Comparaison des déperditions thermiques
Comprendre la Comparaison des déperditions thermiques
Vous êtes consultant(e) en efficacité énergétique et travaillez pour une entreprise spécialisée dans la rénovation de bâtiments.
Un de vos clients souhaite réduire les coûts de chauffage de son immeuble de bureaux situé à Paris.
L’immeuble est équipé de fenêtres simples vitrages et le client envisage de les remplacer par des fenêtres doubles vitrages pour améliorer l’isolation thermique.
Votre mission est d’évaluer les déperditions thermiques à travers une fenêtre typique de l’immeuble, d’abord avec le simple vitrage existant, puis avec un double vitrage hypothétique, pour estimer l’économie de chauffage potentiel.
Pour comprendre la Déperdition de Chaleur par Infiltration, cliquez sur le lien.
Données:
- Dimensions de la fenêtre : Hauteur = 1,5 m, Largeur = 1 m
- Coefficient de transmission thermique (U) pour le simple vitrage : U = 5,7 W/(m²·K)
- Coefficient de transmission thermique (U) pour le double vitrage : U = 2,8 W/(m²·K)
- Différence de température moyenne entre l’intérieur et l’extérieur en hiver : ΔT = 20 K (intérieur à 20°C, extérieur à 0°C)
- Période de chauffage considérée : 5 mois (environ 150 jours)
- Prix de l’énergie : 0,15 €/kWh
Questions:
1. Calculer la déperdition thermique quotidienne à travers la fenêtre avec le simple vitrage, puis avec le double vitrage.
2. Calculer la déperdition thermique totale sur la période de chauffage pour chaque type de vitrage.
3. Estimer l’économie d’énergie réalisée en remplaçant le simple vitrage par du double vitrage, en kWh et en euros, en considérant que l’énergie est utilisée pour le chauffage.
4. Discussion : Discutez de l’impact de la mise à niveau des fenêtres sur la consommation d’énergie et sur l’environnement. Prenez en compte le retour sur investissement potentiel.
Correction : Comparaison des déperditions thermiques
1. Calcul de la déperdition thermique quotidienne
Simple vitrage
1. Calcul de la surface de la fenêtre (A) :
\[ A = \text{Hauteur} \times \text{Largeur} \] \[ A = 1,5\,m \times 1\,m = 1,5\,m^2 \]
2. Déperdition thermique (Q) avec simple vitrage :
\[ Q_{\text{simple}} = U_{\text{simple}} \times A \times \Delta T \]
Avec
- \(U_{\text{simple}} = 5,7\,W/(m^2 \cdot K)\),
- \(A = 1,5\,m^2\),
- \(\Delta T = 20\,K\),
\[ Q_{\text{simple}} = 5,7 \times 1,5 \times 20 \] \[ Q_{\text{simple}} = 171\,W \]
Double vitrage
1. Déperdition thermique (Q) avec double vitrage :
\[ Q_{\text{double}} = U_{\text{double}} \times A \times \Delta T \]
Avec \(U_{\text{double}} = 2,8\,W/(m^2 \cdot K)\),
\[ Q_{\text{double}} = 2,8 \times 1,5 \times 20 \] \[ Q_{\text{double}} = 84\,W \]
2. Calcul de la déperdition thermique totale sur la période de chauffage
Calcul de la déperdition thermique quotidienne en kWh
Pour transformer les déperditions de watts en kilowatt-heures sur une journée, vous multipliez par le nombre de secondes dans une journée (86,400 secondes) puis divisez par 1,000 pour passer de Joules à kWh. Cela donne:
Simple vitrage:
- Déperdition thermique quotidienne:
\[ Q_{\text{simple, quotidien}} = \frac{Q_{\text{simple}} \times 86400 \, \text{s}}{1000} \] \[ Q_{\text{simple, quotidien}} = \frac{171 \, \text{W} \times 86400 \, \text{s}}{1000} \] \[ Q_{\text{simple, quotidien}} = 14.7744 \, \text{kWh/jour} \]
Double vitrage:
- Déperdition thermique quotidienne:
\[ Q_{\text{double, quotidien}} = \frac{Q_{\text{double}} \times 86400 \, \text{s}}{1000} \] \[ Q_{\text{double, quotidien}} = \frac{84 \, \text{W} \times 86400 \, \text{s}}{1000} \] \[ Q_{\text{double, quotidien}} = 7.2576 \, \text{kWh/jour} \]
Calcul de la déperdition thermique totale sur la période de chauffage
Multipliez la déperdition thermique quotidienne par le nombre de jours de la période de chauffage (150 jours) pour obtenir la déperdition totale en kWh pour la saison.
Simple vitrage:
- Déperdition thermique totale sur la période de chauffage:
\[ E_{\text{simple}} = Q_{\text{simple, quotidien}} \times 150 \] \[ E_{\text{simple}} = 14.7744 \, \text{kWh/jour} \times 150 \] \[ E_{\text{simple}} = 2216.16 \, \text{kWh} \]
Double vitrage:
- Déperdition thermique totale sur la période de chauffage:
\[ E_{\text{double}} = Q_{\text{double, quotidien}} \times 150 \] \[ E_{\text{double}} = 7.2576 \, \text{kWh/jour} \times 150 \] \[ E_{\text{double}} = 1088.64 \, \text{kWh} \]
3. Estimation de l’économie d’énergie réalisée
L’économie d’énergie et financière résultant du remplacement du simple vitrage par du double vitrage sur la période de chauffage est calculée comme suit :
- Économie d’énergie (en kWh):
\[ \text{Économie d’énergie} = E_{\text{simple}} – E_{\text{double}} \] \[ \text{Économie d’énergie} = 2216.16 \, \text{kWh} – 1088.64 \, \text{kWh} \] \[ \text{Économie d’énergie} = 1127.52 \, \text{kWh} \]
- Économie financière:
\[ \text{Économie financière} = \text{Économie d’énergie} \times \text{Prix de l’énergie} \] \[ \text{Économie financière} = 1127.52 \, \text{kWh} \times 0.15 \, \text{€/kWh} \] \[ \text{Économie financière} = 169.128 \, \text{€} \]
4: Discussion
Impact sur la consommation d’énergie et environnemental:
- Le remplacement du simple par du double vitrage réduit significativement les pertes de chaleur à travers les fenêtres, ce qui entraîne une réduction de la consommation d’énergie pour le chauffage.
- Cette réduction de la consommation d’énergie non seulement diminue les coûts énergétiques mais contribue également à la réduction des émissions de gaz à effet de serre, supportant ainsi des initiatives de durabilité et d’efficacité énergétique.
Retour sur investissement (ROI):
- Bien que l’économie réalisée sur une saison de chauffage soit de 169,13 €, le calcul du retour sur investissement doit prendre en compte le coût initial de remplacement des fenêtres. Le ROI sera positif si le coût de l’installation est amorti par les économies générées sur plusieurs années.
Confort thermique et acoustique:
- Au-delà des économies d’énergie, le double vitrage améliore le confort dans le bâtiment, réduisant les courants d’air froid et améliorant l’isolation phonique, ce qui est particulièrement bénéfique dans les zones urbaines bruyantes.
Comparaison des déperditions thermiques
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