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
La déperdition thermique correspond à la puissance (en watts) perdue par la fenêtre du fait de la différence de température entre l’intérieur et l’extérieur. Pour obtenir l’énergie perdue sur une journée, on calcule d’abord la puissance (W) puis on la multiplie par le nombre d’heures dans la journée (24 h) pour obtenir l’énergie en wattheures (Wh) ou en kilowattheures (kWh).
Formule
La puissance perdue se calcule par :
\[ P = U \times A \times \Delta T \]
- \( U \) : coefficient de transmission thermique en W/(m²·K)
- \( A \) : surface de la fenêtre en m²
- \( \Delta T \) : différence de température en K
L’énergie perdue sur une journée (en Wh) est :
\[ E_{\text{jour}} = P \times t \]
avec \( t = 24 \) heures.
Données
Dimensions de la fenêtre :
- Hauteur = 1,5 m
- Largeur = 1 m
\( A = 1,5 \times 1 = 1,5 \, \text{m}^2 \)
Différence de température :
- \(\Delta T = 20 \, \text{K}\)
Coefficients de transmission thermique :
- Simple vitrage : \( U = 5,7 \, \text{W/(m}^2\text{·K)} \)
- Double vitrage : \( U = 2,8 \, \text{W/(m}^2\text{·K)} \)
Calculs
Pour le simple vitrage :
1. Puissance perdue :
\[ P_{\text{simple}} = 5,7 \times 1,5 \times 20 \] \[ P_{\text{simple}} = 171 \, \text{W} \]
2. Énergie perdue par jour :
\[ E_{\text{jour, simple}} = 171 \, \text{W} \times 24 \, \text{h} \] \[ E_{\text{jour, simple}} = 4104 \, \text{Wh} = 4,104 \, \text{kWh} \]
Pour le double vitrage :
1. Puissance perdue :
\[ P_{\text{double}} = 2,8 \times 1,5 \times 20 \] \[ P_{\text{double}} = 84 \, \text{W} \]
2. Énergie perdue par jour :
\[ E_{\text{jour, double}} = 84 \, \text{W} \times 24 \, \text{h} \] \[ E_{\text{jour, double}} = 2016 \, \text{Wh} = 2,016 \, \text{kWh} \]
2. Calcul de la déperdition thermique totale sur la période de chauffage
La période de chauffage considérée est de 150 jours. Pour obtenir la déperdition totale sur cette période, il suffit de multiplier l’énergie perdue par jour par le nombre de jours.
Formule
\[ E_{\text{total}} = E_{\text{jour}} \times \text{nombre de jours} \]
Calculs
Pour le simple vitrage :
\[ E_{\text{total, simple}} = 4,104 \, \text{kWh/jour} \times 150 \, \text{jours} \] \[ E_{\text{total, simple}} = 615,6 \, \text{kWh} \]
Pour le double vitrage :
\[ E_{\text{total, double}} = 2,016 \, \text{kWh/jour} \times 150 \, \text{jours} \] \[ E_{\text{total, double}} = 302,4 \, \text{kWh} \]
3. Estimation de l’économie d’énergie réalisée
En remplaçant le simple vitrage par du double vitrage, on réduit la déperdition thermique. L’économie d’énergie correspond à la différence entre l’énergie perdue avec le simple vitrage et celle perdue avec le double vitrage. Le coût économisé se calcule ensuite en multipliant cette économie en kWh par le prix de l’énergie.
Formule
1. Économie en kWh sur la période :
\[ E_{\text{économie}} = E_{\text{total, simple}} – E_{\text{total, double}} \]
2. Économie en euros :
\[ \text{Économie (€)} = E_{\text{économie}} \times \text{Prix de l’énergie (€/kWh)} \]
Données supplémentaires
- Prix de l’énergie : \( 0,15 \, €/kWh \)
Calculs
1. Économie d’énergie en kWh :
\[ E_{\text{économie}} = 615,6 \, \text{kWh} – 302,4 \, \text{kWh} \] \[ E_{\text{économie}} = 313,2 \, \text{kWh} \]
2. Économie en euros :
\[ \text{Économie (€)} = 313,2 \, \text{kWh} \times 0,15 \, €/kWh \] \[ \text{Économie (€)} = 46,98 \, € \]
4. Discussion sur l’impact de la mise à niveau des fenêtres
A. Impact sur la consommation d’énergie
- Réduction des pertes thermiques :
Le remplacement du simple vitrage par du double vitrage permet de réduire significativement les pertes de chaleur (de 171 W à 84 W), ce qui se traduit par une baisse de la consommation énergétique nécessaire pour chauffer l’immeuble. - Baisse de la demande énergétique :
La diminution de la déperdition sur une période de chauffage complète (passant de 615,6 kWh à 302,4 kWh) implique une réduction notable des coûts de chauffage.
B. Impact environnemental
- Réduction des émissions de CO₂ :
Moins d’énergie consommée pour le chauffage signifie une diminution de la production d’énergie, souvent associée à des émissions de CO₂, ce qui contribue à une moindre empreinte environnementale. - Efficacité énergétique accrue :
L’amélioration de l’isolation par le double vitrage participe à une utilisation plus rationnelle des ressources énergétiques et contribue à la lutte contre le changement climatique.
C. Retour sur investissement (ROI)
- Coût initial vs économies réalisées :
Bien que l’investissement initial pour le remplacement des fenêtres puisse être conséquent, l’économie de 46,98 € sur la période de 150 jours (hors autres coûts et considérations sur la durée de vie du vitrage) peut représenter un argument économique solide à moyen ou long terme. - Valorisation de l’immeuble :
L’amélioration de l’efficacité énergétique augmente également la valeur de l’immeuble, ce qui peut être un avantage lors de reventes ou de locations. - Subventions et aides :
Dans de nombreux cas, des aides ou subventions peuvent être disponibles pour de tels travaux de rénovation énergétique, améliorant ainsi le retour sur investissement.
Conclusion
En remplaçant le simple vitrage par du double vitrage, on observe :
- Une déperdition quotidienne passant de 4,104 kWh à 2,016 kWh.
- Une déperdition totale sur 150 jours passant de 615,6 kWh à 302,4 kWh.
- Une économie d’énergie de 313,2 kWh sur la période, correspondant à une économie financière de 46,98 €.
Comparaison des déperditions thermiques
D’autres exercices de thermiques des batiments:
0 commentaires