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CHAMBERY – 31 Mars 2010 Rencontre Prebat « Vers les bâtiments à énergie positive » La Cité de lEnvironnement (St Priest) Approche énergétique Olivier SIDLER.

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1 CHAMBERY – 31 Mars 2010 Rencontre Prebat « Vers les bâtiments à énergie positive » La Cité de lEnvironnement (St Priest) Approche énergétique Olivier SIDLER – Sté ENERTECH Olivier SIDLER – Sté ENERTECH

2 A - La conception générale

3 Le solde énergétique doit maintenant être couvert par les ENR. Elles sont inépuisables et leur impact sur lenvironnement est faible. Elles viennent toutes du soleil. Il est encore là pour 5 milliards dannées. Il faut réduire le plus possible les pertes lorsquon utilise ou transforme lénergie. Il est possible dores et déjà de réduire dun facteur 2 à 5 nos consommations dénergie avec les techniques existantes. Cela consiste à supprimer les gaspillages absurdes et coûteux à tous les niveaux de lorganisation de notre société et dans nos comportements individuels. Elle sappuie sur la responsabilisation de tous les acteurs, du producteur au citoyen. La démarche « Négawatt » Tendance négawatt Sobriété Efficacité Énergies renouvelables Source : Negawatt

4 Un bâtiment à énergie positive cest dabord un bâtiment de type passif, cest à dire avec de très faibles besoins

5 A - La conception générale 1 - Réduire les besoins 1.1 Chauffage/Rafraîchissement

6 1 – Réduire les besoins 1.1 Chauffage et rafraîchissement Une enveloppe compacte et très isolée - Deux parallélépipèdes reliés par un patio -Des coeff. U très faibles, mais pas exceptionnels : - U mur : 0,19 W/m²K - U plancher bas : 0,24 W/m²K - U toiture : 0,10 W/m²K - U w : 0,90 W/m²K grâce au triple vitrage sur menuiserie bois/alu (avec facteur solaire de 0,50) U bat = 0,35 W/m²K Remarque : il ny a pas de bâtiment E+ sans triple vitrage !

7 1 1.1 Chauffage et rafraîchissement Une gestion de lair très performante Etanchéité à lair de lenveloppe : essentielle pour réussir un bâtiment à faible consommation. Objectif : 0,6 vol/h sous 50 Pa. 1 – Réduire les besoins Joint de dilatation - jonctions mur/menuiserie - jonctions toiture/murs - joints de dilatation - goulottes électriques venant de lextérieur du volume étanche, - joints de portes - trappes sur gaines non étanches - pénétrations des réseaux divers dans le volume étanche Enertech

8 1 1.1 Chauffage et rafraîchissement Une gestion de lair très performante Ventilation double flux avec récupération de chaleur par échangeur rotatif defficacité 80 % Etanchéité à lair de lenveloppe 1 – Réduire les besoins Enertech

9 1 1.1 Chauffage et rafraîchissement Une gestion de lair très performante Ventilateurs à vitesse variable : - débit des salles de réunion et de formation asservi à la présence - modulation des débits des bureaux en fonction des effectifs - arrêt de la ventilation en dehors des heures doccupation. 1 – Réduire les besoins Rappel : dans un réseau donné, la consommation délectricité dun ventilateur croit plus vite que le débit Enertech

10 1.1 Chauffage et rafraîchissement Gérer les apports gratuits Il sagit : - des apports internes (humains, machines, etc), - des apports solaires : optimisation des apports La solution : linertie thermique par les planchers hauts et bas. Elle permet à la fois une meilleure gestion de lénergie, mais aussi un plus grand confort en été comme en hiver. Mais linertie ne suffit pas : elle doit être associée à un refroidis- sement des structures pendant la nuit. Ici : la surventilation naturelle nocturne (4 vol/h) et le rafraîchissement « gratuit » de la dalle par leau venant de la géothermie. 1 – Réduire les besoins Ils sont nécessaires en hiver, mais peuvent être dangereux en été

11 1.1 Chauffage et rafraîchissement Réduire a minima les besoins de refroidissement : le problème du confort dété Pourquoi les bâtiments très performants sont-ils beaucoup plus sensibles que les bâtiments ordinaires à linconfort en été ????? 1 – Réduire les besoins

12 Le confort dété Impact des apports gratuits sur le confort dété Maison non isolée Maison hyper isolée Plus un bâtiment est isolé, plus sa température est sensible aux apports gratuits 1 kWh Enertech

13 Le confort dété Élévation de température pour un apport donné en fonction du niveau disolation Élévation de température Déperditions Enertech

14 1.1 Chauffage et rafraîchissement Réduire a minima les besoins de refroidissement : le problème du confort dété 1 – Réduire la taille des surfaces vitrées Sv/Sutile = 21 % Quelle stratégie pour le confort dété? 1 – Réduire les besoins

15 Le rapport S vitrée / S hab Un fort impact sur le confort dété T i [°C] % SvSv ShSh = 0,25 SvSv ShSh = 0,18 Fréquences cumulées des températures en été Cest par conduction/convection à travers la partie la plus faible dune paroi, le vitrage, que la chaleur pénètre en été : elle fait la même chose que lhiver, mais en sens contraire! Enertech

16 1.1 Chauffage et rafraîchissement Réduire a minima les besoins de refroidissement : le problème du confort dété 1 – Réduire la taille des surfaces vitrées Sv/Sutile = 21 % Quelle stratégie pour le confort dété? 2 – Utiliser des occultations très efficaces 1 – Réduire les besoins

17 Les protections solaires Utilisation doccultations extérieures contrôlées automatiquement en fonction de la course du soleil (façade Sud) Enertech

18 1.1 Chauffage et rafraîchissement Réduire a minima les besoins de refroidissement : le problème du confort dété 1 – Réduire la taille des surfaces vitrées Sv/Sutile = 21 % Quelle stratégie pour le confort dété? 2 – Utiliser des occultations très efficaces 3 – Maîtriser les apports internes….voir dans ce qui suit 1 – Réduire les besoins

19 1.1 Chauffage et rafraîchissement Réduire a minima les besoins de refroidissement : le problème du confort dété 1 – Réduire les besoins 4 – Utiliser des brasseurs dair : la température perçue chute denviron 2°C Enertech

20 A - La conception générale 1 - Réduire les besoins 1.2 Minimiser les apports internes

21 1 - Les personnes : une charge incompressible….mais importante : de 60 à 70 W de chaleur sensible en été, à quoi sajoute la chaleur latente (transpiration + respiration) 1 – Réduire les besoins

22 1.2 Minimiser les apports internes 2 – Les consommations délectricité : le VRAI DEFI des BEPOS 1 – Réduire les besoins 1 – Eclairage : différenciation des niveaux lumineux, sources performantes, commandes par détection, Enertech

23 1.2 Minimiser les apports internes 2 – Les consommations délectricité : le VRAI DEFI des BEPOS 1 – Réduire les besoins 1 – Eclairage : différenciation des niveaux lumineux, sources performantes, commandes par détection, Enertech 2 – Bureautique : des portables partout, 3 – Serveurs : regroupement dans une seule salle et tentative de mutualisation. Des réticences nombreuses sur ce sujet…. 4 – Téléphonie : attention aux téléphones IP très consommateurs (5 kWh el /m²/an). Ici on a adopté des « softphones », 5 – Ventilation : variation de débit dans les locaux et ventilateurs à vitesse variable, 6 – Pompe : régulation terminale par tout ou rien afin davoir une variation de débit sur le circulateur. Tous les circulateurs sont à débit variable et à aimant permanent.

24 A - La conception générale 2 - Un système thermique performant

25 Principe de la PAC ÉvaporateurCondenseur COP T c [°K] (T c -T f ) 8 1,5 PAC Sol/Plancher chauffant PAC Air/Eau T f [°K] Lécart de température entre sources chaude et froide doit être minimum Enertech en (°K)

26 1 – Une pompe à chaleur doit avoir un COP moyen annuel > 3 pour présenter un intérêt énergétique. 2 – Pour cela il faut : - T froid (le milieu extérieur) le + élevé possible, - T chaud (lémission de chaleur) la + basse possible, …. ce qui devient de plus en plus aisé au fur et à mesure que les bâtiments ont peu de besoins. Stratégie développée : 3 – La solution qui est la plus intéressante : puiser la chaleur dans le sol (T = 12°C) et utiliser un plancher chauffant à très basse température (28°C). Ici, le COP vaut 5,2 en hiver et 5,8 en été. Puissance : 87 kW – soit 24,6 W/m² chauffé Enertech

27 Emission de chaleur à la température la plus basse possible Cette solution permet à la fois de chauffer en hiver et de refroidir en été. Les consommations sont minimisées dans les deux cas. Ce faisant, on régénère en été le sol refroidi en hiver. + Une PAC bien conçue augmente considérablement la part des énergies renouvelables dans le bilan énergétique dun bâtiment Enertech

28 A - La conception générale 3 - Bilan des besoins et de la production

29 3.1 Bilan des besoins 3 – Bilan des besoins et de la production Bilan en kWh délectricité Enertech Remarque : le chauffage ne représente plus rien….

30 Pour une bonne intégration architecturale, la production se compose de deux types de modules : m² de type semi transparent (mono cristallin) – Puissance : 15 kWc m² de type polycristallin - Puissance : 148 kWc Soit 0,40 m² de PV/m² chauffé Au total 1400 m² offrant une puissance crête de 163 kWc, et produisant kWh/an. Architecte : Thierry Roche 3 – Bilan des besoins et de la production 3.2 Bilan de la production Enertech

31 3.3 Bilan global 3 – Bilan des besoins et de la production Besoins hypothèse basse : kWh/an Besoins hypothèse haute : kWh/an Production : kWh/an. CONCLUSION Le bâtiment peut produire 63 % dénergie de plus que ses besoins….si les occupants intègrent la notion de sobriété énergétique. Certains le font….et ça marche! Mais il peut aussi consommer 30 % de plus et être un bâtiment à énergie négative! Contrairement à ce qui se dit, la technique ne peut pas tout ! Enertech

32 3.3 Bilan global 3 – Bilan des besoins et de la production Pour aller vers la sobriété énergétique, il faudrait par exemple : - respecter la température de 19°C en hiver (art du Code de la Construction et de lHabitation). Un degré de plus dans ce bâtiment cest 20 % de consommation supplémentaire. - respecter la température minimale de 26°C en été, - limiter son éclairage à des besoins raisonnables, - éteindre ses lumières et ses machines lorsquon quitte son bureau, - séquiper décrans de taille raisonnable : 15 pour du traitement de texte suffit amplement, - bien réfléchir avant chaque nouvelle acquisition dans le futur : en ai-je vraiment besoin ???? Enertech

33 B – Pour aller plus loin….

34 Ecole Nationale des Ponts et Chaussées : Bâtiment Descartes + Consommation totale tous usages : 34,1 kWh el /m²/an (électricité) Bureautique+éclairage+ auxiliaires = 79% 1 – BEPOS et ENERGIE GRISE Architecte : Thierry Roche Attention, ici électricité=énergie primaire Dans ce Bepos la consommation annuelle prévue est de 34 kWh el /m²/an Enertech Ecole Nationale des Ponts et Chaussées : Bâtiment Descartes +

35 ….et lénergie grise écrase tout avec 1735 kWh ep /m²/an Photopiles dont bois : 2,2 % et béton armé : 97,8 % Réseaux chauffage, VMC, électricité, etc Total : 1735 kWhep/m²shab 1 – BEPOS et ENERGIE GRISE Enertech Ecole Nationale des Ponts et Chaussées : Bâtiment Descartes + Architecte : Thierry Roche

36 Conclusion : avec une PAC très performante on peut à la fois réduire les consommations dénergie primaire ET les émissions de GES, la meilleure solution étant de coupler linstallation avec une production photovoltaïque. Question : une pompe à chaleur utilise des fluides frigorigènes (R 407 c ou R 410 a) qui sont de redoutables gaz à effet de serre. Est-ce mieux ou moins bien quune chaudière gaz à condensation du point de vue du changement climatique, avec une PAC très performante (COP > 5) ? Réponse : en prenant tout en compte, les fuites de circuit et la non recyclabilité totale du produit, la PAC émet : - 15 fois moins de gaz à effet de serre que la chaudière sur sa durée de vie, à condition que lélectricité soit produite par conversion directe (photopile, éolienne, hydraulique), - 5 fois moins de GES si lélectricité est celle du réseau. Petit bilan carbone de la pompe à chaleur…. Enertech 2 – BEPOS et BILAN CARBONE

37 La consommation annuelle pour faire chaque jour 20 km A & R en voiture est 24 fois plus importante que la consommation totale dénergie tous usages Rappel : consommation tous usages du bâtiment : 26,4 kWh/m²/an Lénergie consacrée au trajet quotidien domicile/travail Enertech 3 – BEPOS et TRANSPORT DES USAGERS Cas dun BEPOS à Grenoble

38 Immeuble de bureaux R+3 à énergie positive : avec du PV seulement en toiture, on est très surproducteur dénergie. Enertech 4 – INTERÊT POUR UN BEPOS DÊTRE SURPRODUCTEUR Excédent Autoconsommation Ici, lexcédent de production a servi à fournir km/an avec des véhicules électriques

39 Bilan global des consommations de toute nature et de la production Ecole Nationale des Ponts et Chaussées : Bâtiment Descartes +Enertech Dans ce bâtiment, lexcédent sert à compenser lénergie grise

40 3 – Mais sans changement des habitudes et sans sobriété énergétique il restera un leurre, sauf à coûter très cher, Le bâtiment à énergie positive ?… 1 - Cest techniquement faisable dès aujourdhui, 2 – Sa réussite repose essentiellement sur la maîtrise des consommations délectricité. Le chauffage nest plus le problème, 4 – Il ne doit faire perdre de vue les autres aspects de la question énergétique, notamment lénergie grise et le déplacement des personnes qui peuvent lui faire perdre tout son sens et tout son intérêt. En savoir un peu plus : Enertech


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