Séminaire Bâtiment durable

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2 Séminaire Bâtiment durable Un été sans climatisation, c est possible! Bruxelles Environnement Concevoir un bâtiment pour limiter ses besoins de froid Anne-Laure MAERCKX Cenergie

3 Objectif(s) de la présentation Comment obtenir un bon confort estival sans faire usage de climatisation active («airco»)? Différents concepts pour éviter la climatisation classique: présentation et explication 3

4 Plan de l exposé Théorie: définition du confort estival Limiter la demande de froid: à l extérieur Limiter la demande de froid: à l intérieur Répondre à la demande de froid d une manière peu énergivore Valider le confort au moyen de simulations 4

5 THEORIE : définition du confort estival Température de confort Moyenne de la température de rayonnement et de la température de l air Dépassements de température PMV (Predicted Mean Vote), PPD selon Fanger 5

6 THEORIE : définition du confort estival Dépassements de température PMV (Predicted Mean Vote), PPD selon Fanger Viser la satisfaction de 90% des gens pendant 90% du temps. 90% satisfaction implique PMV = 0,5, soit 25ºC dans des conditions de bureau moyennes. 90% du temps implique dans un bureau, si 2000 heures de travail, 200 heures de dépassement possible :100 heures en hiver et 100 heures en été. critère pour les surchauffes de maximum 100h > 25ºC. 6

7 THEORIE : définition du confort estival Dépassements de température Modèle adaptatif: le corps humain s adapte à son environnement climatique Norme NBN EN15251 : catégories de confort 7

8 THEORIE : définition du confort estival Dépassements de température Locaux climatisés: Catégories vs PMV PMV vs T de consigne 8

9 Température opérative THEORIE : définition du confort estival Dépassements de température Locaux non-climatisés: Définition d autres plages de confort Preuve du respect: simulation dynamique ou monitoring 35 C Limite_sup cat III 30 C Limite_sup cat II 25 C Limite_sup cat I 20 C Limite_inf cat I 15 C -15 C -10 C -5 C 0 C 5 C 10 C 15 C 20 C 25 C 30 C Température de référence Limite_inf cat II Limite_inf cat III Source: Matriciel 9

10 THEORIE : définition du confort estival Dépassements de température Locaux non-climatisés (ouverture des fenêtres = méthode de base pour réguler le climat intérieur) 10

11 THEORIE : définition du confort estival Risque de surchauffe selon la fonction Logement: risque limité dans les habitations (charges internes peu élevées) Bâtiments tertiaires (bureaux et écoles): risque élevé de surchauffe car charges internes élevées (occupation, bureautique, éclairage) 11

12 Se passer de refroidissement actif: Stratégie AGIR DÈS LA CONCEPTION!!!! 1. Limiter la demande: Limiter les charges externes : Orientation du vitrage Mise en place de protections solaires Réduction des charges internes Eclairage Bureautique Occupation 2. Répondre à la demande de manière «passive» Ventilation nocturne intensive (night cooling) + inertie thermique Ou plafonds rayonnants avec forages géothermiques Appoints avec puits canadien et/ou free-cooling (ouverture des fenêtres pour créer un courant d air) 3. Vérifier que le confort est atteint au moyen de simulations NB: confort psychologique: interactions possibles des occupants avec leur environnement (dérogations protections solaires et ouverture des fenêtres) 12

13 Limiter la demande de froid à l extérieur VITRAGE Orientation et surface bâtiments résidentiels Vitrage maximal sur la façade sud : maximiser les gains solaires pendant l hiver Surface vitrée limitée sur les façades est et ouest : maximum 20% de la surface de sol Surface vitrée limitée sur la façade nord : maximum 20% de la surface de sol Compromis entre «réduire les pertes de transmission» et «maximiser les gains solaires» 13

14 Limiter la demande de froid à l extérieur VITRAGE Orientation et surface bâtiments tertiaires Surface vitrée limitée sur la façade sud : maximum 20% de la surface de sol Surface vitrée limitée sur la façade sud : maximum 20% de la surface de sol Vitrage principalement sur la façade nord : maximaliser l entrée de la lumière du jour Compromis entre «maximiser l entrée de la lumière du jour» et «limiter les charges solaires» 14

15 Limiter la demande de froid à l extérieur VITRAGE ET PROTECTIONS SOLAIRES Vitrage à contrôle solaire Caractéristique du vitrage Également possible pour les rénovations : film de protection solaire Valeurs typiques g = 0,10...0,45 Transmission lumineuse = 0,10 0,45 Variante : vitrage spectral sélectif g = 0,17 0,43 Transmission lumineuse = 0,30 0,70 15

16 Limiter la demande de froid à l extérieur VITRAGE ET PROTECTIONS SOLAIRES Vitrage à contrôle solaire AVANTAGES : Bon marché Aucun entretien Durée de vie importante Vue dégagée vers l extérieur Pour les petites rénovations, parfois l unique solution INCONVENIENTS : L effet de reflet peut être ressenti comme gênant Pilotage impossible Moins de gains de chaleur durant l hiver (incompatible avec le concept passif) Pénétration réduite de la lumière du jour tout au long de l année (à l exception du vitrage à sélectivité spectrale) 16

17 Limiter la demande de froid à l extérieur PROTECTIONS SOLAIRES Protection solaire intérieure Protection solaire naturelle Protection solaire extérieure mobile écrans Protection solaire extérieure mobile - lamelles Voir présentation suivante (Focus sur les protections solaires) 17

18 Limiter la demande de froid à l extérieur PROTECTIONS SOLAIRES Régulation de la protection solaire Très important dans les bâtiments tertiaires Commande possible sur base des éléments suivants : Température intérieure Valeurs Lux à l extérieur Intensité solaire à l extérieur [W/m²] Sécurités Sécurité contre le vent Sécurité contre l humidité Laveur de vitres Permettre l intervention manuelle («overrule») 18

19 Limiter la demande de froid à l intérieur ECLAIRAGE Puissance installée Maximum 10 W/m² pour les bureaux Éclairage TL haute performance avec ballast électronique Éviter l éclairage halogène et à incandescence Régulation Compensation de la lumière du jour : «dimming» en fonction de la lumière du jour entrante Détecteur de présence 19

20 Limiter la demande de froid à l intérieur APPAREIL DE BUREAUX ET MULTIMEDIA Puissance installée 15 W/m² au maximum pour les bureaux Éviter que des appareils restent inutilement allumés : régler la position de veille PC fixe Écran plat supplémentaire Ordinateur portable Imprimante Télévision 100 W 60 W 60 W 140 W 150 W 20

21 Limiter la demande de froid à l intérieur OCCUPATION PAR LES PERSONNES Puissance fournie Dépend de l activité En moyenne 100W/personne pour les activités de bureau Différence homme/femme Vêtements Facteur d habillement «clo» Influence considérable sur le ressenti du confort Abandonner l idée fixe des costumes : plus grande tolérance vis-àvis de températures intérieures plus élevées 21

22 REPONDRE A LA DEMANDE DE FROID D UNE MANIERE PEU ENERGIVORE Ventilation de nuit Refroidir la masse du bâtiment la nuit au moyen d air extérieur relativement frais à haut débit typiquement 5 à 10 vol/h Besoin d inertie thermique Accumulateur frigorifique pour la journée Disponibilité : pas de faux plafonds Arrivée via des éléments de façade (motorisées) Extraction via : Ouvertures dans le haut de la cage d escalier (effet cheminée) Extracteur en toiture (mécanique) 22

23 REPONDRE A LA DEMANDE DE FROID D UNE MANIERE PEU ENERGIVORE Ventilation de nuit Ventilation de nuit via le groupe d air? peu optimal : uniquement quand il n y a pas d autre solution Consommation relativement élevée de ventilateurs Limitations Possibilité de courants d air et de nuisances acoustiques Protection de la vie privée & sécurité contre les cambriolages (ouvertures sécurisées) Uniquement possible si la masse thermique est suffisante (et disponible) Difficilement applicable dans les projets résidentiels 23

24 REPONDRE A LA DEMANDE DE FROID D UNE MANIERE PEU ENERGIVORE Ventilation de nuit Bons résultats pratiques dans les bâtiments de bureaux Méthode performante de refroidissement passif Confort attendu : heures de surchauffe Nombre d heures > 25 C limité à 5% du temps d utilisation Nombre d heures > 28 C limité à 1% du temps d utilisation 24

25 REPONDRE A LA DEMANDE DE FROID D UNE MANIERE PEU ENERGIVORE Détermination des débits d air : débits requis Ventilation nocturne : vol/h Le volume net des locaux à refroidir détermine le débit Le nombre exact d échanges de volume doit être déterminé sur base de simulations de confort dynamiques En complément: Freecooling : vol/h Le volume net des locaux à refroidir détermine le débit Le nombre exact d échanges de volume doit être déterminé sur base de simulations de confort dynamiques 25

26 REPONDRE A LA DEMANDE DE FROID D UNE MANIERE PEU ENERGIVORE Puits canadien Synonymes : échangeur de chaleur géothermique, échangeur de chaleur sol/air, puits provençal Principe de fonctionnement : la température du tuyau souterrain est relativement stable en été, l air est légèrement refroidi en hiver, l air est légèrement préchauffé Exécution : Placement à une profondeur de +/- 2 m Longueur +/- 50 m Pente 2% 26

27 REPONDRE A LA DEMANDE DE FROID D UNE MANIERE PEU ENERGIVORE Puits canadien Pour les projets tertiaires: permet surtout d équilibrer les pics de température Insuffisant pour les projets résidentiels : débits d air trop faibles pour générer une capacité de refroidissement suffisante. 27

28 REPONDRE A LA DEMANDE DE FROID D UNE MANIERE PEU ENERGIVORE Puits canadien Risque de formation de moisissure et stagnation des eaux de condensation Une bonne exécution est importante! Prévoir une pente correcte Finition lisse de la paroi intérieure indispensable Long temps de retour (travaux de terrassement onéreux) 28

29 REPONDRE A LA DEMANDE DE FROID D UNE MANIERE PEU ENERGIVORE Stockage géothermique par puits de forage (BEO) Échangeur géothermique vertical Combinaison avec une pompe à chaleur Emission sur le long terme Profondeur 20 à 150m Prélever de la chaleur en hiver Ajouter de la chaleur en été Limitations Caractéristique du sol Demande de froid = demande de chaleur 29

30 REPONDRE A LA DEMANDE DE FROID D UNE MANIERE PEU ENERGIVORE Stockage chaud froid (KWO) une ou plusieurs sources à une distance d une centaine de mètres les unes des autres En fonction de la demande de froid ou de chaleur, l eau souterraine est pompée dans une source et après un échange de chaleur ou de froid, elle est réinjectée dans une autre source. 30

31 VALIDATION AU MOYEN DE SIMULATIONS Lors de la conception, évaluer les choix posés et leur impact sur le confort au moyen de simulations Choix architecturaux (% de vitrage, type de protections solaires, ) Choix techniques (ventilation nocturne, free-cooling, ) Quel type de simulations? Simulation statiques: recours à des valeurs mensuelles standard (Ex: logiciel PEB, PHPP). Avantages: des résultats peuvent être obtenus rapidement, à moindre coût. Inconvénients: résultats peu détaillés, peu précis Pour les petits bâtiments ne présentant pas de risques trop importants de surchauffe (logement, ) 31

32 VALIDATION AU MOYEN DE SIMULATIONS Quel type de simulations? Simulations dynamiques détaillées (Ex: Trnsys, EnergyPlus, ) Avantages: précision, càd intervalle de temps de calcul détaillé zonage détaillé, occupation, Donnent une bonne idée de la situation projetée Inconvénients: étude détaillée nécessitant le recours à un bureau d études spécialisé Pour les bâtiments présentant des risques importants de surchauffe (presque tous les bâtiments de bureaux, ) Simulations dynamiques issues de base de données (Ex: AlterClim) Avantages: résultats rapides, plus précis qu une simulation statique Inconvénients: simulation néanmoins peu précises (vs sim. dyn. détaillées) résultats à interpréter de manière critique 32

33 VALIDATION AU MOYEN DE SIMULATIONS Résultats? Indication du risque de surchauffe Nombre d heures de surchauffe, température maximale atteinte, indice de surchauffe Source: Cenergie 33

34 CONCLUSION Se passer de climatisation active, c est possible si l on s attaque à la question dès le début du projet. Cela nécessite d agir au niveau de l enveloppe (vitrage, protections solaires, ) et des installations techniques (éclairage, ventilation) Pour les bâtiments présentant des risques importants de surchauffe, le confort estival et le recours au refroidissement passif nécessitent le recours aux simulations dynamiques détaillées 34

35 Outils, sites internet, etc intéressants : Site internet Energie + ( Outils de simulations (PEB, PHPP, AlterClim, Trnsys, EnergyPlus) Références Guide Pratique pour la construction durable et autres sources : ENE03, ENE06, ENE07, ENE08, ENE13 35

36 Ce qu il faut retenir de l exposé La stratégie de refroidissement passive doit être pensée dès les débuts du projet La climatisation passive est uniquement possible en combinaison avec une réduction considérable de la demande de froid Les concepts appliqués dépendent de la fonction du bâtiment 36

37 Contact Anne-Laure MAERCKX Conseillère en construction durable Coordonnées : 02/ anne_laure.maerckx@cenergie.be 37