5. Permettre une régulation efficace de l'installation

La régulation des installations techniques est l'élément qui aura le plus d'influence sur la consommation future du bâtiment ! Ce n'est donc pas un élément qui vient en fin de conception, comme une « cerise sur le gâteau », mais bien un élément qui doit être intégré dès le départ, et étudié en parallèle du choix des différentes techniques. Il est essentiel de consacrer les moyens nécessaires à l'étude du système et à l'investissement dans des équipements de régulation performants.

Deux grands types de régulation sont possibles sur les installations :

  • Une régulation basée sur la température de confort des locaux, qui définit les températures auxquelles l'installation fonctionne pour atteindre le confort souhaité
  • Une régulation temporelle, qui définit les moments où l'installation fonctionne, en fonction des horaires d'occupation du bâtiment.

La régulation a un impact extrêmement important sur la consommation :

Pour le chauffage, dans un logement « traditionnel », 1°C de température ambiante de trop par rapport à une consigne de 20°C, entraîne une surconsommation d'au moins 7 %.

L'absence d'intermittence en période d'inoccupation entraîne une surconsommation de 5 à 30 % (en fonction de l'inertie du bâtiment, de son niveau d'isolation et de la durée de l'inoccupation).

D'une manière générale, une régulation de qualité de l'installation de chauffage ou de refroidissement doit permettre :

  • De tenir compte du confort ressenti dans les différents espaces (zones) du bâtiment ;
  • Le respect des températures de consigne intérieure, indépendamment des apports gratuits ;
  • L'intermittence de la fourniture de chaleur ou de froid en période d'inoccupation (ou pour le logement, d'inactivité) ;
  • La limitation des pertes de distribution et de production ;
  • De tenir compte de modifications rapides de conditions météorologiques.

Type de régulation selon la taille du bâtiment

La réglementation chauffage PEB définit, selon le type de travaux et les affectations, les programmateurs exigés et les dispositions particulières à prendre en compte (Annexe 5 de l'Arrêté du Gouvernement de Bruxelles-Capitale du 3 juin 2010 relatif aux exigences applicables aux systèmes de chauffage pour le bâtiment lors de leur installation et pendant leur période d'exploitation). Le tableau ci-dessous résume l'essentiel de ces impositions.

Superficie plancher des locaux chauffés

Programmateur

Dispositions

<400 m²

Commutation entre les régimes soit

À heure fixe via un programmateur à horloge

À heures variables via un optimiseur

L'horloge permet la programmation de minimum 7 jours

≥ 400 m²

Impositions relatives à la régulation selon la réglementation PEB

Régulation centrale vs régulation locale

Le zonage d'un bâtiment permet de définir des circuits distincts, pour lesquels une régulation centrale va être réalisée (sonde extérieure, programmation horaire,...) afin de déterminer la température du fluide caloporteur /frigoporteur à l'échelle de la zone. Mais les différents locaux constituant une zone ont souvent, au final, des besoins différents, souvent dus à des apports internes variables (occupation, bureautique). En complément de la régulation centrale, on aura donc recours à une régulation d'ambiance local par local, pour assurer le confort des occupants. Cette régulation permettra d'agir au niveau des unités terminales de chaque local.

Chauffage

Régulation centrale 

La régulation centrale de l'installation de chauffage devra permettre le fonctionnement de la production de chaleur en fonction d'un horaire prédéfini. Dans le cas d'un bâtiment de bureaux, un régime de nuit devra par exemple être implémenté, pour éviter des consommations inutiles.

Gestion horaire en fonction de l'occupation – intermittence

L'intermittence conduit toujours à des économies, plus ou moins importante en fonction de l'inertie du bâtiment, de son niveau d'isolation et de la durée de l'inoccupation.

On peut diviser les types d'intermittence en deux catégories : les systèmes qui abaissent la température d'eau et les systèmes qui coupent l'alimentation en eau. La deuxième solution est à privilégier car elle permet une baisse plus rapide de la température ambiante en période d'inoccupation et donc une économie d'énergie supplémentaire (pouvant aller jusqu'à 10 %).

Les gestions basées sur un arrêt de l'alimentation en eau chaude (et donc un arrêt de la chaudière) peuvent être améliorées par l'utilisation d'optimiseurs (NB : les optimiseurs sont obligatoires pour les espaces chauffés dont la surface est supérieure ou égale à 400m²). Ces appareils permettent de modifier automatiquement l'heure de relance de la chaudière en fonction de la température extérieure et éventuellement intérieure. L'idée est qu'en mi-saison, la décharge nocturne d'un bâtiment est moins importante qu'en hiver. La relance peut donc être plus courte pour assurer une température de consigne identique, elle est dès lors automatiquement postposée.

Les circulateurs seront également intégrés à la régulation horaire de l'installation.

Température glissante

Auparavant le système de régulation utilisé était assez simple, la chaudière était maintenue constante à une température élevée afin de disposer en permanence d'une réserve de chaleur en cas de demande d'eau chaude sanitaire ou de chauffage. La température était réglée au moyen de l'aquastat de la chaudière, en général sur une valeur autour des 70 à 80°C. Ce type de régulation encore très présent aujourd'hui dans les anciennes installations est très énergivore car la température est maintenue élevée tout au long de l'année.

Exemple de courbe de chauffe utilisée pour la régulation d'une installation de chauffage

?Illustratie 16: Voorbeeld van de verwarmingscurve die wordt gebruikt voor de regeling van een verwarmingsinstallatie? © Architecture et Climat - LOCI – UCL

Dans les années 80 est apparue la régulation glissante au moyen d'une sonde de température extérieure. Grâce à la mesure de la température extérieure, le régulateur anticipe la puissance de chauffage requise dans l'immeuble et peut ainsi diminuer la température de consigne de la chaudière. Certaines anciennes chaudières ne sont pas compatibles avec ce type de régulation car elles requièrent en permanence une température d'eau élevée mais ce n'est plus le cas avec les chaudières récentes.

Régulation locale 

A l'échelle locale, plusieurs types de régulation sont à prévoir pour garantir le confort au moindre coût énergétique.

D'une part, les différents sous-circuits fonctionneront à une température propre, fonction des types d'émetteurs mis en place et du zonage du bâtiment. D'autre part, une régulation locale à l'échelle de la zone (ou d'un local) devra être possible, par la mise en place d'éléments de régulation propres aux émetteurs de chaleur (vannes thermostatiques, vannes deux voies,...). Bien entendu, ces éléments de régulation doivent rester accessibles pour l'entretien et des réparations éventuelles.

Régulation locale selon le type de chaudière

Toutes les chaudières ne peuvent subir sans risque tous les modes de conduite : certaines demandent un débit ou une haute température d'eau permanente. C'est pourquoi il faut s'assurer auprès du fournisseur de la chaudière que le mode de régulation choisi ne risque pas d'endommager la chaudière. Par exemple, une chaudière ne pouvant pas travailler en basse température ne peut être commandée par un thermostat d'ambiance ou un régulateur climatique sous peine de la voir se corroder. C'est un élément à garder à l'esprit lors de rénovations.

Régulation locale selon le type d'émetteur de chaleur

Le chauffage par le sol est essentiellement régulé en fonction de la température extérieure (système à forte inertie, une régulation locale ne permet pas un bon fonctionnement de l'installation). La régulation doit faire en sorte que la température d'eau ne dépasse pas les 45°C et que la température de surface ne dépasse pas les 29°C (pour le confort des utilisateurs). Pour des raisons de sécurité, il est nécessaire de prévoir en plus un thermostat dit de sécurité sur la température d'eau de départ qui arrête toute production de chaleur, de préférence à réarmement manuel pour conscientiser l'émergence d'un dysfonctionnement.

Pour les radiateurs dans des systèmes de petite taille, des vannes (thermostatiques) automatisées (type électrovannes) constituent la solution la plus efficace. Dans le cas de systèmes plus importants (circuits plus longs, nombre d'émetteurs élevés), le placement de vannes deux voies pilotées par des thermostats au niveau de chaque zone représente la solution la plus performante pour atteindre le confort requis.

La régulation des convecteurs se fera localement via un thermostat d'ambiance.

Dans le cas de ventilo-convecteurs, l'arrêt automatique des ventilateurs et de la circulation des réseaux d'eau en dehors des périodes d'occupation doit être prévu, pour éviter des consommations électriques et de combustibles.

En ce qui concerne l'activation du noyau de béton, il faut principalement faire en sorte que la température de surface du béton soit comprise entre 20 et 25°C, sur base annuelle. Des capteurs placés dans le béton permettent de déterminer la température d'amenée de l'eau. La différence de température entre l'amenée et le retour est également mesurée ; si le delta de température est trop petit, on n'émet pas de chaleur.

En ce qui concerne le chauffage via l'air, on fera en sorte de placer une batterie de chauffe à eau chaude sur le groupe de ventilation (accompagnée d'une récupération de chaleur). Localement, des batteries de post-chauffe permettront d'atteindre la température voulue dans chaque zone/local (régulation sur base de thermostat d'ambiance). Attention que la température de pulsion ne doit pas dépasser les 35°C pour des raisons de confort.

Compatibilité des systèmes de régulation de chauffage

Si la régulation de la production et/ou de la distribution est prise en charge par un thermostat ou une sonde d'ambiance, les corps de chauffe du local abritant celui-ci ou celle-ci ne peuvent être équipés de vannes thermostatiques. En effet, la concurrence que peuvent se faire ces 2 systèmes risque d'entraîner un fonctionnement permanent, inutile et énergivore de la chaudière et/ou du circulateur.

Et pour les locaux avec émetteurs de chauffage et refroidissement ?

Lorsque dans un même local, une émission de chaud et de froid est prévue (au moyen d'un système unique ou de systèmes séparés), la régulation doit pouvoir empêcher le fonctionnement simultané de l'émission de chaud et de froid.

En outre, une zone neutre entre les consignes de chauffage et de refroidissement doit être définie pour éviter un basculement trop rapide entre le mode « chauffage » et le mode « refroidissement » dans le local.

Pour les ventilo-convecteurs destinés à produire du chaud et du froid, la régulation des unités d'un même local se fait à partir d'une commande et d'une mesure unique (technique du « maître –esclave »). Ce système permet d'éviter que des consignes différentes en fonction des appareils ou des plages de précision différentes des sondes ne génèrent simultanément du chaud et du froid sur des appareils différents.

Eau chaude sanitaire

L'enjeu principal de la régulation de l'apport en ECS est d'assurer la stabilité de la température d'eau souhaitée. Cela se fait au niveau du producteur de chaleur (définition de la température de départ pour garantir la température voulue au point de puisage).

Concrètement...

Les multiples recommandations détaillées plus haut sont reprises dans le tableau ci-dessous.

Synthèse des recommandation en matière de régulation des installations de chauffage et de refroidissement

Niveau de régulation

Type de régulation à prévoir

Régulation centrale

Programmation horaire sur la production et la distribution

Fonctionnement de la production en température glissante

Régulation locale

Température des sous-circuits en fonction du zonage et du type d'émetteurs

Régulation au niveau des émetteurs

Zone neutre entre chauffage et refroidissement

Ces recommandations ne doivent cependant pas faire perdre de vue qu'une installation efficace est d'abord une installation simple et aisément utilisable par l'occupant, quel que soit le niveau d'automatisation (du simple thermostat à l'installation domotique complète).

La tendance des fabricants de régulation est à la sophistication des systèmes : tout devient possible mais paradoxalement, les équipements de paramétrisation deviennent de plus en plus hermétiques pour l'utilisateur commun. Or si le gestionnaire ne comprend pas ou ne connaît pas le fonctionnement des équipements, même le meilleur système de régulation peut conduire à un désastre énergétique. Il ne faut pas se leurrer, c'est bien à l'occupant ou au gestionnaire du bâtiment à conduire ses installations et non à l'installateur qui lui ne peut juger de l'adéquation des réglages.

Le type d'équipement de régulation choisi doit correspondre aux aptitudes du gestionnaire, considérant la facilité de manipulation du système. Un mode d'emploi et un schéma de principe de la régulation clairs doivent accompagner le système, faute de quoi une conduite erronée peut anéantir tout le bénéfice de la régulation. Par exemple, le recours à un régulateur climatique (avec sonde extérieure) ne sera réellement efficace que si le gestionnaire est à même de paramétrer correctement la courbe de chauffe. Dans le cas contraire, il peut en résulter des surchauffes et donc des surconsommations.

Si plusieurs installations doivent être gérées par une même personne, l'uniformisation des principes et des matériels est aussi un gage de bonne conduite.

Santé : les réseaux d'eau chaude sanitaire et la légionnelle

Au niveau de la distribution : les eaux stagnantes constituent le cadre de prolifération idéal des légionnelles. Il faut donc veiller à concevoir le réseau de distribution selon les règles de bonne pratique en vigueur :

- Opter pour du matériel limitant le risque de formation d'un biofilm et résistant à la corrosion (privilégier notamment le cuivre plutôt que l'acier galvanisé).

- Veiller à mettre en place un circuit de bouclage sur le réseau d'eau chaude sanitaire. Celui-ci maintiendra l'eau à 50-55° jusqu'aux points d'usage.

- S'assurer, en revanche, que la température des réseaux d'eau froide ne dépasse jamais 25°.

- Calorifuger les installations et supprimer tous les bras morts : cela fera économiser de l'énergie tout en limitant le risque de développement de la légionnelle.

- Equiper le réseau d'un dispositif de mesure de la température permettant un contrôle simple aux points sensibles.

- Prévoir des dispositifs de purge aux endroits critiques.

- Aux points d'usage : Mitiger l'eau le plus près possible du point d'usage (température maximale de 40°) et équiper de préférence les douches de robinets thermostatiques.

Choisir des circulateurs à vitesse variable

Les circulateurs sont des éléments indispensables au bon fonctionnement d'un réseau hydraulique. Leurs consommations électriques peuvent être importantes et il est donc essentiel qu'ils soient bien dimensionnés.

Le surdimensionnement des circulateurs entraîne non seulement une surconsommation électrique, mais aussi un sur débit qui provoque une augmentation de la température de retour vers les chaudières et en particulier les chaudières à condensation qui verront alors leur rendement de combustion diminuer. La bonne adéquation des débits aux besoins permet en effet une optimisation de la condensation et donc du rendement. Des mesures ont montré qu'en moyenne, les circulateurs mis en œuvre actuellement avaient un débit 2,5 fois trop important par rapport aux besoins. Cela est dû à l'absence ou à l'imprécision du calcul des pertes de charge et aux marges de sécurité prises dans le choix de l'équipement.

Dans le cas d'un raccord à une chaudière à condensation, le réseau hydraulique influence également les possibilités de condensation. Le choix d'un circulateur à vitesse variable est alors d'autant plus important.

Pour éviter le surdimensionnement, il est conseillé de choisir un circulateur à vitesse variable permettant le réglage fin de la vitesse et fonction des besoins. Un gain de 25 à 50 % de la consommation des circulateurs peut ainsi être obtenu.

Circulateur à vitesse variable

image29.png © Architecture et Climat - UCL

Si on intègre le fonctionnement des circulateurs à la régulation, leur temps de fonctionnement peut être réduit de moitié. Par exemple, si le fonctionnement du brûleur est commandé directement par un thermostat d'ambiance, ce dernier doit également prendre en charge le fonctionnement du circulateur (avec une temporisation), de manière à permettre l'interruption en l'absence de demande chaleur ou de refroidissement.

Le surcoût d'un circulateur électronique par rapport à un circulateur à une ou plusieurs vitesses est remboursé en moins de 2 ans si sa vitesse est correctement réglée pour correspondre aux besoins.

Dans le secteur domestique, le dimensionnement correct du circulateur passera principalement par le choix d'un circulateur électronique dont la vitesse de base sera réglée à l'installation pour obtenir le débit nominal souhaité. Rien que ce réglage à la mise en route, justifie économiquement à lui seul le choix d'un tel circulateur. Attention cependant que les circulateurs sont en général intégrés en base dans les chaudières de taille domestique (individuelles).

Placement de vannes deux voies sur les unités terminales

Des vannes deux voies placées au niveau des unités terminales permettent également d'optimiser le réseau de distribution dans le cas de réseaux à débits variables. Ils permettent une régulation de la température ambiante au niveau des émetteurs, augmentant le confort au niveau de chaque local et limitant les consommations d'énergie. Les vannes motorisées sur ventilo-convecteurs et les robinets thermostatiques sur radiateurs sont des exemples de vannes deux voies placées sur des unités terminales.

Le circulateur à vitesse variable permettra de diminuer le débit global de l'installation (action centralisée) sur base des demandes des vannes 2 voies sur les unités terminales (action décentralisée).

Réseau de chauffage équipé de régulation locale sur émetteurs (vanne sur radiateurs)

figure14.jpg © Architecture et Climat - LOCI – UCL

Equilibrage de l'installation

Une régulation ne pourra donner entière satisfaction que si la distribution de l'eau dans l'installation est correctement équilibrée, c'est-à-dire que les différents émetteurs sont bien alimentés avec leur débit nominal. Dans le cas contraire les locaux en bout de circuit risquent de connaître des problèmes de confort que l'on va compenser par une augmentation des paramètres de régulation. Il en résultera une surconsommation.

D'une manière générale, il convient de dimensionner le circuit de distribution au plus juste, selon sa configuration (émetteurs,…). On évitera d'y placer des vannes d'équilibrage trop nombreuses, sources de pertes de charge. Néanmoins, des organes d'équilibrage peuvent parfois s'avérer nécessaires pour aider à répartir correctement les débits entre les différentes branches du circuit. Ils constituent alors un moyen efficace de mesurer le débit circulant réellement dans l'installation et permettent un réglage correct de la hauteur manométrique de référence des circulateurs à vitesse variable. Cet ajustement permet d'éviter des surconsommations inutiles.

Exemple d'installation permettant un équilibrage de l'installation entre les différents circuits : placement de vannes d'équilibrage au pied des colonnes et au départ des circuits

Figure 15 : Exemple d’installation permettant un équilibrage de l’installation entre les différents circuits : placement de vannes d'équilibrage au pied des colonnes et au départ des circuits. © Architecture et Climat - UCL

Mis à jour le 22/06/2017