Le Grenelle de l environnement Les évolutions réglementaires dans le bâtiment résidentiel vers le BBC & BEPOS

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1 Le Grenelle de l environnement Les évolutions réglementaires dans le bâtiment résidentiel vers le BBC & BEPOS

2 Le bâtiment et ses usages Ce qui y rentre : Impact du climat Air neuf, extérieur Eau potable Electricité Energies fossiles Biens consommables Services Médias

3 Le bâtiment et ses usages Le bâtiment et ses usages sont CATALYSEURS de pollutions Ce qui en sort : Air vicié, pollué CO2 et GES Eaux usées et pluviales Chaleur Déchets Euros, pour payer les usages, la pollution & les taxes.

4 Contexte Protocole de Kyoto Directive Performance Énergétique des Bâtiments Plan climat 2004 Loi d orientation sur l énergie Grenelle de l environnement Diviser par 4 les émissions de gaz à effet de serre d ici 2050 «Facteur 4» Réglementation dans les bâtiments existants Renforcer la réglementation dans le neuf tous les 5 ans

5 Rappel des exigences réglementaires RT2005 Isolation du bâtiment U bât projet U bât max Consommation (Ch. Clim ECS Ecl. et Aux) en kwh-ep/m²an C projet C référence C projet (chauff. + refroid. + ECS) C max Confort thermique d été T ic été T ic réf (non climatisés) Caractéristiques enveloppe et équipements Caractéristiques minimales

6 Les valeurs RT 2005 de Cmax en kwh ep/m².an Chauffage Rafraîchissement et Eau Chaude Energie Zone H Electrique Effet Joule ou PAC Energies Fossiles et autres H H H

7 Les étiquettes du DPE Diagnostic de Performance Energétique Etiquette énergie Etiquette climat Logement économe Faible émission de GES 50 A 5 A 51 à 90 B 91 à 150 C à 10 B 11 à 20 C à 230 D 21 à 35 D 231 à 330 E 36 à 55 E 331 à 450 F 56 à 80 F > 450 G > 80 G Logement énergivore kwh ep/m².an Forte émission de GES kg CO 2 /m².an

8 Conditions d obtention des labels Labels C réf C ep max * HPE -10 % -10% HPE EnR -10 % -10% THPE -20 % -20 % THPE EnR -30% -30% Cep 50 (a+b) * BBC 2005 a, b fonction zone climatique et altitude sinon Cep 50% C réf * Uniquement pour les bâtiments à usages d habitation

9 3 indicateurs principaux Energie : kwh/m².an (énergie finale & primaire) Environnement : kg CO2/m².an (GES) Economie : /m²(investissement) et /m².an (exploitation) Mais sans oublier l environnrment : l eau, la qualité de l air, le niveau sonore.

10 Evolution des sources d énergie Consommation d énergie totale Importance de la consommation d énergie primaire pour le chauffage & ECS Charbon 500 g CO 2 /kwh Fioul 274 g CO 2 /kwh Électricité 0 à 1200 g CO 2 /kwh Gaz 234 g CO 2 /kwh EnR & Gaz Solaire, Nouveaux Concepts g CO 2 /kwh

11 Quelques indicateurs par kwh Énergie kwh ep CO 2 gr/kwh DRA gr/kwh c TTC/kWh Fioul Électrique Usage courant Électrique Chauffage Gaz Propane Gaz Naturel Bois Solaire

12 Le trio des sources d énergie EnR : Solaire, Bois, Sources Renouvelables Fossiles : Fioul, Gaz Naturel, Propane Electricité : Fissibles, Fossiles & EnR

13 Les Besoins Gestion des Apports Solaires Les Systèmes La Synthèse Site Climat & Ressources Ventilation QAI Typologie Bâtiment & les usages Isolation Thermique

14 Méthode de calcul ENERGIE PRIMAIRE Energie Thermique Energie Utile Pertes distribution génération Pertes dans Le bâtiment

15 Les nouvelles zones climatiques H2a H1a H1b Des données climatiques au pas horaire pour 8 sites de référence : température extérieure C, HR%, température eau froide C, vitesse de vent m/s, Irradiation Solaire W/m². H2b H1c Plus correctifs de situation : altitude m distance à la mer H2c H3 H2d

16 600 figure 1- Histogramme annuel des températures de Trappes (78) (d'après RT Clim CSTB) nombre d'heures par an (h) θe = 0 C environ 130 h/an Nb Heures (h) Température extérieure ( C)

17 Coefficient de forme P : Périmètre (m) A : Surface (m²) Cf = Périmètre (m) Surface (m²)

18 Solstice d hiver 21 décembre Équinoxe de printemps 21 mars Solstice d été 21 juin Équinoxe d automne 21 septembre

19 Course du soleil au Solstice d hiver Décembre (solstice d'hiver) 20 janvier - 21 novembre 24 février - 19 octobre 70 11h 12h 13h 21 mars - 23 septembre (équinoxes) 16 avril - 28 août 21 mai - 23 juillet 60 10h 14h 22 juin (solstice d'été) 50 9h 15h Hauteur ( ) 40 8h 16h 30 7h 17h 20 6h 10h 11h 12h 18h 13h 14h 15h 10 9h 0 8h 16h EST 7h 17h SUD OUEST Azimut ( )

20 Course du soleil aux équinoxes de printemps / automne Décembre (solstice d'hiver) 20 janvier - 21 novembre 24 février - 19 octobre 70 11h 12h 13h 21 mars - 23 septembre (équinoxes) 16 avril - 28 août 21 mai - 23 juillet 60 10h 14h 22 juin (solstice d'été) Hauteur ( ) h 9h 10h 11h 12h 13h 14h 15h 16h 30 7h 9h 15h 17h 20 8h 16h 10 6h 7h 17h 18h 0 6h 18h EST SUD OUEST Azimut ( )

21 Course du soleil au solstice d été Décembre (solstice d'hiver) 20 janvier - 21 novembre 24 février - 19 octobre 70 11h 11h 12h 13h 13h 21 mars - 23 septembre (équinoxes) 16 avril - 28 août 21 mai - 23 juillet 60 10h 10h 14h 14h 22 juin (solstice d'été) Hauteur ( ) h 6h 7h 7h 8h 8h 9h 9h 15h 15h 16h 16h 17h 17h 19h 18h 5h 0 EST SUD OUEST Azimut ( ) 20h

22 Durée d insolation et flux solaire Solstice d hiver Équinoxe Solstice d été Durée insolation 8 h 12 h 16 h Vertical Sud (kwh/m² jour) Vert. Est/Ouest (kwh/m² jour) Vertical Nord (kwh/m² jour) Horizontal (kwh/m² jour)

23 Isolation Intérieure Mur béton 20 + isolant R = 3.0 sans rupteur pth (pont thermique) Dalle béton U =0.30 (W/m².K) Ψ = 0,97 W/(m.K)

24 Isolation Intérieure Mur béton 20 + isolant R = 3 avec rupteur pth (pont thermique) Dalle béton U =0.30 (W/m².K) Ψ = 0,27 W/(m.K)

25 Mur béton 20 + isolant extérieur R = 3.0 Dalle béton U =0.30 (W/m².K) Ψ = 0,06 W/(m.K)

26 Monomur Terre Cuite 37 cm Isolation répartie et traitement pont thermique Dalle béton U = 0.32 (W/m².K) Ψ = 0,29 W/(m.K)

27 Le poids des ponts thermiques

28 Résultats comparés & pertinence économique Isolant Intérieur Intérieur Extérieur TC 30 TC 37,5 Traitement Pth non rupteur oui intégré intégré U W/Km² Ψ W/Km H moyen / m² W/Km² Impact Pth % 57% 27% 8% 25% 28% Gain % -41% -53% -30% -36% Prix / m² /m² Pertinence /W/K

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30 Isolation et Inertie Thermique Déperditions Chauffage Apports Gratuits Déperds = H x ( θc θe) AG = Apports Internes + Apports Solaires Besoin de Chauffage Bch = Déperds η AG Avec η rendement récupération η = fonction inertie et rapport AG/Déperds

31 Evolution η en fonction inertie faible Evolution récupération des apports en fonction x et inertie thermique Rendement de récupération infinie nulle Ct = 11.5 h Rapport x = Apports / déperditions

32 Bâtiment de faible inertie Bilan Besoin Chauffage (kwh/j) Constante Temps 15.8 h Jan. Fev. Mars Avr. Mai Juin Juil Aout Sept Oct. Nov. Dec. Moy AG Perdus AG Récup B Chauf

33 Evolution η en fonction inertie FORTE Evolution récupération des apports en fonction x et inertie thermique Rendement de récupération infinie nulle Ct = 60.5 h Rapport x = Apports / déperditions

34 Bâtiment de Forte Inertie Bilan Besoin Chauffage (kwh/j) Constante Temps 73 h Jan. Fev. Mars Avr. Mai Juin Juil Aout Sept Oct. Nov. Dec. Moy AG Perdus AG Récup B Chauf

35 Comparatif de bilan thermique Inertie Très forte Très faible Très faible + isolant H Totale (W/K) Ct temps (h) Déperd (kwh/m².an) AG (kwh/m².an) AG Récupérés (kwh/m².an) Bch (kwh/m².an) Tmoy ( C) Pour un même bilan il faut 10 W/K d isolant en plus Soit un gain de 0.10 W/K m² de mur extérieur ou 6 cm isolant TH 32

36 Ventilation mécanique et naturelle Equilibre aéraulique débit entrant = débit sortant Ventilateur Débit /Pression Consommation We Réseau d extraction qualité et niveau de pression Climat extérieur θ ext C et V vent m/s Bouche d extraction Y m3/h modulé MEA X m3/h Ambiance θ int C et P int (Pa) Perméa enveloppe m3/h / m² sous 4 Pa

37 Pertinence de la ventilation Système Débit énergétique m3/h Niveau de Prix HT Pertinence Energétique /W/K Simple Flux Basic Référence Simple Flux Qualité Hygroréglable A Hygroréglable B Double Flux Exemple simplifié sur une maison individuelle type 4 de 100 m²

38 A - Solaire Direct A - Internes + Récupérables Air neuf Conv. Ray. θei θi P Convec Baies θop t i ve θes θs Parois Opaques θm P rayonnante Emetteur P (W) θem Cm Masse thermique

39 Janvier

40 Méthode de calcul ENERGIE PRIMAIRE Pertes récupérables Conversion Combustible Electricité Génération Stockage Distribution Emission Besoin Chaleur? Electricité Auxiliaires

41 P [kw] Cumul des Puissances sur la période de chauffage P = a + bβ + cβ² Calcul des consommations : La consommation d énergie est égale au cumul sur la période des produits P[kW] x t[h] θnc (P θ θ tθi) C [kwh] = eb i θ θeb θ θnc θa θe [ C] t [h] C [kwh] P (θe) x t (θe) Histogramme de t (θe) θeb θ θnc θa θe [ C] θeb θ θnc θa θe [ C]

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44 T 40K T 40K Plancher Chauffant Basse Température

45 Solaire Photovoltaïque

46 RT à 2020 BBC BEPAS BEPOS.

47 La RT 2010 Dès début Niveau d isolation renforcé, au niveau des ponts thermiques, des parois opaques et transparentes. Evolution de la qualité de l air et système de ventilation Notion de H (déperditions par m² chauffé) Meilleure intégration et valorisation de la conception bioclimatique, été comme hiver

48 La RT 2010 Performances accrues des équipements : Pompe à Chaleur en Electrique Condensation en gaz Réseau de chaleur avec EnR (géothermie ) EnR Solaire. Une seule référence C < 90 kwhep/m².an + correctif en fonction zone H et altitude du lieu + étiquettes DPE en énergie & CO2

49 RT 2010 Réalisations d opérations de démonstrations à grande échelle de bâtiments : BBC : Bâtiment Basse Consommation à C < 50 kwh ep/m² an (+ correctif de zone H) BEPAS : Bâtiment Energie PASsif à C Chauffage < 15 kwh ep/m² an BEPOS : Bâtiment Energie POSitif le C compensé par EnR (PV,cogén.) + Plan d accompagnement Fiscal et Social (Prêts )

50 RT 2012 ou 2015 Généralisation des Bâtiments Basse Consommations BBC C < 50 kwh ep/m².an Vers le Bâtiment Energie PASsif : moins de 15 kwh ep/m².an de chauffage Vers le Bâtiment Energie POSitif : Consommations du C compensées par EnR

51 RT 2020 dans le neuf Généralisation : des Bâtiments Positifs BEPOS : Consommations du C compensées par EnR Si validation des aspects qualité d air et confort d été.

52 La feuille de route Réglementation Energétique Evolution du Cref en kwhep/m².an RT 2005 Elec RT 2005 Gaz RT 2010 RT 2012 BBC RT 2020 BEPOS

53 Répartion du C par poste RT Elec Gaz Chauffage Eau Chaude Eclairage 7 7 Auxilliaires 6 7

54 Bilan en Chauffage Gaz Evolution du poste chauffage Déperditions Besoin Ch Gaz Pertes Système AG perdus AG récupéré Besoin Ch Air Neuf Parois

55 Bilan en Chauffage Electrique Evolution du poste chauffage Déperditions Besoin Ch Elec Ch PAC Pertes Système AG perdus AG récupéré Besoin Ch Air Neuf Parois

56 Bilan Eau Chaude Sanitaire Evolution du bilan Eau Chaude Sanitaire Elec Gaz CESI Gaz CESI Elec CE PAC Génération Stockage Distritution Besoin ECS A S ou ENR

57 Comment optimiser sous la contrainte 90 kwhep/m².an

58 L efficience? Optimiser les moyens mis en œuvre pour obtenir le meilleur résultat possible Moyens Je suis Performant Efficience Efficience Je suis Efficient Résultats

59 Pertinence Economique des investissements Solution A B delta Investissement HT/U Consommation kwhep/u.an B-A 60 A B 30 Pertinence Economique HT/ kwh ep.an 2.0

60 Pertinence & Efficience Pertinence = Coût C Plus le rapport est faible, mieux c est, C est l EFFICIENCE Plus le rapport est FORT, moins c est, Il faut mieux EVITER

61 Exemple Bâtiment de forme compacte Niveau de 400 m² passage Cf de 6.5 à 4.5 Périmètre passe de 130 à 90 m Coût Façade (même typologie) passe de 50 à 35 k = - 15 k Perte thermique de 200 à 140 W/K Consommation de à 8400 kwhep Pertinence de / 3600 = Soit = /kwhep.an

62 Comparatif Mur Extérieur Base = Parpaing 20 doublage Th Variante Monomur TC 37 Différence coût façade + 30 HT/m² Différence consommation 12 kwhep/m².an Pertinence = 30 / 12 Soit = 2.5 /kwhep.an

63 Capteur Solaire Photovoltaïque Prix de Base = 800 HT/m² Apport énergie électrique zone H1a = 115 kwh/m².an Conversion en énergie primaire = 135 x 2.58 = 300 kwhep Pertinence = 800 / 300 Soit = 2.67 /kwhep.an

64 Chaudière Gaz Condensation Delta Prix BT Condensation = 700 HT Economie d Energie = 1750 kwhep. an Pertinence = 700 / 1750 Soit = 0.43 /kwhep.an

65 Pompe à Chaleur Air/Eau Delta Prix /Gaz BT = 4500 HT Economie d Energie = 6000 kwhep.an Pertinence = 4500 / 6000 Soit = 0.75 /kwhep.an

66 Pertinence de diverses solutions SOLUTION Pertinence /kwh ep. an 1 W/K d isolation thermique en +/- 0.8 à 2.5 Inertie thermique (faible/ FORTE) 0.5 à 2.0 Bâtiment étanche (1.3 à 0.8) 0.5 à 1.2 VMC hygro B de qualité 0.4 à 0.8 VMC Double Flux 2.5 à 3.5 Chauffe Eau Solaire CESI 2.0 à 4.0 Chauffe Eau PAC Thermo Air Extrait 1.5 à 2.5 Chaudière Gaz Condensation 0.4 à 1.2 Pompe à Chaleur Air / Eau 0.7 à 3.0

67 C en kwh/m² an C Inv HT C kwhep/m²

68 C en kwh/m² an C Exp / 10 ans C kwhep/m²

69 C en kwh/m² an C Inv HT + Exp / 10 ans C kwhep/m²

70 Concept Label Home Imérys Bruno BOSCHETTI Architecte CARDONNEL Ingénierie Etiquette énergie Etiquette climat Logement économe Faible émission de GES 50 A 51 à 90 B 91 à 150 C 151 à 230 D 231 à 330 E 331 à 450 F > 450 G A 6 à 10 B 11 à 20 C 21 à 35 D 36 à 55 E à 80 F > 80 G Logement énergivore kwh ep/m².an Forte émission de GES kg CO 2/m².an 6 maisons individuelles + locaux partagés Conception en Terre Cuite UBât -25% Chauffage & ECS collectif Hybride PAC + Gaz Condensation Capteurs PV 50 m², niveau de label BBC Moins de 50 kwhep/m² et 6 kg CO2/m²

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73 L isolation thermique du bâtiment Plr. Hauts Baies Murs Ext Référence Projet Plr. Bas Répartition des déperditions UBât = 0.43 soit -23% / UBât Ref 45% 11% 11% Plr. Bas Murs Ext. Baies Plr. Hauts 33%

74 Besoins de chauffage = 35 kwh/m² Evolution du besoin chauffage et gains Gain Inertie th Gain Perméa Gain Vent Hyg. B Gain Isolation MTC G Apports Solaires Besoin Ch final 10 0 Gain Vent Hyg. B 8% Gain Perméa 7% Référence Projet Gain Isolation MTC 15% Gain Inertie th 2% G Apports Solaires 14% Besoin Ch final 54%

75 Les solutions électriques 1. Panneaux Rayonnants + CE Electrique NF B dans chaque logement 2. Panneaux Rayonnants + CE PAC Collectif sur l air extrait 3. Plancher Chauffant + PAC Air/Eau + CE PAC Collectif sur l air extrait 4. Plancher Chauffant + PAC (dito) + Panneaux Solaires PV ( 8 m²/appt)

76 Solutions en énergie électrique Isolation Ref RT MMTC 37.5 MMTC 37.5 MMTC 37.5 MMTC 37.5 Ventilation Ref RT Hygro B Hygro B Hygro B Hygro B Chauffage Effet Joule Pan. Ray. Pan. Ray. PCBT PCBT Eau Chaude CE Elec CE Elec CE PAC AE CE PAC AE CE PAC AE Descriptif des équipements Isolation thermique Génération Elec E Joule Elec E Joule Elec E Joule PAC A/E PAC A/E Solaire PV 8 m²/appt U Bât du bâtiment W/Km² env Delta sur Isolation 0% -23% -23% -23% -23% Besoins Totaux kwh/m² C énergie primaire kwhep/m² Gain sur C référence % 0% -29% -52% -73% -83% Niveau de label THPE THPE THPE BBC niveau étique énergie E D C B A niveau étiquette env. C B B A A Coût Exploitation Total TTC/m² % -23% -42% -58% -106%

77 Solutions Electriques Comp ep. C aux + écl C ECS C Chauf. PV solaire Référence PR + CE elec. PR + PAC ECS PCBT + PAC A/E PAC + PV

78 Les solutions gaz naturel 1. Radiateurs Chaleur Douce + Génération collective BT Chauffage et ECS 2. Plancher Chauffant + Génération Collective Condensation 3. Plancher Chauffant + PAC Air/Eau + Appoint Gaz (Hybride) 4. Plancher Chauffant + PAC Air/Eau + Appoint Gaz (Hybride) + Panneaux Solaires PV ( 8 m²/appt)

79 Solutions en énergie gaz naturel ou hybrides Isolation Ref RT MMTC 37.5 MMTC 37.5 MMTC 37.5 MMTC 37.5 Ventilation Ref RT Hygro A Hygro A Hygro A Hygro A Chauffage Rad DT 40 Rad DT 40 PCBT PCBT PCBT Eau Chaude Accu Gaz Accu Gaz Accu Gaz CE PAC AE CE PAC AE Descriptif des équipements Isolation thermique Génération Gaz BT Gaz BT Gaz Cond PAC + G Cd PAC + G Cd Solaire PV 8 m²/appt U Bât du bâtiment W/Km² env Delta sur Isolation 0% -23% -23% -23% -23% Besoins Totaux kwh/m² C énergie primaire kwhep/m² Gain sur C référence % 0% -21% -33% -48% -70% Niveau de label THPE THPE BBC BBC niveau étique énergie C B B A A niveau étiquette env. D C C A A Coût Exploitation Total TTC/m² % -37% -44% -60% -117%

80 Solutions Gaz Naturel Comp ep. C aux + écl C ECS C Chauf. PV solaire Référence Rad + BT PCBT + Cond PAC Hybride PAC Hyb. + PV

81 Les points importants Forme Compacte et bien isolée Conserver de l inertie thermique Orientation «Sud» des baies dans le ratio 1/6 à 1/5 (m² de baie par m² habitable) Ventilation simple flux modulée, de qualité avec récupération de chaleur air extrait Récupérer l énergie du bâtiment Solutions réversibles, basse température gaz ou hybride avec PAC

82 Evolution RT 2010 (rappels) Une valeur de C max par zone H Des valeurs gardes fous ou minimales Pas de solution de référence Nouvelle méthode de calcul RT 2010 plus cohérente et didactique Une seule méthode pour la RT DPE Faisabilité Affichage kwhep et kg CO2 /m².an Notion de H W/K d isolation du bâti Valorisation de la conception bioclimatique Vers une notion de garantie de résultat global

83 La Règle des C Conseils et Conception Cohérente Chantier et Construction de Qualité Commissionnement des systèmes Comportement Citoyen des Usagers

84 Questions / Réponses Echanges