Conception thermotechnique : qu’est-ce que c’est et comment réaliser un projet thermotechnique ?

En résumé : 
la conception thermotechnique est le processus par lequel on analyse, dimensionne et vérifie les installations destinées au chauffage, au refroidissement, à la ventilation et à la production d’eau chaude d’un bâtiment, dans le but de garantir le confort, l’efficacité énergétique et le respect des exigences techniques et réglementaires.

La conception thermotechnique applique les principes de la thermodynamique, de la fluidodynamique et de la transmission de la chaleur à la conception des bâtiments et de leurs installations. L’objectif est d’identifier des solutions capables d’assurer des conditions de confort thermo-hygrométrique, la qualité de l’air intérieur et de hautes performances énergétiques.

Les systèmes considérés comprennent, entre autres, les installations de chauffage, de refroidissement, de ventilation, de production d’eau chaude sanitaire et les systèmes alimentés ou intégrés par des sources d’énergie renouvelables.

Pour évaluer préventivement le comportement énergétique du bâtiment et comparer différentes solutions de conception, il est également possible de recourir à des outils de simulation énergétique dynamique des bâtiments utiles pour créer des modèles énergétiques et analyser les performances du bâtiment et des installations.

Qu’est-ce que la conception thermotechnique et à quoi sert-elle ?

Un projet thermotechnique doit considérer simultanément les caractéristiques du bâtiment, les conditions climatiques, la destination d’usage, les besoins énergétiques, le type d’installations et les modalités de gestion.

La conception thermotechnique permet donc d’identifier et de dimensionner les solutions les plus adaptées pour garantir le confort des occupants et limiter les consommations énergétiques, en évaluant de manière intégrée l’enveloppe du bâtiment et les systèmes d’installations.

Domaines d’application de la thermotechnique

Les domaines d’application de la conception thermotechnique sont variés, mais les plus importants et ceux qui ont le plus d’impact sur l’organisation générale du projet sont : 

1. confort environnemental : cela concerne la conception et la mise en œuvre de systèmes de chauffage, de ventilation et de climatisation dans les bâtiments résidentiels, commerciaux et industriels. L’objectif est de créer des environnements intérieurs qui soient thermiquement confortables tout au long de l’année, indépendamment des conditions extérieures ;
2. efficacité énergétique : la thermotechnique est fondamentale pour optimiser l’efficacité énergétique des installations thermiques. Cela inclut l’adoption de technologies et de stratégies de conception visant à réduire les consommations énergétiques et les émissions polluantes, comme l’utilisation de systèmes de cogénération, de pompes à chaleur à haute efficacité et de solutions d’isolation thermique avancées ;
3. soutenabilité environnementale : la thermotechnique joue un rôle crucial dans la promotion de la soutenabilité environnementale. Cela inclut l’adoption de technologies à faible impact environnemental, comme des systèmes de chauffage et de refroidissement alimentés par des sources renouvelables, et la mise en œuvre de stratégies de conception qui réduisent l’impact environnemental des installations thermiques sur l’écosystème environnant.

Qu’est-ce que la conception thermotechnique et objectifs

Qu’est-ce qu’un projet thermotechnique ?

Un projet thermotechnique définit les caractéristiques, le dimensionnement et les performances des systèmes thermiques d’un bâtiment. Il part de l’analyse du bâtiment et de ses besoins énergétiques pour identifier les solutions techniques les plus appropriées et vérifier leurs performances, consommations et conformité aux exigences prévues.

Le projet ne concerne donc pas seulement le choix d’un générateur ou d’un terminal, mais prend en compte l’interaction entre l’enveloppe du bâtiment, les conditions climatiques, la destination d’usage, les systèmes de production, de distribution, d’émission, de régulation et d’utilisation des sources renouvelables.

Que contient un projet thermotechnique ?

Selon les caractéristiques du bâtiment et de l’intervention, la conception peut comprendre : 

• analyse des caractéristiques géométriques et thermo-physiques du bâtiment ;
• évaluation de l’enveloppe du bâtiment ;
• définition des conditions climatiques et des conditions d’utilisation ;
• calcul des besoins de chauffage et de refroidissement ;
• évaluation de la production d’eau chaude sanitaire ;
• analyse des besoins de ventilation ;
• dimensionnement des puissances nécessaires ;
• choix et dimensionnement des générateurs ;
• définition des systèmes de distribution et d’émission ;
• choix des systèmes de régulation ;
• intégration de sources d’énergie renouvelables ;
• analyse des ponts thermiques ;
• vérifications des performances énergétiques ;
• production des documents et de la documentation technique requise.

Éléments d’un projet thermotechnique

Qu’est-ce qu’une installation thermotechnique ?

Avec l’expression installation thermotechnique, on fait généralement référence à l’ensemble des installations et des systèmes utilisés pour garantir les services énergétiques et le confort thermo-hygrométrique d’un bâtiment. Du point de vue réglementaire, le terme de référence est « installation thermique ».

Une installation thermique est un système technologique fixe destiné à la climatisation hivernale ou estivale des espaces, avec ou sans production d’eau chaude sanitaire, ou à la seule production d’eau chaude sanitaire dans les cas prévus par la réglementation. Elle peut également être combinée avec des systèmes de ventilation.

Selon les caractéristiques du bâtiment et la solution de conception adoptée, l’installation peut comprendre différents sous-systèmes et composants, notamment : 

• systèmes de production, tels que chaudières, pompes à chaleur et autres générateurs ;
• systèmes de distribution, qui transfèrent l’énergie thermique aux espaces ou aux utilisateurs ;
• systèmes de stockage, utilisés pour stocker de l’énergie thermique ou de l’eau chaude ;
• terminaux d’émission ou d’utilisation, à travers lesquels la chaleur est cédée ou retirée des espaces ;
• dispositifs de régulation et de contrôle, nécessaires pour gérer le fonctionnement et les performances de l’installation ;
• systèmes pour la production d’eau chaude sanitaire ;
• systèmes de ventilation et de traitement de l’air, lorsqu’ils sont intégrés à l’installation ;
• systèmes alimentés ou intégrés par des sources d’énergie renouvelables.

La conception thermotechnique a pour tâche de définir et de dimensionner ces systèmes en relation avec les caractéristiques du bâtiment, les besoins énergétiques et les conditions d’utilisation, dans le but de garantir confort, efficacité et bonnes performances de l’ensemble du système bâtiment-installation.

Comment réaliser un projet thermotechnique ?

La conception thermotechnique se développe à travers une série d’activités interconnectées. Le flux de travail peut varier en fonction du type de bâtiment et d’intervention, mais comprend généralement les phases suivantes.

1. Analyse du bâtiment et collecte des données : 
   la première phase consiste à rassembler les informations nécessaires pour décrire correctement le bâtiment : géométrie, orientation, caractéristiques de l’enveloppe, destination d’utilisation, profils d’occupation, conditions climatiques et caractéristiques des éventuelles installations existantes.
2. Création du modèle énergétique : 
   les données collectées sont utilisées pour construire un modèle énergétique du bâtiment à travers lequel représenter l’enveloppe, les zones thermiques, les caractéristiques des composants et les conditions d’utilisation. La disponibilité d’un modèle BIM ou de fichiers CAD peut accélérer cette phase et réduire la nécessité de réinsérer manuellement des informations déjà disponibles.
3. Calcul des besoins énergétiques : 
   le modèle permet d’évaluer le comportement du bâtiment et de déterminer les besoins liés, par exemple, à :

• chauffage ;
• rafraîchissement ;
• ventilation ;
• production d’eau chaude sanitaire.

Ces informations constituent la base pour le dimensionnement ultérieur des installations.

• Conception et dimensionnement des installations thermotechniques : 
  sur la base des besoins calculés, le concepteur identifie les solutions d’installation les plus appropriées et définit les puissances, générateurs, terminaux, systèmes de distribution et de régulation. À cette étape, plusieurs alternatives de conception peuvent être comparées pour identifier le meilleur équilibre entre confort, consommation, coûts et performances.
• Vérifications énergétiques et réglementaires : 
  la conception doit également vérifier le respect des exigences énergétiques applicables à l’intervention et préparer, lorsque cela est prévu, la documentation technique correspondante. Pour gérer plus facilement cette phase du projet, il est possible d’utiliser un logiciel pour le calcul des performances énergétiques, qui permet d’effectuer les vérifications énergétiques prévues par la réglementation en vigueur directement à partir du modèle énergétique du bâtiment.
• Simulation et comparaison des solutions : 
  grâce à la simulation énergétique, il est possible d’analyser le comportement du bâtiment dans différentes conditions, de comparer des configurations alternatives et d’évaluer comment les différentes choix de conception influencent la consommation et les performances globales. Avec un logiciel pour la simulation énergétique dynamique des bâtiments, il est possible d’approfondir ce type d’analyse déjà pendant la phase de conception.

Flux de travail du projet thermotechnique

Qui est l’ingénieur thermicien?

L’ingénieur thermicien est le professionnel qui s’occupe de l’analyse énergétique du bâtiment et de la conception des systèmes de chauffage, de refroidissement, de ventilation, de production d’eau chaude et d’intégration des sources d’énergie renouvelables.

L’attention croissante portée à l’efficacité énergétique a élargi le rôle de cette figure professionnelle : en plus du dimensionnement correct des installations, le concepteur doit évaluer le comportement global du bâtiment, l’interaction entre l’enveloppe et les installations, le confort des occupants, les consommations et l’impact environnemental des différentes solutions.

Que fait l’ingénieur thermicien ?

L’ingénieur thermicien analyse le comportement énergétique du bâtiment et conçoit et dimensionne les installations nécessaires pour garantir confort, efficacité énergétique et respect des exigences techniques et réglementaires.

Parmi les principales activités, il peut : 

• évaluer les besoins en chauffage et en refroidissement ;
• analyser le comportement énergétique du bâtiment ;
• concevoir et dimensionner les installations ;
• choisir des générateurs et des terminaux ;
• évaluer les systèmes de ventilation et de traitement de l’air ;
• dimensionner les systèmes pour la production d’eau chaude sanitaire ;
• intégrer des systèmes alimentés par des sources d’énergie renouvelables ;
• vérifier les performances énergétiques ;
• analyser les ponts thermiques et les caractéristiques de l’enveloppe ;
• comparer différentes solutions de conception ;
• préparer les documents et la documentation technique requise.

Quels aspects doit-il considérer dans la conception ?

Lors de la conception, le thermotechnicien doit évaluer de manière coordonnée le chauffage, le refroidissement, la ventilation, la production d’eau chaude, le contrôle de l’humidité, les générateurs, la distribution, les terminaux et les systèmes de régulation.

L’objectif est de dimensionner l’installation de manière à garantir des conditions de température, d’humidité et de qualité de l’air adéquates, tout en évitant les surdimensionnements et les consommations énergétiques inutiles.

BIM et conception thermotechnique : comment le flux de travail évolue

L’introduction du Building Information Modeling (BIM) a représenté un tournant fondamental dans le secteur de l’énergie et de la conception thermotechnique, offrant de nouvelles opportunités pour améliorer l’efficacité et la qualité des services offerts.

Le BIM est une méthodologie de travail qui permet de créer, gérer et partager des informations numériques détaillées sur un bâtiment ou une installation tout au long de son cycle de vie, de l’idéation à la démolition. Cette approche intégrée permet d’optimiser le processus décisionnel, de réduire les erreurs et les coûts, et d’améliorer la collaboration entre les différents acteurs impliqués dans le projet.

Il existe plusieurs avantages à utiliser le BIM dans son flux de travail, par exemple : 

• amélioration de la qualité des services – grâce au BIM, il est possible d’obtenir une vision tridimensionnelle et intégrée des installations thermotechniques dans le contexte du bâtiment. Cela permet aux concepteurs d’évaluer plus efficacement les solutions de conception, d’anticiper les problèmes potentiels et d’optimiser les performances des installations, garantissant un résultat final de haute qualité ;
• optimisation du processus de conception et de réalisation – le BIM facilite la collaboration entre architectes, ingénieurs et autres professionnels impliqués dans le processus de conception et de réalisation des installations. Grâce au partage d’un unique modèle numérique, il est possible de coordonner les activités de manière plus efficace, réduisant les délais de conception et de construction et améliorant la communication entre les membres de l’équipe ;
• réduction des erreurs et des coûts – le BIM permet d’identifier et de résoudre d’éventuels conflits ou erreurs de conception en phase préventive, réduisant le risque de retards coûteux et de modifications pendant la phase de construction. De plus, la possibilité de simuler le fonctionnement des installations thermotechniques au sein du modèle BIM permet d’optimiser le dimensionnement et la disposition des éléments, contribuant à réduire les coûts globaux du projet ;
• meilleure efficacité opérationnelle – une fois la phase de conception et de construction terminée, le modèle BIM peut être utilisé pour soutenir les activités de gestion et de maintenance des installations thermotechniques. Grâce à la disponibilité d’informations détaillées et à jour, les gestionnaires peuvent planifier des interventions de maintenance préventive, optimiser la consommation énergétique et garantir le bon fonctionnement des installations dans le temps.

BIM et conception thermotechnique

Importance des outils pour la conception thermotechnique

Dans la conception thermotechnique, comme dans de nombreux autres domaines, l’utilisation des bons outils est fondamentale. Pour cela, il est important de comprendre ce que l’on doit « exiger » d’un logiciel pour la simulation énergétique dynamique des bâtiments afin qu’il puisse garantir le meilleur résultat possible. Ainsi, l’outil à utiliser doit : 

• créer un modèle 3D et effectuer le calcul énergétique – il doit être possible de créer un modèle 3D architectural nécessaire pour le calcul énergétique à partir d’un fichier CAD au format DXF ou DWG ou d’un modèle BIM au format IFC standard ;
• permettre de configurer le modèle et d’insérer les données – le logiciel doit permettre d’assigner à chaque élément architectural les caractéristiques et les propriétés nécessaires pour la simulation énergétique en bénéficiant, peut-être, d’une vaste bibliothèque d’objets BIM ;
• intégrer le calcul des ponts thermiques – la possibilité d’identifier automatiquement tous les ponts thermiques accélère considérablement le travail et permet de corriger les erreurs en phase de conception. Cependant, il est important d’avoir la possibilité de choisir quels ponts thermiques évaluer dans le projet et de gérer correctement leurs caractéristiques de transmission ;
• effectuer le diagnostic des données et la simulation – le programme doit effectuer un contrôle des données saisies avant de lancer la simulation thermique. Cela garantit que les données sont correctes et réduit le risque de devoir répéter le calcul ;
• analyser les résultats – enfin, il doit y avoir une visualisation détaillée des résultats de calcul, tant sous forme graphique que tabulaire. De plus, il doit également être possible de comparer les différentes solutions et d’analyser les performances énergétiques, les consommations et les coûts.

Comment utiliser un logiciel pour la simulation énergétique

Ci-dessous, je te montre comment tu peux utiliser un logiciel pour la simulation énergétique dynamique des bâtiments.

FAQ – Conception thermotechnique

Qu’est-ce qu’un projet thermotechnique ?

Un projet thermotechnique est l’ensemble des analyses, des calculs et des choix de conception utilisés pour définir les caractéristiques et les performances des installations d’un bâtiment. Il comprend l’évaluation des besoins énergétiques, le dimensionnement des systèmes et les vérifications nécessaires pour garantir le confort, l’efficacité et la conformité aux exigences applicables.

Que comprend une installation thermotechnique ?

Une installation thermotechnique peut comprendre des systèmes de chauffage, de refroidissement, de ventilation et de production d’eau chaude sanitaire, ainsi que des générateurs, des pompes à chaleur, des terminaux, des réseaux de distribution, des systèmes de régulation, des accumulations et des composants alimentés par des sources d’énergie renouvelables.

Que fait un ingénieur thermicien ?

L’ingénieur thermicien analyse le comportement énergétique du bâtiment, détermine les besoins, conçoit et dimensionne les installations, vérifie les performances des différentes solutions et prépare les documents techniques nécessaires à la réalisation de l’intervention.

Le projet thermotechnique et l’installation thermotechnique sont-ils la même chose ?

Non. Le projet thermotechnique est l’ensemble des activités d’analyse, de calcul, de dimensionnement et de définition technique de la solution. L’installation thermotechnique est en revanche le système physiquement réalisé dans le bâtiment sur la base du projet.

À quoi sert la simulation énergétique dans la conception thermotechnique ?

La simulation énergétique permet d’étudier le comportement du bâtiment et des installations, de vérifier l’effet des différentes options de conception et de comparer des scénarios alternatifs avant la réalisation, fournissant au concepteur des informations utiles pour optimiser les performances et les consommations.