module EE.5.1
Page 2
Il est possible d'introduire deux coefficients DP : DPocc pour les périodes d'occupation et DPinoc pour le reste du temps. DP
sera alors une combinaison, selon les durées, de DPocc et DPinoc.
Le cas typique d'une variation de DP est la fermeture automatique centralisée des volets roulants des ouvertures !!
- DR : déperditions moyennes liées au renouvellement d'air et à la perméabilité de l'enveloppe [W/K].
- DR peut aussi se décliner en DRocc et DRinoc. DR est a priori connu puisque ses valeurs dépendent de contraintes
réglementaires (Code du Travail, RSDT).
En dehors des bâtiments à occupation continue, la pratique de l'intermittence de la ventilation en hiver est une importante
source d'économie d'énergie. En particulier, dans certains bâtiments, DR peut représenter plus de 80% des déperditions
totales.
- DJx représente les degrés-jours de base x, où x représente la consigne de chauffage en période d'occupation
(voir tableaux 4.1 à 4.5).
-
« j » est un facteur intégrant globalement l'intermittence du chauffage et les apports gratuits récupérés.
« j » est donné dans le tableau 3.
Les gestionnaires des parcs immobiliers établissent des valeurs de « j » d'après les bilans d'exploitation des bâtiments qu'ils
gèrent. Ces coefficients expérimentaux leur permettent de repérer des dysfonctionnements ou de définir des contrats
d'exploitation.
Mais ces résultats ne sont pas diffusés, d'une part parce qu'ils concernent des parcs particuliers de bâtiments, et d'autre
part, parce qu'ils représentent un savoir-faire considéré comme non extrapolable.
Les facteurs « j » peuvent être définis dans le cas d'une estimation globale pour un bâtiment sans oublier que ce dernier
peut comporter des zones à températures de consigne et horaire d'occupation très différents
Il est néanmoins proposé ici une série de valeurs de « j » cohérentes avec la méthode de calcul détaillée. Des calculs ont été
réalisés pour établir des corrélations exprimant « j ».
Différents paramètres, a priori du premier ordre, ont fait l'objet de variations : site climatique, type de bâtiment ou de
zone (logement, bureaux, établissements scolaires, hôtels, bâtiments de soins, zone d'hébergement, gymnases), DP (isolation
thermique très bonne, moyenne, quelconque), inertie (faible : 30 kg/m² surface utile ; moyenne : 55 kg/m²), taux de vitrage (m²
vitrage/surface utile) moyen ou élevé, durée de relance du chauffage, intermittence de la ventilation.
Module EE.5.1
Page 3
HYPOTHESES POUR ETABLIR « J »
Les hypothèses conventionnelles choisies pour l'établissement de ces corrélations reposent sur les
données rassemblées dans le tableau 2.
REMARQUE :
- Le choix de la température de consigne en périodes d'inoccupation à 8°C revient à couper le chauffage en fin de
période d'occupation et à ne le remettre en marche que pour la relance durant les nuits de semaine, car dans un
bâtiment neuf réglementairement isolé, la température ne baisse jamais jusqu'au seuil des 8°C. Ce dernier peut
être atteint la nuit du dimanche au lundi auquel cas le chauffage fonctionnera pour maintenir cette température.
Par ailleurs, aucune différence de stratégie de relance n'est prise en compte.
La méthode simplifiée proposée ne permet pas de définir un choix optimal économique dans le cas du chauffage
électrique (longues périodes de maintien nocturne pour charger la structure du bâti durant les heures creuses et
en conséquence puissance installée plus faible, ou bien, périodes de relance classiques avec une puissance
installée plus importante).
- Les apports solaires sont considérés parvenir de vitrages ayant une surface totale de l'ordre de 20% de la
surface utile chauffée en logement, bureaux, enseignement et gymnases, 10% en hôtels, 15% en bâtiments de
santé, de caractéristiques et de situation moyenne : orientations est/ouest, facteur solaire Fts = 0,45, facteur
de masque Fe = 0,6, rapport surface claire / surface tableau RCL = 0,75.
- Les périodes de chauffage ont été conventionnellement choisies selon les zones climatiques réglementaires :
er
Zone H1, du 1 octobre au 15 mai
er
Zone H2, du 1 octobre au 30 avril
er
Zone H3, du 1 novembre au 30 avril
VALEURS DE « j »
Il est possible d'établir des corrélations linéaires pour évaluer des coefficients « j » en fonction du
coefficient, Gg= DP/V, selon l'inertie, le taux de vitrage, l'intermittence de la ventilation et le site climatique.
3
Sur une plage de valeur de Gg entre 0,3 et 0,8 [W/m .K] qui correspond à la majorité des bâtiments,
« j » s'expriment indépendamment des durées de relance.
Le tableau 3 rassemble les valeurs de « j » pour l'application de la formule.
Nota :
En habitat individuel voire collectif, la valeur de « j » peut être estimée entre 0,65 et 0,9 suivant le type de
production et le système de régulation envisagé ou existant.
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DEGRES-JOURS
DEFINITION DES DEGRES JOURS
Au sens du « Cahier des Clauses Techniques Générales applicables aux marchés d'exploitation de chauffage avec ou
sans gros entretien des installations publics » (Brochure J.O. n° 2008), on entend par degrés-jours de base x (DJx) la valeur
moyenne sur la journée considérée de l'écart positif entre la température extérieure et la valeur x exprimée en degrés Celsius.
Les Degrés-Jours Unifiés (DJU) sont définis comme étant les degrés-jours calculés pour la base x = 18 [°C].
CALCUL DES DJU : DEGRES JOURS

Par le COSTIC
T max T min
2
UNIFIES
- si x  Tmax
DJx = x -
- si x  Tmin
DJx = 0 (cas exceptionnel de début ou de fin de saison de chauffe)
DJx = (x – Tmin) (0,08 + 0,42 × x  T min )
T max T min
(cas possible en début ou fin de saison de chauffe)
- si Tmin < x < Tmax :

Tmin : température minimale de la journée
TMax : température maximale de la journée
(cas fréquent en hiver)
Par METEO - FRANCE
Les degrés jours de METEO France sont calculés d'après la formule suivante, quelles que soient les valeurs de Tmin et TMax
DJx = x 
Tmax  Tmin
2
avec :
Les DJU sur Minitel
Un serveur de Météo-France diffuse sur 36-16 - DJU les valeurs des DJU calculées par la Météo et par le COSTIC. Les valeurs
diffèrent puisque les méthodes de calcul diffèrent.
A noter que pour les marchés publics d'exploitation de chauffage le CCTG Cahier des Clauses Techniques Générales - stipule :
"Sauf disposition contraire du CCTP, les degrés-jours retenus pour le calcul des ajustements de prix sont ceux calculés
et publiés par le COSTIC pour la station météorologique définie contractuellement ou, à défaut, la plus proche"
Différentes sources donnent les degrés-jours unifiés (DJU), c'est-à-dire de base 18°C.
Pour des calculs plus réalistes on trouve aussi les degrés jours à base 16°C, 19°C et 22°C,
Les tableaux 4 proposent des valeurs de degrés-jours selon ces bases établies à partir des valeurs moyennes sur la
période 1961-1990 des températures maximales Tmax et minimales quotidiennes Tmin et calculées avec les formules suivantes :
Text/h = TMax - a dT /100
Avec :
dT = (Tmax – Tmin) valeurs de (Tmax et Tmin) obtenues via Météo France
a = Coefficient fonction du nombre d’heures écoulé depuis Tmax
A partir des tableaux 4, un bilan annuel se calcule sur une période de chauffage et selon les températures x de
consigne en période d’occupation définies au tableau 2, en additionnant les DJx des mois considérés.
Module EE.5.1
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Il est possible aussi d'extrapoler sur des périodes plus étendues (début et fin de période de chauffage plus longs) étant donné le
faible impact qu'aurait une variation de « j ».
L'utilisation d'une température de 18 [°C] comme base pour les degrés-jours unifiés ne veut pas dire que les locaux
sont chauffés à cette température. En effet, les consommations n'apparaissent pas proportionnelles à l'écart entre la
température extérieure et la température de chauffage car les apports gratuits participent au chauffage. Pour des bâtiments
classiques, c'est à dire sans apports gratuits spécifiques importants, le décalage est de l'ordre de 2 à 3 [°C].
EXEMPLE D'UTILISATION
Les degrés-jours journaliers sont obtenus à partir des températures minimale et maximale de la journée.
Pour les calculs de consommation, les formules utilisent un facteur « 24 x DJU » , qui s'exprime en degrés-heures, et
qui correspond pour chaque journée à l'assimilation suivante
Module EE.5.1
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CARTE DES STATIONS METEO
Une évaluation plus précise peut être effectuée avec les données météo d’une station donnée.
Module EE.5.1
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CALCUL DES CONSOMMATIONS
Après avoir estimé Bch , il reste à définir Rch, le rendement moyen annuel de l'installation.
En utilisant différentes sources, on peut estimer des fourchettes de rendements globaux intégrant les pertes de distribution, de
génération et des régulations et émissions de chauffage non parfaites.
Le passage des kWh aux euros dans le cas de l'électricité nécessite la prise en compte de variations horo-saisonnières
et du type de tarif utilisé. On peut utiliser les tableaux de répartitions.
Pour un type de générateur de chaleur donné, l'écart le plus important est souvent lié au réseau de distribution (température
de distribution, niveau d'isolation, longueurs),
En choisissant des hypothèses d'équivalence de rendements moyens pour les quatre postes : émission, régulation,
distribution et génération, on obtient les estimations du tableau 5.
ESTIMATION DES DEPENSES EN €
Dans la mesure où la valeur de Bch est déterminée, Cch est évaluée par
en kWh sur la période définie.
On utilisera alors le coût de chaque énergie.
C(€)  Cch (kWh) Coût (€/kWh)
Toutefois, le coût de certaines énergies telle que le FOD, est donné en €/litre ou €/kg gaz.
On devra utiliser les pouvoirs calorifiques des combustibles afin d’estimer le coût global.
Exemples :
PCI du FOD :
10 kWh/litres
source ADEME
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TEMPS DE RETOUR BRUT SUR INVESTISSEMENT
ET
RENTABILITE
1) TEMPS DE RETOUR SUR INVESTISSEMENT :
Il représente le temps pour lequel l’investissement sur un matériel donné est absorbé par les économies réalisées.
Il fait donc appel un système de référence qui servira de base comparative.
C’est ce genre de calcul qui est proposé dans les études de faisabilité, obligatoire dans le cadre de grosses
rénovations et sur des projets neufs (SHON > 1000 m²).
Il a toutefois qu’une valeur indicative et ne devrait en aucun cas être le paramètre essentiel de choix de systèmes, car il
ne tient pas compte :
- Du coût total de la réalisation hors coût du matériel étudié (MO, appareillages divers nécessaires, évolution
du coût des énergies, …)
- Des conditions d’utilisation réelles (taux d’utilisation : occupation, inoccupation, …)
- Du coût de la maintenance obligatoire,
- Du taux de crédit envisagé,
- Du coût d’exploitation
Temps de Re tour Brut (ans) 
Investisse ment (€)
Economies réalisées par an (€/an)
2) RENTABILITE :
Un calcul plus « parlant » peut être réalisé en intégrant le coût d’exploitation d’un système par rapport à une
solution technique de base, comparatif réalisé sur une durée déterminée par avance.
Exemple : Comparatif entre un système ECS par ballon d’accumulation électrique et :
- Un système ECS Solaire type CESI
- Un système ECS thermodynamique
Le système Thermodynamique semble plus performant !
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TABLEAU 1 – TARIF ELECTRICITE
En cas d'impossibilité de retrouver le prix de l'énergie à partir des factures, il est proposé ci-dessous des prix obtenus pour
des consommations types (à actualiser année par année).
Exemple de tarification Electricité
Module EE.5.1
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TARIFS POUR PROFESSIONNEL
Il existe aussi :
Le Tarif Vert A (base et EJP)
Le Tarif Vert B, C
Ces tarifs (ainsi que les « Jaunes ») font appel à un contrat entre le fournisseur et le client, basé sur la consommation
en kWh. Il est appliqué une majoration en cas de dépassement de la valeur en kWh fixée.
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TABLEAU 1 – TARIF GAZ
TABLEAU 1 – TARIF FOD
TABLEAU 1 – TARIF FIOUL LOURD
Module EE.5.1
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TABLEAU 2 : HYPOTHESES CONVENTIONNELLES POUR L'ETABLISSEMENT DES VALEURS DE j
TABLEAU 3 : COEFFICIENT « j »
j = Gg+ 
Zone
climatique
inertie
taux de
vitrages
moyen
H1
faible
fort
et
moyen
H2
moyen
fort
moyen
faible
fort
H3
moyen
moyen
fort
VI :
VP :
ventil.
VI
VP
VI
VP
VI
VP
VI
VP
VI
VP
VI
VP
VI
VP
VI
VP
Bureaux
Enseig
Primaire


0,1
0,1
0
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0
0
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1

0,1
0,1
0,13
0,1
0,15
0,15
0,1
0,1
0
0,08
0,05
0
0,05
0,05
0,06
0,05
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0

0,3
0,2
0,25
0,2
0,35
0,3
0,3
0,25
0,2
0,15
0,15
0,1
0,25
0,2
0,2
0,15
Enseig
Secondaire

0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
Hôtels
Soins
Gymnases







0,25
0,2
0,2
0,2
0,3
0,3
0,25
0,25
0,15
0,15
0,1
0,05
0,15
0,15
0,1
0,1

0,45

0,4

0,45

0,5

0,05

0,05

0

0,05

0,25

0,2

0,25

0,2

0,6

0,55

0,6

0,55

0,3

0,25

0,3

0,3

0

0

-0,05

-0,05

0,3

0,3

0,3

0,3

0,45

0,4

0,4

0,35
- 0,1
0
0
0,05
0,05
0
0,15
0,1
0,1
0
0,2
0,1
0,15
0,15
0,3
0,25
0,7
0,65
0,6
0,55
0,7
0,75
0,6
0,6
0,5
0,55
0,35
0,4
0,55
0,55
0,35
0,4
ventilation Intermittente
ventilation Permanente
La relation permettant de définir « Bch » peut intégrer un coefficient correcteur de « j » (j = (1-F) dans le tableau cidessous) afin de tenir compte de surfaces vitrées plus importantes que la « normale ».
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TABLEAU 4 : DEGRES-JOURS MENSUELS ETABLIS SUR LES MOYENNES DE LA PERIODE 1961-1990
SITE
base
01
02
03
04
05
06
07
08
09
10
11
12
AJACCIO
DJ16
DJU
DJ19
DJ22
229
291
322
415
196
252
280
364
181
243
274
367
115
170
200
290
50
88
110
194
11
31
44
99
0
8
16
53
0
6
13
49
7
23
35
84
37
70
90
164
108
162
192
282
198
260
291
384
PERPIGNAN
DJ16
DJU
DJ19
DJ22
245
307
338
431
193
249
277
361
160
222
253
346
88
140
170
260
30
62
82
161
0
11
20
63
0
0
1
23
0
0
2
28
1
12
22
67
34
69
91
175
132
192
222
312
222
284
315
408
SAINT-GIRONS
DJ16
DJU
DJ19
DJ22
338
400
431
524
277
333
361
445
256
318
349
442
179
239
269
359
98
147
177
270
35
66
86
158
12
32
46
100
13
34
48
105
37
67
86
153
104
153
181
274
231
291
321
411
324
386
417
510
BIARRITZ
DJ16
DJU
DJ19
DJ22
246
308
339
432
197
253
281
365
188
250
281
374
128
188
218
308
58
106
136
229
15
43
62
141
0
12
23
77
0
11
22
74
8
29
44
105
43
83
108
198
150
210
240
330
231
293
324
417
MARSEILLE
DJ16
DJU
DJ19
DJ22
288
350
381
474
225
281
309
393
180
242
273
366
93
144
174
264
29
60
79
153
0
11
20
62
0
0
2
24
0
0
4
30
2
15
25
72
39
76
98
184
159
219
249
339
270
332
363
456
MONTPELLIER
DJ16
DJU
DJ19
DJ22
290
352
383
476
228
284
312
396
192
254
285
378
107
161
191
281
42
78
99
181
6
22
33
82
0
3
9
40
0
5
12
46
8
26
39
92
53
93
117
205
171
231
261
351
271
333
364
457
TOULOUSE
DJ16
DJU
DJ19
DJ22
329
391
422
515
256
312
340
424
226
288
319
412
141
201
231
321
67
109
134
223
19
43
59
118
3
15
25
66
4
17
28
72
20
43
58
116
73
118
145
237
212
272
302
392
312
374
405
498
NICE
DJ16
DJU
DJ19
DJ22
226
288
319
412
186
242
270
354
160
222
253
346
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377
467
378
440
471
564
METZ
DJ16
DJU
DJ19
DJ22
451
513
544
637
368
424
452
536
316
378
409
502
207
267
297
387
101
151
181
274
39
72
92
168
19
44
60
121
21
47
64
128
60
100
123
209
167
229
260
353
320
380
410
500
422
484
515
608
CAEN
DJ16
DJU
DJ19
DJ22
355
417
448
541
309
365
393
477
284
346
377
470
216
276
306
396
125
186
217
310
58
101
127
216
28
60
79
157
28
59
79
155
53
94
118
206
127
189
220
313
248
308
338
428
329
391
422
515
REIMS
DJ16
DJU
DJ19
DJ22
426
488
519
612
353
409
437
521
310
372
403
496
215
275
305
395
113
165
195
288
49
84
105
183
28
55
71
135
29
57
75
141
65
105
128
213
155
217
248
341
300
360
390
480
397
459
490
583
ROUEN
DJ16
DJU
DJ19
DJ22
394
456
487
580
347
403
431
515
313
375
406
499
234
294
324
414
127
188
219
312
60
102
127
216
29
59
78
152
31
62
82
157
65
109
135
225
157
219
250
343
288
348
378
468
370
432
463
556
SAINT-QUENTIN
DJ16
DJU
DJ19
DJ22
425
487
518
611
354
410
438
522
316
378
409
502
222
282
312
402
119
177
208
301
55
95
118
204
31
62
81
153
32
63
82
154
65
108
133
222
160
222
253
346
305
365
395
485
395
457
488
581
LILLE
DJ16
DJU
DJ19
DJ22
412
474
505
598
354
410
438
522
315
377
408
501
224
284
314
404
117
175
206
299
53
93
116
203
28
58
77
150
28
58
76
148
59
101
126
215
152
214
245
338
293
353
383
473
384
446
477
570
Module EE.5.1
Page 17
TABLEAU 5 : ESTIMATION DES RENDEMENTS MOYENS ANNUELS RCH (SUR PCS POUR LES COMBUSTIBLES)
TABLEAU 6 : RENDEMENT DE COMBUSTION
Module EE.5.1
Page 18
REPARTITION DES ZONES EN FRANCE
Et en RT2005 :
Module EE.5.1
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