A1 - Construire des bâtiments performants: objectifs et - Eco

Report
Comment réussir un bâtiment
d’activité à Energie Positive
Points clés de la conception d'un bâtiment à
structure métallique à énergie positive.
L’exemple des bureaux de
l’Agence Rennaise
de SOPREMA ENTREPRISES
Emmanuel de SURY
Objectifs
• Bâtiment à Energie Positive ( BEPOS )
« Un bâtiment produisant plus d’énergie qu’il n’en consomme. »
 Minimisation des besoins énergétiques
 Compensation par une production de photovoltaïque
• Bâtiment Basse Consommation ( BBC )
sans production photovoltaïque
« Un bâtiment réellement économe en énergie. »
 Renforcement de l’enveloppe thermique du bâtiment
 Choix d’équipements faiblement énergivores
• Démarche HQE
 Intégration lors de la conception de cibles HQE telles que:
- Gestion de l’énergie
- Qualité sanitaire des espaces
- Qualité sanitaire de l’air
COMMENT RÉUSSIR UN BÂTIMENT D’ACTIVITÉ À ÉNERGIE POSITIVE?
Une Conception Énergétiquement Sobre
• Orientation du bâtiment
 Rechercher une orientation de la façade principale au sud dans la mesure du
réalisable
• Espaces tampon au Nord
 Exposition nord des pièces de service (Sanitaires, local technique, archives, …)
• Optimisation des ouvrants au Sud
 Favoriser les apports solaires gratuits par l’implantation des fenêtres
sur la façade sud le plus possible
 Réduire les déperditions thermiques en minimisant les surfaces
vitrées au nord
• Compacité du bâtiment.
 Concevoir une forme de bâtiment compacte pour réduire les surfaces déperditives
• Isolation
 Minimiser les déperditions des parois extérieures.
L’étanchéité à l’air
La RT 2012 – Attention aux écarts/dérives constatés sur les
bâtiments BBC
Extrait de l’article du moniteur du 18 février 2011
« des écarts parfois gigantesques entre les calculs des
bureaux d’études et la réalité du terrain »
-
« les anomalies techniques , au premier rang desquelles
les ponts thermiques non pris en compte et les défauts
d’ étanchéité à l’air »
Il n’y avait
pas
de contrôle
a posteriori
L’étanchéité à l’air
Objectifs
Impact de la perméabilité
Malgré une très bonne isolation thermique
:
L’étanchéité à l’air n’est pas bonne
•
•
Bilan : Q4>>3
Les principaux points de fuite :
Angles de bardage
Liaison bardage / toiture / longrine
Lanterneaux et voûtes
Portes sectionnelles
Jonction bardage / menuiserie
Menuiserie
Lèvres de plateaux

Impact de la perméabilité
•
Perte énergétique : besoin en chauffage multiplié
par 2 ou 3
•
Qualité de l’air intérieur médiocre
•
Le rendement de la VMC double flux passe de
0,9 à 0,5 voir 0
•
Les débits de VMC calculés à 20Pa sont
impossibles à garantir
•
Risque important de condensation dans la
paroi
COMMENT RÉUSSIR UN BÂTIMENT D’ACTIVITÉ À ÉNERGIE POSITIVE?
Une Conception Énergétiquement Sobre
• Etanchéité à l’air
 Eviter l’entrée incontrôlée d’air neuf dans le bâtiment et la fuite d’air chaud dans l’environnement extérieur.
 Maîtrise du coefficient d’infiltration d’air du bâtiment: Q4
Consommations de
chauffage
 Influence du coefficient Q4 sur les consommation énergétiques:
80
Bâtiment
SOPREMA
Bâtiment
Standard
Coefficient i4 [m3/m².h]
0,3
3
50
Consommations (Chauf+ écl+aux) [kWhep/m².an]
43
74
40
Gain énergétique (Energie primaire)
19 225 kWhep/an
20
Gain énergétique (Energie finale)
7 450 kWhep/an
10
70
60
30
0
Bâtiment
SOPREMA
Bâtiment
Standard
 L’exigence sur le coefficient Q4 entraine un gain de l’ordre de 70% sur le bilan énergétique par rapport au
même bâtiment présentant une étanchéité plus conventionnelle.
 Une isolation de bâtiment de qualité doit être accompagnée d’un bon traitement de l’étanchéité pour
optimiser les gains énergétiques.
COMMENT RÉUSSIR UN BÂTIMENT D’ACTIVITÉ À ÉNERGIE POSITIVE?
Une Conception Énergétiquement Sobre
• Etanchéité à l’air
 Exemple de traitement de l’étanchéité à l’air
Bâtiment SOPREMA
Bâtiment Standard
 Problèmes de continuité au droit des refends et des
dalles intermédiaires
 Parfaitement hors d’air
 Risques d’association scotch/parement
 Indépendant des autres lots
 Risques d’oubli non visible après la pose des plaques
de plâtres
 Essai de la perméabilité à l’air en cours de chantier
 Gain planning; travaux de bardage indépendants
des travaux de plâtrerie / peinture
 Risques de détériorations
 Coordination entre les lots
COMMENT RÉUSSIR UN BÂTIMENT D’ACTIVITÉ À ÉNERGIE POSITIVE?
Des matériaux performants
• Isolation thermique
Murs Extérieurs
Isolation périph verticale
Toiture terrasse végétale
Toiture bac acier
Vitrages
150 + 140 mm de laine de roche
80 mm de polystyrène extrudé sur 50 cm de hauteur
90 + 90 mm de polyuréthane + substrat de culture
140 + 90 mm de laine de roche
Double vitrage Aluminium à rupteurs de ponts thermiques
R=9,17 m².K/W
R=2,30 m².K/W
R=7,58 m².K/W
R=7,75 m².K/W
Uw= 1,5 W/m².K
 Ponts thermiques traités au maximum par le principe de double isolation
→ Ubat = 0,465 W/m².K soit plus de 30% de gain par rapport à la référence.
• Ventilation
 Ventilation double flux haute efficacité.
 Récupération de plus de 90 % de la chaleur de l’air extrait.
• Eclairage
 LED pour l’éclairage des circulations et des sanitaires
 Consommation très faibles
 Sondes de détection de présence
COMMENT RÉUSSIR UN BÂTIMENT D’ACTIVITÉ À ÉNERGIE POSITIVE?
Un dimensionnement adapté
• Prise en compte des apports solaires gratuits
Surchauffe
 Favoriser les apports solaires en hiver afin de réduire
les consommations de chauffage
 Se protéger des apports solaires en été afin de garantir
un confort thermique sans besoin de climatisation
Apports Solaires
• Ventilation
 Un réglage fin des débits de renouvellement d’air
• Chauffage
 Un système de chauffage venant en appoint étant donné la performance
de l’enveloppe et la prise en compte des apports gratuits.
• Simulation thermique Dynamique
 Accepte le bâtiment comme un objet vivant, réactif aux
éléments extérieurs, et non comme un objet inerte.
 Mesure la réaction des matériaux à des variations
d’apports thermiques internes ou externes (inertie thermique).
 Permet une maîtrise des apports solaires en évaluant
les gains solaires utiles et en contrôlant la surchauffe estivale:
Contrôle de la température intérieure heure par heure.
Besoins de Chauffage
COMMENT RÉUSSIR UN BÂTIMENT D’ACTIVITÉ À ÉNERGIE POSITIVE?
Une Gestion énergétique intelligente
Mise en place d’une GTB « Gestion Technique du Bâtiment »
 Mutualisation de la gestion des équipements énergétiques.
• Ventilation
 Réduit nocturne de ventilation ou sur ventilation nocturne l’été pour rafraichir le bâtiment
 Un renouvellement d’air adapté à l’utilisation des locaux
 Mise en place de détecteurs de présence contrôlant les débits de ventilation
 Mise en place de sonde à détection de CO2 dans les locaux à occupation multiple (type salle de réunion)
 Contrôle des consommations de la centrale
• Eclairage
 Un éclairage des locaux à luminosité constante, s’adaptant aux variations de l’éclairage naturel
 Un éclairage régulé par détection de présence et de luminosité
 Maitrise des consommations d’éclairage
• Chauffage
 Gestion automatique de la température intérieure des locaux
 Réduit nocturne permettant une baisse des consommations
 Relance programmable afin d’assurer un confort thermique
COMMENT RÉUSSIR UN BÂTIMENT D’ACTIVITÉ À ÉNERGIE POSITIVE?
Les résultats de la simulation énergétique
• Consommations en chauffage
Référence
68 kWep/m²/an
Bâtiment Théorique Bâtiment réel
27 kWhep/m².an 39 kWhep/m².an
Gain
42 %
 Soit 9,7 kWh d’énergie finale par m² par an
• Consommations d’éclairage
Référence
35 kWhep/m²/an
Bâtiment Théorique
Bâtiment réel
8 kWhep/m².an
16 kWhep/m².an
Gain
54 %
• Consommations auxiliaires
Référence
15 kWhep/m².an
Bâtiment Théorique
8 kWhep/m².an
Bâtiment réel
6 kWhep/m².an
Gain
60 %
Bâtiment Théorique
Bâtiment réel
43 kWhep/m².an
61 kWhep/m².an
Gain
48 %
• Consommations Totales
Référence
118 kWhep/m².an
 Le bâtiment SOPREMA présente un gain énergétique d’environ 48% par rapport à un bâtiment similaire
présentant des équipements de référence moyens
 L’objectif de bâtiment Basse consommation est respecté, avec une marge très confortable.
COMMENT RÉUSSIR UN BÂTIMENT D’ACTIVITÉ À ÉNERGIE POSITIVE?
Les résultats de la simulation énergétique
• Intégration de la production Photovoltaïque.
 Mise en place de 130 m² de capteurs photovoltaïques intégrés en toiture et en façade.
 Production annuelle estimée: 21 140 kWh /an
 Soit 89 kWhep/m².an théorique (108 en réel)
Référence
Bâtiment Théorique
Bâtiment réel
Gain
118 kWhep/m².an
-47 kWhep/m².an
-46 kWhep/m².an
140 %
 En tenant compte de la production d’électricité par les capteurs photovoltaïques, le bilan énergétique du
bâtiment devient positif.
 Le bâtiment produit environ 2 fois plus d’énergie qu’il n’en consomme.
Toiture photovoltaïque
Terrasse végétalisée
Brise soleil et pergola
horizontaux au Sud
Brise Soleil extérieurs orientables
À l’Est et à l’Ouest
Etanchéité à l’air
Orientation plein Sud
de l’ensemble des façades
Un Bâtiment à ENERGIE
POSITIVE
La nouvelle Agence SOPREMA ENTREPRISES de Rennes
Power Management
System
Application de gestion active de la demande
d’énergie
Jean-Noël DESNE
SCHNEIDER ELECTRIC
•
Objectifs du démonstrateur
•
•
•
•
•
•
Effacement des pointes (auto-alimentation)
Fonctionnement iloté du bâtiment en cas de black-out
Lissage de la courbe de charge réseau
Détourer toutes les contraintes (techniques,
économiques, juridique…)
Utilisation des batteries pour fournir de la puissance au
réseau de distribution
Aspect économique
•
Autoconsommation le plus souvent possible
•
Revente du surplus d’énergie
Identifier les nouveaux modèles économiques
Industrialisation de l’innovation
PMS: Architecture de principe
Fournisseur
Energie
126 kWc
4,1 kW
PV
Eolien
Power Management System
Charges
prioritaires
Charges
sécurisées
Charges non
prioritaires
Véhicule to
grid
Bornes de
recharge
Stockage
réversible
Batteries
Saft Li Ion 56 kWh
45 kWh
Gestion optimisée de la production PV
Optimisation de la puissance souscrite
Pilotage et valorisation des effacements
Gestion et pilotage de la surconsommation
Rénovation énergétique de
logements sociaux dans le cadre
du
Pacte Electrique Breton
Douarnenez Habitat
Jan DE HOOG
Sommaire
• Contexte
• Présentation du projet
• Mission du BET
• RT Existant
• Scénarios de rénovation
• Analyse technico-économique
Contexte
• Pacte Electrique Breton
-
Partenaires : Etat, Région Bretagne, RTE, ADEME & ANAH
3 Constats :



-
Situation péninsulaire bretonne
Faible autoproduction (8%)
Dynamisme démographique et économique
3 Actions :



Renforcer la maîtrise de la demande en électricité (MDE)
Développer les EnR
Sécurisation de l’alimentation électrique (production et réseaux)
• Appel à Projet FEDER (Fonds Européen de développement régional)
« Réhabilitation thermique des logements sociaux en chauffage électrique »
- Diminution de 40% des consommations
- Consommation après travaux Cep < 230 kWhEP/m².an
Présentation du projet
• 16 Logements - Gourlizon (29)
-
Construction : 1988
Typologie : 6 T2 (70 m²), 6 T3 (90 m²) et 4 T4 (100 m²)
Mode constructif :




-
Dalle béton sur TP avec isolation périphérique
Murs en maçonnerie traditionnelle, isolation intérieure
Plafonds (rampants et combles), isolation laine minérale
Menuiseries PVC, double vitrage
Equipements techniques



Chauffage effet joule (convecteurs et accumulateurs)
ECS Electrique
VMC Simple Flux Autorèglable
Mission du BET
• Etudes préliminaires
-
Diagnostic de l’existant
Définitions de scénarios travaux
Analyse technico-économique
• Maîtrise d’œuvre
-
Etudes de conception (AVP & PRO)
Analyse des offres (ACT)
Suivi de chantier (VISA, DET & AOR)
RT Existant
 Evaluation de 3 critères avant et après travaux :
-
Ubât : Coefficient de déperditions du bâti (W/m².°C)
Cep : Consommation d’énergie primaire (kWhEP/m².an)

-
Usages : Chauffage, ECS, Climatisation, Eclairage et Auxiliaires
Tic : température conventionnelle intérieure (°C)
 Etat initial :
Logement Type 2
Logement Type 3
Logement Type 4
Scénarios de rénovation
 Scénarios 1 : Travaux d’isolation d’enveloppe
-
Remplacement des menuiseries et portes d’entrée
Isolation extérieure
Renforcement isolation des combles
Mise en place d’une ventilation simple flux hygro B
 Scénarios 2 : Changement d’énergie
-
Mise en place de PAC Air/Eau pour le Chauffage & ECS avec réseau de chauffage
BT
Mise en place d’une ventilation simple flux hygro B
Scénarios de rénovation
Scénarios 1 : Performance après travaux
T2:
T3:
T4:
 Scénarios 2 : Performance après travaux:
T2:
T3:
T4:
Analyse technico-économique
 Investissements :
-
Scénario 1 :
Scénario 2 :
490 000 € HT (soit 30 625 € HT/logement)
219 000 € HT (soit 13 960 € HT/logement)
 Consommations énergétiques (Chauffage, ECS & Auxiliaires) :
-
Référence :
Scénario 1 :
Scénario 2 :
220 000 kWh/an
20 500 € TTC/an
113 000 kWh/an
10 500 € TTC/an
70 000 kWh/an
6 500 € TTC/an
 Temps de retour actualisé :
-
Scénario 1 :
Scénario 2 :
> 30 ans
15 ans

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