Projet soutenu par. 24 juin 2015 Ulg Campus d Arlon Pauline ABRAHAMS Equipe BEMS pabrahams@ulg.ac.be

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2 Projet soutenu par 24 juin 2015 Ulg Campus d Arlon Pauline ABRAHAMS Equipe BEMS pabrahams@ulg.ac.be

3 L équipe de recherche BEMS Le concept de maison E+ VallEnergie : action 3 simulation de maisons à énergie positive Les étapes de travail Résultats Etude de l enveloppe Etude des systèmes

4 l équipe BEMS rassemble des chercheurs impliqués dans des projets concernant à la fois l Utilisation Rationnelle de l Energie, en particulier dans le secteur des bâtiments, et la valorisation des Energies Renouvelables. Les activités dans le domaine de l Energie s appuient sur des moyens de mesure et ont recours aux techniques de simulation.

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6 DIRECTIVE 2010/31/UE sur la Performance Énergétique des Bâtiments (Directive PEB - refonte) nearly Zero Energy Building nzeb

7 Performance énergétique Besoin résiduel en énergie Production d énergie renouvelable élevée passive au minimum faible locale

8 Production d énergie renouvelable Solaire thermique Solaire photovoltaïque Besoin résiduel en énergie Chauffage Eau Chaude Sanitaire (ECS) Ventilation Éclairage Auxiliaires Bilan annuel

9 Maison performante Maison pratique Maison E+ «clés sur porte» Maison abordable

10 Travail du BEMS : Etude des plans fournis, Modélisation 3D des maisons : Google Sketchup, Choix des hypothèses de travail, Choix des variantes pour les simulations, Simulation dynamique du comportement thermique de chaque maison avec TRNSYS 17.

11 Choix des hypothèses Réflexion sur les variantes de simulation Etude de l enveloppe Etude des systèmes Résultats Enveloppe Systèmes Maison à énergie positive

12 Maison A Heinstert (BE) Maison B Heinstert (BE) Maison C Noerdange (LU) Maison D Boevange (LU)

13 Maison A Heinstert (BE)

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16 Généralités Surface de plancher chauffé [m²] Critère passif pour le chauffage [kwh/an] (rappel : 15 kwh/an.m²) 2164 Nombre de zones 12 Nombre de zones chauffées 7 Nombre de zones non-chauffées 5

17 Définir les hypothèses de travail

18 Régulation du chauffage Gains internes Occupation Éclairage Appareils électroménagers Ventilation Taux d infiltration

19 Consignes de Température Heure Semaine Week-end 16 C 20 C actif non actif janvier février mars avril mai juin juillet août sept. oct. nov. déc.

20 Gains internes A B C D Nombre de gains encodés ECLAIRAGE [Watts] Séjour Cuisine Chambres Bain Halls OCCUPATION [Watts] Séjour Cuisine Chambre (parents) Chambres (enfant) Bain APPAREILS [Watts] Cuisson Réfrigérateur Téléviseur

21 Occupation 0.8 Profil d'occupation du séjour h 00 7 h 00 7 h 00 8 h 00 8 h h h h h h h h h h h h h h 59

22 48 Chambre 1 42 Chambre Hall de nuit 50 Salle de bain Chambre Séjour 25 Hall 25 W.C 25 Annexe V : AGW du Ventilation mécanique double flux avec récupération de chaleur Système D 110 Cuisine Buanderie 35 Alimentation 185 m 3 /h Transfert Extraction 185 m 3 /h

23 Assurer une bonne étanchéité à l air Critère respecté : n50 de la maison passive renouvellement : 0,6 volume par heure à 50 Pa

24 Optimisation de l enveloppe

25 Architecture et type constructif Isolation Vitrage Protections solaires

26 Description du modèle Localisation Belgique (Sud Luxembourg) Orientation Type Type constructif Matériau constructif Matériau isolant Vitrage Ventilation 349 SUD (entrée) 169 NORD (jardin) neuf massif brique polystyrène expansé enrichi de graphite triple VMC double flux avec récupération de chaleur Taux infiltration n Occupation (nb. Occupants) 4 Consigne de température (jour/nuit) 20/16

27 Cas d une maison non isolée Cas de la maison VallEnergie U = 0,13 W/m²K n50 = 0,6 vol/h U = 0,10 W/m²K U = 0,58 W/m²K U = 0,13 W/m²K Isolation par l extérieur isolation continue

28 Triple vitrage Châssis PVC U châssis = 0,75 W/m²K Caractéristiques U vitrage = 0,58 W/m²K Fenêtres en façade - facteur solaire «g» = 0,584 Fenêtres de toiture - facteur solaire «g» = 0,451

29 Protections solaires externes Films opaques : type «screen» Fonctionnement automatique en été (en fonction du rayonnement solaire) ; pas de protection solaire en hiver

30 Optimisation des systèmes

31 Chauffage Production d eau chaude sanitaire Production d énergie renouvelable Chauffage électrique Ballon électrique Solaire thermique Poêle à pellets Ballon solaire Solaire photovoltaïque Air chaud VMC (élec.) Ballon solaire /PAC Pompe à chaleur

32 Objectif : maison à énergie positive

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34 Besoin annuel pour le chauffage [kwh/an] Impact de l'orientation sur le besoin annuel pour le chauffage Besoin annuel pour le chauffage [kwh/an] Limite du critère passif (kwh/an) % +19,4% -32,7% Modèle - Maison A (SUD ) Modèle - Maison A (EST ) Modèle - Maison A (NORD ) Modèle - Maison A (OUEST - 79 ) Modèle : Maison A - Résultats de simulation TRNSYS

35 Pourcentage annuel de surchauffe [%/an] Impact de l'orientation sur la surchauffe annuelle PHPP (25) PHPP (25) occupation Limite du critère passif (5%/an) 6% 5% 4.5% 4% 3.4% 3.4% 3% 2.7% 2% 1% 0% Modèle - Maison A (SUD ) Modèle - Maison A (EST ) 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% Modèle - Maison A (NORD ) Modèle : Maison A - Résultats de simulation TRNSYS Modèle - Maison A (OUEST - 79 )

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37 Besoin annuel pour le chauffage [kwh/an] Impact des valeurs U des parois (W/m²K) : EXIGENCES MINIMALES du PEB Besoin annuel pour le chauffage [kwh/an] % % Modèle - Maison A Exigences du critère passif Exigences PEB Modèle : Maison A - Résultats de simulation TRNSYS

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39 Pourcentage annuel de surchauffe [%/an] Impact des protections solaires sur la surchauffe annuelle PS : protections solaires VN : ventilation nocturne PHPP (25) PHPP (25) occupation Limite du critère passif (5%/an) 50% 45% 40% 35% 30% 25% 20% 46.8% 45.1% 35.6% 34.4% 15% 10% 11.0% 8.4% 05% 3.4% 2.7% 00% Modèle - Maison A (PS au SUD et VN) sans PS sans VN PS au SUD sans VN PS au SUD et à l'ouest sans VN Modèle : Maison A - Résultats de simulation TRNSYS

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41 Besoin annuel pour le chauffage [kwh/an] Impact du facteur solaire "g" des vitrages Besoin annuel pour le chauffage [kwh/an] ,5% +39% Modèle - Maison A facteur g : facteur g : Modèle : Maison A - Résultats de simulation TRNSYS

42 Pourcentage annuel de surchauffe [%/an] Impact du facteur solaire "g" des vitrages sur la surchauffe PHPP (25) PHPP (25) occupation Limite du critère passif (5%/an) 6% 5% 4.5% 4% 3.4% 3.4% 3% 2.7% 2% 1% 0% 0.0% 0.0% référence g g Modèle : Maison A - Résultats de simulation TRNSYS

43 Objectif : maison à énergie positive

44 Chauffage Production d eau chaude sanitaire Production d énergie renouvelable Chauffage électrique Ballon électrique Solaire thermique Poêle à pellets Ballon solaire Solaire photovoltaïque Air chaud VMC (élec.) Ballon solaire /PAC Pompe à chaleur

45 Étude de trois variantes de systèmes pour la production d ECS

46 Production d eau chaude sanitaire Ballon électrique Résistance : 2 kw Capacité : 200 litres

47 Production d eau chaude sanitaire Surface des capteurs : 6,96 m² (3 panneaux) Ballon électrique Ballon solaire Résistance : 2 kw Capacité : 200 litres ECHANGEUR 80% BALLON Boucle solaire : eau glycolée Boucle ECS : eau

48 Production d eau chaude sanitaire Surface des capteurs : 6,96 m² (3 panneaux) Ballon Ballon solaire électrique /PAC Capacité : 200 litres PAC ECHANGEUR 80% BALLON 6kW Boucle solaire : eau glycolée Boucle ECS : eau

49 Consommation électrique (kwh/an) Production d eau chaude sanitaire Ballon électrique Ballon solaire Ballon solaire /PAC Variantes : production d'eau chaude sanitaire ECS - chauffe eau électrique ECS - chauffe eau solaire + appoint electrique ECS - chauffe eau solaire + appoint PAC % -74% 0 Modèle : Maison A - résultats de simulation TRNSYS

50 Solaire thermique et solaire photovoltaïque

51 Production d énergie renouvelable Solaire thermique Nombre de modules : 3 Surface : 6,96 m² Inclinaison : 35

52 Production d énergie renouvelable Solaire photovoltaïque thermique Puissance crête : 4,8 kwc Surface disponible : 30 m² Nombre de modules : 20 Inclinaison : 35 Orientation : SUD

53 kwh/an Production d énergie renouvelable Solaire thermique part d'énergie renouvelable (kwh/an) part d'énergie non renouvelable (kwh/an) % 53% ECS 1 ECS 2 ECS 3 Ballon électrique Ballon solaire Ballon solaire /PAC

54 Production d énergie renouvelable Solaire photovoltaïque kwh/an production annuelle (kwh/an) - surface disponible panneau1 panneau2 panneau3 panneau4

55 Étude de plusieurs systèmes de chauffage

56 Chauffage Chauffage électrique

57 Chauffage Chauffage Poêle à électrique pellets

58 C Chauffage Chauffage Pompe Poêle Air chaud à électrique pellets chaleur pulsé T soufflage requise > 60 C C

59 Chauffage Chauffage Pompe Poêle à électrique pellets chaleur Capteurs solaires Circuit de chauffage Pompe à chaleur air/eau Ballon ECS

60 Maison E+ Maison passive Maison standard

61 Chauffage ECS Ventilation Éclairage Auxiliaires Production EnR Bilan énergétique Critère Radiateurs électriques Ballon électrique VMC Système D Profil type Solaire photovoltaïque kwh/an Radiateurs électriques Ballon solaire VMC Système D Profil type 2 pompes Solaire thermique (6,96m²) Solaire photovoltaïque kwh/an Radiateurs électriques Ballon solaire appoint PAC VMC Système D Profil type 2 pompes Solaire thermique (6,96m²) Solaire photovoltaïque -163 kwh/an Maison E+ Maison passive Maison standard

62 Chauffage ECS Ventilation Éclairage Auxiliaires Production EnR Bilan énergétique Critère Radiateurs électriques Ballon solaire appoint PAC VMC Système D Profil type 2 pompes Solaire thermique (6,96m²) Solaire photovoltaïque -163 kwh/an Poêle à pellets Ballon solaire appoint PAC VMC Système D Profil type 2 pompes Solaire thermique (6,96m²) Solaire photovoltaïque +12 kwh/an PAC / radiateurs Ballon solaire appoint PAC VMC Système D Profil type 2 pompes Solaire thermique (6,96m²) Solaire photovoltaïque +84 kwh/an Maison E+ Maison passive Maison standard

63 Maison A Maison B Maison C Maison D Puissance crête installée (kwc) Bilan énergétique annuel (kwh/an) 4,8 5,7 8,4 7, Critère

64 Pompe à chaleur air/eau Comportement des occupants Radiateurs Isolant performant (e=30 cm) Ventilation double flux Isolation par l extérieur Récupération de chaleur sur VMC Étanchéité à l air n50 = 0,6 vol/h Capteurs solaires thermiques Capteurs solaires photovoltaïques

65 Production locale d énergie renouvelable Performante Peu énergivore Résultats de l étude Pratique Accessible à tous

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