Comment calculer les déperditions thermiques d’un logement et dimensionner un système de chauffage ?

La connaissance du niveau de déperditions global d’un logement est nécessaire pour bien dimensionner un système de chauffage.

Différentes méthodes ou approches pourront être mises en œuvre selon le contexte, les objectifs poursuivis et le niveau de précision attendu.

Le principe du calcul

La formule générique qui permet de calculer la puissance de chauffage (P) nécessaire au maintien en température du logement dans les conditions hivernales les plus extrêmes est la suivante :

Avec :

• : coefficient de déperditions totales du logement en W/K
• : (T_int – T_{ext base}) différence entre la température intérieure (température de consigne) et la température extérieure la plus défavorable pour la localité concernée (température extérieure de base) en °K.
• : permet de prendre en compte la surpuissance de relance nécessaire pour atteindre une température intérieure requise en un temps donné après une période de ralenti. Sa valeur varie souvent entre 1,1 et 1,2 mais elle peut être affinée selon les méthodes de calculs ou le contexte (dans le cas d’un bâtiment très bien isolé ou présentant une bonne inertie, cette majoration de puissance n’est pas forcément nécessaire).

La valeur GV. ΔT en Watt (W) ou kW (kilowatt) représente le flux de la chaleur qui est perdue par le logement pour un écart de température donné.

  Le flux est une puissance (en W ou kW) à un instant donné, à ne pas confondre avec une quantité d’énergie dépensée ou produite qui s’exprime en Wattheure (Wh) ou kilowattheure (kWh)* sur un laps de temps donné.
*1kWh = 1 000 Wh

Le coefficient des déperditions totales GV est la somme de tous les GV du logement pour les postes de déperdition pris en compte.

Exemple de calcul, pour un mur donnant sur l’extérieur :

Avec :

• : surface du mur en m²
• : coefficient de transmission thermique du mur en W/m².K

Quelles données prendre en compte pour évaluer les déperditions thermiques ?

Le calcul du niveau de déperditions d’un logement consiste à estimer son niveau de pertes thermiques maximales, c’est-à-dire au plus froid de l’année (en s’appuyant sur la donnée de "température extérieure de base") en tenant compte de l’ensemble des facteurs qui ont un impact (situation géographique, surfaces déperditives, température de consigne…). Ce calcul est essentiel pour identifier la puissance du système de chauffage qui permettra de répondre aux besoins et attentes de confort.

Pour obtenir un calcul fiable, les données à prendre en compte sont les suivantes :

• Déperditions des parois opaques : murs, plancher bas, toiture
• Déperditions des parois vitrées
• Déperditions par ponts thermiques
• Déperditions par renouvellement d’air : étanchéité et débit de renouvellement d’air (ventilation)
• Température de consigne à l’intérieur de la maison
• Données climatiques du lieu (température extérieure la plus basse de l’année)

Pour rappel, tant que la température extérieure n’est pas inférieure à la température intérieure, il n’y a pas de déperdition. La température extérieure est donc une donnée importante à prendre en compte pour ce calcul, elle dépend du département sur lequel se trouve le logement et de son altitude.

Check-list terrain

• Surfaces des murs, de la toiture, du plancher bas
• Caractéristiques des isolants
• Surfaces et performances des fenêtres
• Linéaires de ponts thermiques
• Caractéristiques de la ventilation
• Température intérieure souhaitée
• Volume chauffé
• Localité (pour identifier la zone climatique)
• Altitude

Les différentes méthodes de calcul

Au-delà des données techniques permettant de décrire un logement dans son environnement et de le « modéliser », les notions d’usages et de ressenti, liées aux habitants, sont quant à elles plus difficiles à évaluer via le calcul, car dans la « vraie vie » rien n’est jamais totalement figé.

Les données à prendre en compte pour le calcul du niveau de déperditions d’un logement en vue de dimensionner un système de chauffage sont donc, dans les faits, assez nombreuses et parfois complexes à calculer.

Selon le contexte ou les objectifs attendus, il sera possible de faire appel à différentes méthodes de calculs et outils qui offriront des niveaux de fiabilité et de précision variables.

Les méthodes détaillées se basant sur les surfaces déperditives et le niveau de performance des parois

Elles peuvent être fastidieuses mais présentent l’avantage d’être précises et ce sont les seules qui permettent de répondre aux normes imposées. Elles sont donc synonymes de fiabilité tant sur le plan du calcul que d’un point de vue « juridique » lorsqu’il y a des exigences particulières (référentiels de qualifications RGE, règles de l’art, demandes d’aides financières…) et en cas de litige.

Il en existe plusieurs, mais elles se basent globalement toutes sur la somme des déperditions de chaque élément du bâti et répondent à la norme EN 12831 qui précise les méthodes de calcul des déperditions de base et de la charge thermique (ou puissance).

La réalisation de telles études impose généralement de s’appuyer sur des logiciels adaptés ou des bureaux d’études thermiques.

CAP RENOV+ : un outil pour calculer les déperditions et éditer une note de dimensionnement

CAP RENOV+ permet de décrire précisément le logement afin d'évaluer sa performance énergétique et de modéliser différents scénarios de rénovation.

Il utilise la méthode de calcul 3CL-2021 permettant ainsi de déterminer le niveau d’étiquette énergétique du logement avec des résultats proches d’un DPE ou d’un AER.

Au-delà de cette approche conventionnelle liée à l’étiquette énergie, le logiciel calcule également les déperditions nécessaires au dimensionnement du chauffage en s'appuyant sur les températures extérieures de base de la norme EN 12831.

Grâce au nouveau module dédié, il est possible de générer une note de dimensionnement de pompe à chaleur utile pour l’installation ou le remplacement d’un système de chauffage.

Découvrez-le en cliquant sur le lien : Note de dimensionnement (opens new window), ainsi que l'article dédié : Comment réaliser une note de dimensionnement avec CAP RENOV+ ? (opens new window)

A retenir

Dans certains cas la réalisation d’une note de dimensionnement du générateur est obligatoire:

•   Obtention des Coup de Pouce chauffage ou primes CEE
•   Référentiel de qualification RGE
•   DTU, documents RAGE du PACTE

STD : simulation thermique dynamique

Le principe de calcul décrit jusqu’à présent s’appuie sur des données plutôt figées :

• Des usages du logement qui sont conventionnels et donc pas forcément tout à fait conformes à la réalité (température intérieure de consigne, notion de confort des habitants)
• Une température extérieure de base fixée selon la zone géographique et l’altitude mais qui ne reflète pas souvent les conditions réelles.

Il est possible de prendre en compte les variations qui sont observées sur le terrain, qu’elles soient liées à l’usage ou à l’environnement en passant par des Simulations Thermiques Dynamiques. Les résultats obtenus seront très précis mais ces études sont longues, fastidieuses et coûteuses. Elles nécessitent de recueillir un nombre très important de données et de faire appel à un bureau d’études spécialisé. La mise en œuvre relativement complexe de ces méthodes, en fait des outils qui ne seront utilisés que dans des cas très particuliers bien souvent pour nourrir une réflexion plutôt que dans une démarche de terrain opérationnelle.

Les méthodes simplifiées

Ces méthodes ont l’avantage d’être rapides et simples mais sont peu précises. Elles peuvent s’avérer utiles pour une première approche, mais il est important de garder en tête que toute approximation peut avoir des conséquences sur le résultat obtenu.

Méthode « des abaques »

Notamment utilisée pour estimer la puissance des appareils de chauffage au bois indépendants, cette méthode est préconisée dans les guides RAGE (Règle de l’Art Grenelle en Environnement) qui fournissent les prescriptions techniques pour la conception et le dimensionnement.

Elle consiste à estimer les coefficients de déperditions de chaque paroi (en tenant compte de sa surface) et du renouvellement d’air à partir d’abaques, selon le type de bâtiment et son année de construction.

Une fois déterminés, ces coefficients de déperditions sont tout simplement additionnés, puis multipliés par le delta de température et le coefficient de surpuissance.

A retenir

•   Rapide
•   Accessible
•   Reste une estimation

Méthode « des ratios »

Des valeurs moyennes de coefficients “GV” ont été définies pour traduire le niveau de performance d’un logement (dans la plupart des cas il est en lien avec son année de construction). Ces méthodes, mises en place lors des premières réglementations thermiques dans les années 70, sont anciennes et peu précises.

A titre d’exemple

• Pour une maison ancienne ou peu isolée le GV peut varier de 1 à 1,4 W/m3.C
• Pour une maison récente ou bien isolée le GV se situera plutôt entre 0,3 et 0,4 W/m3.C

Ces valeurs constituent des ratios, qui, multipliés par le volume chauffé (en m3) pourront traduire le niveau de déperditions global du logement et ainsi permettre de calculer la puissance du système de chauffage à installer (selon le delta T).

A retenir

•   Très Rapide
•   Utile pour un 1er échange
•   Peu précis

Méthode se basant sur les consommations de chauffage

En cas d’absence de travaux d’amélioration de la performance du logement, si le projet consiste uniquement au remplacement du système de chauffage, il est possible de réaliser un dimensionnement se basant sur les consommations de l’installation existante à partir des factures.

Ces consommations multipliées par le rendement global de l’installation existante puis divisées par le nombre d'heures d'usage du système installé permettront de définir la puissance nécessaire pour répondre aux besoins de chauffage.

Si elle a l’avantage d’être extrêmement simple et rapide, cette méthode présente cependant quelques limites :

• Elle dépend du rendement global de l’ancienne installation
• Elle est uniquement basée sur certaines habitudes d’usage dans des conditions météorologiques spécifiques (celles de l’année écoulée)
• Elle ne prend pas en compte les éventuels autres travaux (comme une amélioration de l’isolation par exemple)

A retenir

•   Simple et rapide
•   Utile pour une 1ère estimation rapide s’il n’y a pas d’autres travaux
•   Reste aléatoire

En synthèse : un bon dimensionnement est synonyme de confort et d’économies

Être bien dans son logement tout en consommant le moins d’énergie possible sont des préoccupations majeures.

On entend souvent parler de besoin de chauffage. C’est une réalité quand les températures extérieures baissent, mais cela fait appel à une notion plus complexe : le niveau de confort. Selon que le logement sera plus ou moins performant, qu’il sera situé dans une zone géographique plus ou moins froide, plus ou moins bien exposé, etc., les besoins de chauffage pour conserver une température agréable à l’intérieur malgré les frimas de l’hiver, pourront être bien différents. Tout comme la définition d’un niveau de confort pourra elle aussi fluctuer d’un individu à l’autre, d’un moment de vie à l’autre.

Un nombre important de paramètres impacte donc le confort d’un logement. Et pour mettre en place des systèmes qui garantissent le bien-être à ses occupants, il est primordial de calculer le niveau de déperdition. C’est ce qui permet de bien dimensionner le système de chauffage. Une puissance adaptée au contexte évitera toute mauvaise surprise…

En cas de surdimensionnement :

•   Investissement plus élevé
•   Cycles courts et usure prématurée
•   Consommation accrue

En cas de sous-dimensionnement :

•   Inconfort lors des pics de froid
•   Risque d’insatisfaction client
•   Obligation de moyens pour l’installateur

Un système bien dimensionné est donc un système qui répondra efficacement aux besoins, qui durera dans le temps et qui permettra d’ajuster au mieux sa consommation énergétique. En résumé : plus de confort, moins de dépenses et une baisse des émissions de GES !

Cette phase d’analyse s’inscrit bien souvent, mais pas systématiquement, dans un contexte plus large de rénovation, où rappelons-le, il est conseillé en 1er lieu de réduire les besoins en énergie (la performance de l’enveloppe du bâtiment avant tout) et d’assurer une bonne qualité de l’air (ce qui est indissociable d’une enveloppe performante) avant de se pencher sur la question des équipements de chauffage.

Le calcul des déperditions thermiques d’un logement constitue donc le point de départ essentiel à tout projet de rénovation énergétique, quelle que soit son ampleur.

CE QU’IL FAUT RETENIR

•   Les déperditions déterminent la puissance de chauffage à installer.
•   Un système surdimensionné n'est pas forcément plus performant.
•   Un calcul détaillé permet de sécuriser le chantier.
•   CAP RENOV+ facilite le calcul des déperditions et l'édition de la note de dimensionnement.