Comprendre et améliorer la performance énergétique des bâtiments

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1 Comprendre et améliorer la performance énergétique des bâtiments Dr. ir. Jean-Marie HAUGLUSTAINE, Chef de travaux Chargé de cours adjoint Formation des Responsables Énergie du secteur tertiaire & logement collectif de la RBC Bx-Envt-IBGE 17/04/08 Sommaire Le contexte international : Directive PEB Parois opaques / vitrées / ponts thermiques Infiltrations / exfiltrations / ventilation Du bilan global au niveau E Les choix architecturaux Les critères de la maison passive Optima économique / écologique Formation des Responsables Énergie RBC Bx-Envt 17/04/08 2

2 Développement durable ENTREPRENEURS Réchauffement climatique ÉTATS MEMBRES ENTREPRENEURS NÉGOCIANTS EN MATÉRIAUX K Y O T O UNION EURO- PÉENNE Cabinet ANTOINE DGTRE DGATLP MAÎTRES D OUVRAGE NOUVEAU PROPRIÉTAIRE ARCHITECTES Épuisement des ressources énergétiques RÉGIONS COMMUNES ARCHITECTES CERTIFICATEURS NOTAIRES Formation des Responsables Énergie RBC Bx-Envt 17/04/08 3 4

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4 Construction ou rénovation Utilisation Quelle énergie? MWh/an par poste de travail a b c d 14 bâtiment η systèmes a neuf moyen b neuf élevé c rénové élevé d neuf très élevé MWh/an par poste de travail Distance bâtiment / domicile usagers [km] Construction ou rénovation Utilisation Transport 30 MWh/an par poste de travail Formation des Responsables Énergie RBC Bx-Envt 17/04/ Bilan énergétique d un bâtiment Combustible fossile Électricité Niv. K Niv. K Be Be Énergie primaire Énergie primaire 8

5 Critères Pays Bâtiments neufs concernés parois Umax enveloppe Déperditions par l'enveloppe ventilation Déperditions par ventilation Coefficient de récupération solaire max. Besoins en énergie chauffage Besoins en énergie ECS Besoins en énergie refroidissement besoins Besoins en énergie éclairage Consommation chauffage Consommation ECS Consommation ventilation, condit. d'air Consommation éclairage consom- mations Consommation ascenseurs température été Température d'été Bâtiments neufs - Pays européens Petits bâtiments Allemagne Autriche Belgique : Région de Bruxelles-Capitale Belgique : Région flamande Belgique : Région wallonne Danemark France Bâtiments chauffés (12 à 19 C) Bâtiments chauffés (> 19 C) Logements, écoles : alternative 1 Logements, écoles : alternative 2 Logements, bureaux, écoles Logements Logements neufs : alternative 1 Logements neufs : alternative 2 Bureaux, écoles Logements (de plus d'un niveau) Bâtiments commerciaux, bâtiments publics Logements : alternative 1 S o l u t i o n s t e c h n i q u e s a g r é é e s Logements : alternative 2 Bâtiments tertiaires Italie Tous les types de bâtiments Pays-Bas Logements, bureaux Moyens de ventilation État de la réglementation thermique dans les pays européens, applicable aux bâtiments neufs Critères Pays Bâtiments neufs concernés parois Umax enveloppe Déperditions par l'enveloppe ventilation Déperditions par ventilation Coefficient de récupération solaire max. Besoins en énergie chauffage Besoins en énergie ECS Besoins en énergie refroidissement besoins Besoins en énergie éclairage Consommation chauffage Consommation ECS Consommation ventilation, condit. d'air Consommation éclairage consom- mations Consommation ascenseurs température été Température d'été Bâtiments neufs - Pays non européens Canada Japon Russie USA Maisons : option 1 Maisons : option 2 Autres bâtiments : option 1 Autres bâtiments : option 2 Logements Bureaux Ecoles, magasins Hôtels, hôpitaux Logements, écoles, bureaux, hôpitaux Bâtiments résidentiels Bâtiments commerciaux (salles de spectacle..., écoles, restaurants, hôtels, bureaux, magasins, entrepôts) État de la réglementation thermique dans les pays industrialisés non européens, applicable aux bâtiments neufs 10

6 Exemple : «Optimisez votre maison» 2 niveaux (rez + étage) A ch = 100 m 2 habitables V = 250 m 3 habitables V/A T = 1 m A fen = 15 m 2 répartis sur les 4 façades Formation des Responsables Énergie RBC Bx-Envt 17/04/08 11 Niveau d isolation thermique K (Prix mazout : 0,629 /l au 15/04/06) (Prix mazout : 0,263 /l au 1/01/02) 12

7 Plus globalement Orientation graphique niveau K/conso Isolation thermique Système chauffage 13 La Directive européenne 2002/91/CE Adoptée le 16/12/2002 À transposer avant le 4/01/2006 (sauf certification : 2009) Objectif = Promouvoir l amélioration de la Performance Énergétique des Bâtiments dans l Union européenne Formation des Responsables Énergie RBC Bx-Envt 17/04/08 14

8 besoins be La Directive européenne 2002/91/CE Exigences de la Directive : Méthode de calcul de la PEB (en énergie primaire) Exigences minimales portant sur : la PE des bâtiments neufs (+ étude de faisabilité si > m 2 ) la PE des bâtiments existants (de + de m 2 et faisant l objet d une rénovation lourde) Certification de la PE de tous les bâtiments (horizon 2009) Inspection régulière des chaudières et des systèmes de climatisation Formation des Responsables Énergie RBC Bx-Envt 17/04/08 15 La Directive européenne 2002/91/CE besoins be La méthode de calcul de la PEB doit intégrer : niv.. K les caractéristiques thermiques de l enveloppe l étanchéité à l air du bâtiment la ventilation l orientation du bâtiment et le climat extérieur Formation des Responsables Énergie RBC Bx-Envt 17/04/08 16

9 consom consom- mations La Directive européenne 2002/91/CE La méthode de calcul de la PEB doit intégrer (suite) : t été les équipements de chauffage et d ECS les installations de climatisation les installations d éclairage (si bâtiment non résidentiel) la qualité du climat intérieur (t, polluants ) Formation des Responsables Énergie RBC Bx-Envt 17/04/08 17 Sommaire Le contexte international : Directive PEB Parois opaques / vitrées / ponts thermiques Infiltrations / exfiltrations / ventilation Du bilan global au niveau E Les choix architecturaux Les critères de la maison passive Optima économique / écologique Formation des Responsables Énergie RBC Bx-Envt 17/04/08 18

10 Déperditions par les parois opaques Norme NBN B mise à jour selon normes européennes (prnbn B62-002:2007) : U corrigé pour : joints dans les maçonneries fixations mécaniques (crochets murs creux) qualité de mise en œuvre (lames d air entre isolant et paroi) Parois en contact avec le sol Toitures inversées sous réserve de modifications dans la version définitive de la norme Rappel du code de mesurage : dimensions extérieures des parois Formation des Responsables Énergie RBC Bx-Envt 17/04/08 19 Déperditions : cas particuliers Paroi en contact avec le sol Formation des Responsables Énergie RBC Bx-Envt 17/04/08 20

11 Déperditions : cas particuliers Toiture inversée R T = R i + R + c R λ + R e où R i et R e = résistances interne et externe d échange R = résistance des couches depuis l ambiance intérieure jusqu à l isolant placé au-dessus de l étanchéité R λ = résistance thermique de la couche de matériau isolant placé au-dessus de l étanchéité c (< 1) tient compte de la présence d humidité dans (et sous) le matériau isolant soumis aux précipitations extérieures : c = 0,8 pour polystyrène extrudé avec ATG sinon 0,7 Formation des Responsables Énergie RBC Bx-Envt 17/04/08 21 Déperditions : cas particuliers Parois en contact avec un espace adjacent non chauffé Formation des Responsables Énergie RBC Bx-Envt 17/04/08 22

12 Déperditions par les parois opaques : U max Murs et planchers extérieurs : U max = 0,6 W/m 2 K Toitures extérieures et plafonds : U max = 0,4 W/m 2 K Murs en contact avec : le sol, un vide sanitaire ou une cave : R min = 1 m 2 K/W Planchers en contact avec : un vide sanitaire ou une cave : U max = 0,4 W/m 2 K le sol (sur terre-plein) : ou R min = 1 m 2 K/W Portes et portes de garage : châssis ou cadre compris : U max = 2,9 W/m 2 K Parois «mitoyennes» : U max = 1 W/m 2 K Briques de verre : U max = 3,5 W/m 2 K Formation des Responsables Énergie RBC Bx-Envt 17/04/08 23 Déperditions par les parois opaques : U max Coût ( /m 2 ) 125 Coût des parois opaques selon leur coefficient U mur plein isolation répartie mur creux isolé mur creux, crépi sur isolant ext. mur creux avec isol. int. mur plein crépi avec isol. int. 0, plancher sur cave plancher sur terre-plein toiture plateforme toiture inclinée R 1 m 2 K/W R 1 m 2 K/W 0,4 75 plancher combles 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 Coefficient U (W/m 2 K) Formation des Responsables Énergie RBC Bx-Envt 17/04/08 24

13 Déperditions par les parois vitrées : U fenêtre Selon norme NBN B (version antérieure) : Châssis bois ou PVC : U f = 0,7 U vc + 0,3 U ch + 3 U L où U L = 0,07 si U vc < 2 W/m 2 K Châssis métalliques : U f = 0,75 U vc + 0,25 U ch + 3 U L où U L = 0,07 si U vc < 2 W/m 2 K U châssis U vitrage Formation des Responsables Énergie RBC Bx-Envt 17/04/08 25 Déperditions par les parois vitrées : U fenêtre Aires de déperditions Formation des Responsables Énergie RBC Bx-Envt 17/04/08 26

14 Déperditions par les parois vitrées : U fenêtre Selon norme NBN B (Addendum 2) : Si U vc U ch : U f = 0,7 U vc + 0,3 U ch + 3 Ψ l Si U vc > U ch : U f = 0,8 U vc + 0,2 U ch + 3 Ψ l où Ψ l = 0,11 W/mK si intercalaire ordinaire où Ψ l = 0,07 W/mK si intercalaire isolant Formation des Responsables Énergie RBC Bx-Envt 17/04/

15 29 U max parois vitrées = 2,5 W/m 2 K et U max vitrage = 1,6 W/m 2 K Type de châssis PUR PVC avec ou sans renforts métalliques Bois ép. 60 mm Métal (alu, acier ) Châssis 3 chambres 4 chambres 5 chambres dur (meranti, afzelia ) sapin sans coupure thermique coupure 10 mm coupure 20 mm coupure 30 mm PVC avec remplissage en PUR U ch 2,80 2,00 1,80 1,60 2,14 1,91 5,90 3,36 2,75 2,53 0,81 Vitrage avec intercalaires isolants (Ψ i = 0,07 W/mK) DV peu émissif TV DV clair air argon krypton krypton U vc = 2,9 U vc = 1,75 U vc = 1,3 U vc = 1,1 U vc = 0,5 3,09 2,28 1,96 1,82 1,40 2,93 2,04 1,72 1,58 1,16 2,89 1,98 1,66 1,52 1,10 2,85 1,93 1,60 1,46 1,04 2,96 2,08 1,76 1,62 1,20 2,91 2,01 1,69 1,55 1,13 4,01 3,21 2,89 2,75 2,33 3,25 2,44 2,13 1,99 1,57 3,08 2,26 1,95 1,81 1,39 3,04 2,19 1,88 1,74 1,32 2,69 1,77 1,41 1,25 0,80 Formation des Responsables Énergie RBC Bx-Envt 17/04/08 30

16 U max parois vitrées = 2,5 W/m 2 K et U max vitrage = 1,6 W/m 2 K Type de châssis PUR PVC avec ou sans renforts métalliques Bois ép. 60 mm Métal (alu, acier ) Châssis 3 chambres 4 chambres 5 chambres dur (meranti, afzelia ) sapin sans coupure thermique coupure 10 mm coupure 20 mm coupure 30 mm PVC avec remplissage en PUR U ch 2,80 2,00 1,80 1,60 2,14 1,91 5,90 3,36 2,75 2,53 0,81 Vitrage avec intercalaires ordinaires (Ψ i = 0,11 W/mK) DV peu émissif TV DV clair air argon krypton krypton U vc = 2,9 U vc = 1,75 U vc = 1,3 U vc = 1,1 U vc = 0,5 3,21 2,40 2,08 1,94 1,52 3,05 2,16 1,84 1,70 1,28 3,01 2,10 1,78 1,64 1,22 2,97 2,05 1,72 1,58 1,16 3,08 2,20 1,88 1,74 1,32 3,03 2,13 1,81 1,67 1,25 4,13 3,33 3,01 2,87 2,45 3,37 2,56 2,25 2,11 1,69 3,20 2,38 2,07 1,93 1,51 3,16 2,31 2,00 1,86 1,44 2,81 1,89 1,53 1,37 0,92 Formation des Responsables Énergie RBC Bx-Envt 17/04/08 31 Déperditions : ponts thermiques Mur creux non isolé Mur creux isolé 32

17 33 34

18 35 36

19 Déperditions : ponts thermiques Formation des Responsables Énergie RBC Bx-Envt 17/04/08 37 Courbes niveau K (suivant NBN B62-301) 1, K 100 K 70 k moyen (W/m 2 K) 0,5 1 K 55 K V/A T (m) 38

20 K57 IS1 18 l/m 2 A ch = 100 m 2 et A fen = 15 % de A ch Orientation quelconque = distribution identique sur les 4 façades ades Orientation favorable = 50 % de A fen au sud, 20 % à l est, 20 % à l ouest et 10 % au nord Rendement du système de chauffage = 70 % Prix du mazout au 15/04/06 = 0,629 /litre Cas d isolation IS1 Cas d isolation IS2 U fen = 2,75 W/m 2 K U fen = 1,6 W/m 2 K U murs = 0,5 W/m 2 K U murs = 0,3 W/m 2 K U toit = 0,3 W/m 2 K U toit = 0,2 W/m 2 K U planchers = 0,6 W/m 2 K U planchers = 0,4 W/m 2 K 14 l/m 2 IS1 11 l/m 2 K61 K36 K58 K38 K Consommation annuelle (litres mazout) plain pied orientation qcq plain pied orientation favorable 4 façades orientation qcq 4 façades orientation favorable 2 façades orientation qcq 2 façades orientation favorable IS1 IS2 8 l/m 2 IS2 IS2 11 l/m 2 6,5 l/m 2 coût sur 30 ans (euros) 39 Sommaire Le contexte international : Directive PEB Parois opaques / vitrées / ponts thermiques Infiltrations / exfiltrations / ventilation Du bilan global au niveau E Les choix architecturaux Les critères de la maison passive Optima économique / écologique Formation des Responsables Énergie RBC Bx-Envt 17/04/08 40

21 Infiltrations, exfiltrations Défauts de l enveloppe Formation des Responsables Énergie RBC Bx-Envt 17/04/08 41 Infiltrations, exfiltrations étanchéité à l air du bâtiment Action du vent + défauts de l enveloppe = étanchéité à l air du bâtiment Formation des Responsables Énergie RBC Bx-Envt 17/04/08 42

22 Infiltrations, exfiltrations Test de mesure de l étanchéité à l air : blow-door (bâtiment en surpression, par ex. 50 Pa) n sb = n 50 / 20 Formation des Responsables Énergie RBC Bx-Envt 17/04/08 43

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24 Isolation thermique, étanchéité à l air, ventilation Formation des Responsables Énergie RBC Bx-Envt 17/04/08 47 Pourquoi ventiler? Formation des Responsables Énergie RBC Bx-Envt 17/04/08 48

25 Pourquoi ventiler? Formation des Responsables Énergie RBC Bx-Envt 17/04/08 49 Comment ventiler? selon la norme NBN D Formation des Responsables Énergie RBC Bx-Envt 17/04/08 50

26 Exigences Formation des Responsables Énergie RBC Bx-Envt 17/04/08 51 Système A Système B Système C Système D 52

27 Système A Formation des Responsables Énergie RBC Bx-Envt 17/04/08 53 Ouvertures de transfert Formation des Responsables Énergie RBC Bx-Envt 17/04/08 54

28 Système B Formation des Responsables Énergie RBC Bx-Envt 17/04/08 55 Système C Formation des Responsables Énergie RBC Bx-Envt 17/04/08 56

29 Système D Formation des Responsables Énergie RBC Bx-Envt 17/04/08 57

30 Exemple : «Construire avec l énergie» 1,5 niveau (rez + étage sous combles) A ch = 136 m 2 (pour 134 m 2 habitables) V = 413 m 3 V/A T = 1 m A fen = 24 m 2 répartis à raison de 40 % au sud, 25 % à l est et à l ouest et 10 % au nord A " sudéq = 7,6 % Formation des Responsables Énergie RBC Bx-Envt 17/04/08 59

31 Sommaire Le contexte international : Directive PEB Parois opaques / vitrées / ponts thermiques Infiltrations / exfiltrations / ventilation Du bilan global au niveau E Les choix architecturaux Les critères de la maison passive Optima économique / écologique Formation des Responsables Énergie RBC Bx-Envt 17/04/08 61 Déperditions / apports solaires par les parois vitrées Qs max (W/m 2 ) d'une paroi vitrée selon le type de vitrage Qs max (W/m 2 ) P ent e de la pa roi (de gré s) DV standard - sud DV standard - est DV standard - nord Formation DV des peu Responsables émissif - sud Énergie DV peu RBC émissif Bx-Envt - est 17/04/08 DV peu émissif - nord 62

32 Ombrages dus au site Formation des Responsables Énergie RBC Bx-Envt 17/04/08 63 Inertie thermique Inertie de transmission Inertie d absorption Formation des Responsables Énergie RBC Bx-Envt 17/04/08 64

33 Les degrés-jours équivalents Formation des Responsables Énergie RBC Bx-Envt 17/04/08 65 Les degrés-jours équivalents Formation des Responsables Énergie RBC Bx-Envt 17/04/08 66

34 Les degrés-jours équivalents Formation des Responsables Énergie RBC Bx-Envt 17/04/08 67 Les degrés-jours équivalents Formation des Responsables Énergie RBC Bx-Envt 17/04/08 68

35 Pertes du système de chauffage Pertes par production Pertes par distribution Pertes à l émission Pertes par régulation Formation des Responsables Énergie RBC Bx-Envt 17/04/08 69 Rendement global du système de chauffage Formation des Responsables Énergie RBC Bx-Envt 17/04/08 70

36 La Directive transposée en RF et RBC Critères : U max niveau K consommation totale d énergie primaire (sauf bâtiments commerciaux et industriels) : E w = E EP / E réf x 100 où : E EP = E chauffage + E ECS + E auxiliaires + E refroidissement E PV E cogen E réf = f (A T, V, débit ventilation) selon formule statistique pour logements uniquement : surchauffe pénalisée par consommation supposée (cooling fictif) Formation des Responsables Énergie RBC Bx-Envt 17/04/08 71 La Directive transposée en RW Critères : U max (idem RF et RBC) niveau K (idem RF et RBC) consommation totale d énergie primaire (sauf bâtiments commerciaux et industriels) : E w = E EP / E réf x 100 où : E EP = E chauffage + E ECS + E auxiliaires + E refroidissement E PV E cogen (idem RF et RBC) E réf =[ E réf, chauffage + E réf, ECS + E réf, auxiliaires ] x A ch pour logements uniquement : surchauffe pénalisée par consommation supposée (cooling fictif) Formation des Responsables Énergie RBC Bx-Envt 17/04/08 72

37 Niv. K Besoins nets pour le chauffage Besoins en énergie finale pour le chauffage Besoins en énergie primaire Besoins en énergie finale pour l eau chaude sanitaire 73

38 Outil Excel pour le calcul du niveau E w développé par LAP&T-ULg et FPMs dans le cadre de l opération «Construire avec l énergie» (2 e phase) téléchargeable gratuitement sur le site de la DGTRE : critère respecté résultats indicatifs critère non respecté Formation des Responsables Énergie RBC Bx-Envt 17/04/08 75 Outil Excel pour le calcul du niveau E w Niveau K Niveau Ew Indicateur de surchauffe Emission de CO 2 [tonnes/an] Coût annuel [ /an] Consommation kwh/m² risque léger à modéré SYNTHESE DES RESULTATS EN ENERGIE FINALE PAR TYPE D'ENERGIE : Des informations parlantes Combustibles Consommations Coûts annuels (énergie finale) (redevances comprises) électricité kwh 275 gaz naturel 0 m 3 0 mazout litres 682 propane 0 litres 0 charbon 0 tonnes 0 butane 0 kg 0 LPG 0 litres 0 bois 0.00 stères 0 pellets 0.00 tonnes 0 Formation des Responsables Énergie RBC Bx-Envt 17/04/08 76

39 Outil Excel PEB Mode d emploi commenté : reprenant les concepts conduisant au niveau E illustré d exemples téléchargeable (ou qui peut être commandé) sur le site de la DGTRE : Formation des Responsables Énergie RBC Bx-Envt 17/04/08 77 Niveau E = 100, c est quoi? Bâtiment de qualité «moyenne» cohérente (enveloppe + systèmes) Enveloppe construite et systèmes installés «selon la bonne pratique» enveloppe correctement isolée (niveau K45) systèmes chauffage et ECS : matériel considéré comme de bonne qualité, et installé selon les règles de l art, sans plus critères «Construire avec l énergie» en RW Formation des Responsables Énergie RBC Bx-Envt 17/04/08 78

40 Consommation en kwh/m²an pour Niveau E w = Niveau E w F 3F 4F AP cas-moyen Marchin-K kwh/m² an Consommation en énergie primaire [kwh/m²an] 79 Consommation en kwh/m²an pour Niveau E w = Par exemple : chaudière à condensation OU étanchéité à l air Niveau E w kwh/m² an Par exemple : chaudière à condensation ET étanchéité à l air 2F 3F 4F AP cas-moyen Marchin-K Consommation en énergie primaire [kwh/m²an] 80

41 Un critère en litres de mazout par m 2? La moyenne des consommations = 176 kwh/m 2 Le cas moyen : Surface de plancher chauffé : 178 m 2 Volume protégé : 551 m 3 Pourcentage de fenêtre par rapport à la surface de plancher chauffé : 19 % Il consomme : 178 kwh/m 2 Formation des Responsables Énergie RBC Bx-Envt 17/04/08 81 Un critère en litres de mazout par m 2? En RW consommation énergie primaire E EP selon version actuelle des arrêtés d application au 1/09/09 : 170 kwh/m 2 au 1/09/11 : 130 kwh/m 2 Pour info : selon le dernier bilan wallon (2005) parc résidentiel wallon = m 2 = 36,42 TWh/an en énergie primaire pour chauffage, ECS, auxiliaires de chauffage et de ventilation (E EP ) moyenne = 320 kwh/m 2 (ou 32 l mazout ou 32 m 3 gaz) Formation des Responsables Énergie RBC Bx-Envt 17/04/08 82

42 La Directive transposée en RW Calendrier : Décret approuvé par le Parlement wallon le 18/04/07 Arrêtés d application approuvés par le GW en 2 e lecture / Conseil d État prêts au printemps 2008 (?) Période d adaptation du secteur de la construction, de ± 6 mois Selon version actuelle des arrêtés d application : à partir du 1/09/08 : niveau K45 + ventilation à partir du 1/09/09 : idem + niveau E w 100 et E EP 170 kwh/m 2 + certification à partir du 1/09/11 : niveau E w 80 et E EP 130 kwh/m 2 Formation des Responsables Énergie RBC Bx-Envt 17/04/08 83 Sommaire Le contexte international : Directive PEB Parois opaques / vitrées / ponts thermiques Infiltrations / exfiltrations / ventilation Du bilan global au niveau E Les choix architecturaux Les critères de la maison passive Optima économique / écologique Formation des Responsables Énergie RBC Bx-Envt 17/04/08 84

43 Les choix de l enveloppe Choix Action/effet Coût Consommation Forme + compacte U parois + isolées S fen + éclairage mal orientées : bien orientées : Formation des Responsables Énergie RBC Bx-Envt 17/04/08 85 Conception de l enveloppe Consommation d énergie = [déperditions : P b "]. Σ degj* / η où : Σ degj* =???. Σ degjn et Σ degj* = fonction de : déperditions ouverture solaire inertie Formation des Responsables Énergie RBC Bx-Envt 17/04/08 86

44 Conception de l enveloppe : méthode graphique Déperditions : P " b = P enveloppe A + P ch ventilation Apports solaires : A " sudéq = (0,75 g A I i fi I t max,sud90 t max A ch f 1i f 2i ) Formation des Responsables Énergie RBC Bx-Envt 17/04/08 87 Conception de l enveloppe : méthode graphique où I tmax [W/m 2 K] pour les fenêtres verticales : Orientation S SE SW E NE NW N I tmax 140,2 125,0 92,8 58,3 46,7 Formation des Responsables Énergie RBC Bx-Envt 17/04/08 88

45 Influence des apports internes et solaires (Inertie moyenne) 1,0 0,9 0,8 0,7 degj* / degjn 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 A"sudéq 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,0 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 Formation des Responsables Énergie Pb" RBC Bx-Envt 17/04/08 89 Exemple : «Construire avec l énergie» 1,5 niveau (rez + étage sous combles) A ch = 136 m 2 (pour 134 m 2 habitables) V = 413 m 3 V/A T = 1 m A fen = 24 m 2 répartis à raison de 40 % au sud, 25 % à l est et à l ouest et 10 % au nord A " sudéq = 7,6 % Formation des Responsables Énergie RBC Bx-Envt 17/04/08 90

46 91 Méthode graphique : risque de surchauffe? Température d été : où R s * = " P b, hiver 5,42 été = tex + Rs + [ C] " P P t " b, été b, été R s = (0,75 g A i P fi I b, hiver t max f 1i f 2i ) [K] Formation des Responsables Énergie RBC Bx-Envt 17/04/08 92

47 Méthode graphique : risque de surchauffe? P b hiver 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 P b été 2,5 2,75 3,0 3,25 3,5 3,75 4,0 Et t été admise 27 C c-à-d t été,moy mensuelle : 25 C si inertie lourde (amplitude de ± 2 C) 24 C si inertie moyenne (amplitude de ± 3 C) 23 C si inertie légère (amplitude de ± 4 C) Formation des Responsables Énergie RBC Bx-Envt 17/04/ ,0 Rendement système chauffage = 0, C" = 250 kwh/m 2 Inertie très forte (I5) 0,9 A" sudéq = 0 % 0,8 5% 75 0,7 10 % Σdegj* / Σdegjn 0,6 0,5 0,4 50 B 15 % 20 % 25 % 0,3 25 0,2 0,1 0,0 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 Pb" 94

48 1,0 Rendement système chauffage = 0, C" = 250 kwh/m 2 Inertie moyenne (I3) 0,9 A" sudéq = 0 % 0,8 0,7 75 5% 10 % Σdegj* / Σdegjn 0,6 0,5 0,4 50 B 15 % 20 % 25 % 0,3 25 0,2 0,1 0,0 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 Pb" 95 1,0 Rendement système chauffage = 0, C" = 250 kwh/m 2 Inertie très faible (I1) 0,9 A" sudéq = 0 % 0,8 5% Σdegj* / Σdegjn 0,7 0,6 0,5 0, B 10 % 15 % 20 % 25 % 0,3 25 0,2 0,1 0,0 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 Pb" 96

49 Sommaire Le contexte international : Directive PEB Parois opaques / vitrées / ponts thermiques Infiltrations / exfiltrations / ventilation Du bilan global au niveau E Les choix architecturaux Les critères de la maison passive Optima économique / écologique Formation des Responsables Énergie RBC Bx-Envt 17/04/08 97 Critères de la «maison passive» Réduire les déperditions de l enveloppe U murs, toits, sols 0,15 W/m 2 K U vitrages, châssis, fenêtres 0,8 W/m 2 K Ponts thermiques : ψ 0,01 W/mK Liberté totale de la technologie pour atteindre ces objectifs Formation des Responsables Énergie RBC Bx-Envt 17/04/08 98

50 Critères de la «maison passive» Réduire les pertes par ventilation Vérification de l étanchéité à l air de l enveloppe par test de pressurisation : n sb 0,6 vol/h Ventilation mécanique double flux (système D) Avec récupération de chaleur dont η 0,8 Formation des Responsables Énergie RBC Bx-Envt 17/04/08 99 Critères de la «maison passive» Apports solaires : Maximiser en hiver : g vitrages 0,5 Minimiser en été par des protections solaires pour éviter des surchauffes Formation des Responsables Énergie RBC Bx-Envt 17/04/08 100

51 Influence des apports internes et solaires (Inertie moyenne) 1,0 0,9 0,8 0,7 degj* / degjn 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 Objectif de la «maison passive» A"sudéq 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,0 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 Formation des Responsables Énergie Pb" RBC Bx-Envt 17/04/ Critères de la «maison passive» Système de chauffage : Un appoint reste nécessaire pour quelques jours par an pour chauffer l eau chaude sanitaire Le système centralisé [chaudière + radiateurs] est mal adapté à des demandes aussi faibles de chauffage (les puissances disponibles de chaudières entraînent un surdimensionnement) Recours à des systèmes décentralisés Formation des Responsables Énergie RBC Bx-Envt 17/04/08 102

52 Objectifs de la «maison passive» Consommation totale annuelle : Chauffage : 15 kwh/m 2 d énergie finale (système de chauffage conventionnel) Toutes consommations confondues (y compris ECS et appareils électroménagers ) 42 kwh/m 2 (énergie finale) 120 kwh/m 2 (énergie primaire) Formation des Responsables Énergie RBC Bx-Envt 17/04/ Exemple : Maison JOHANNS à Eupen Architecte : Leo MICHAELIS Maître d Ouvrage : M. et Mme M. JOHANNS Choix fondamentaux : Structure bois (planchers, murs, toiture) 24 cm flocons cellulose insufflés dans les parois 6 cm laine minérale dans structure croisée (pour éviter «pont thermique» par la structure bois elle-même) U fenêtres = 0,81 W/m 2 K Châssis PVC avec mousse PUR dans chambres (U ch = 0,81 W/m 2 K) Triple vitrage krypton (U vc = 0,5 W/m 2 K) Poêle à granulés de bois (η production 0,9) Chauffe-eau au gaz + préchauffage solaire Formation des Responsables Énergie RBC Bx-Envt 17/04/08 104

53 Rez-de-chaussée 105 Étage 106

54 nord sud est ouest 108

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57 Résultats de la campagne de mesures Vérification expérimentale : du coefficient global de déperdition (enveloppe + ventilation) par le Laboratoire de Thermodynamique de l ULg campagne de mesures en février-mars-avril 05 : le puits canadien ne fonctionnait pas l air neuf était aspiré de l extérieur via une gaine partiellement isolée circulant dans le vide ventilé Formation des Responsables Énergie RBC Bx-Envt 17/04/ Résultats de la campagne de mesures Résultats : Σ AU = P e = 66,5 W/K pour 72,2 calculés Besoins de ventilation = 275 m 3 /h Infiltrations = 21 m 3 /h (par ΔP = 2 Pa) P v = 0,34 x [ ] = 100,6 W/K P b = P e + P v = 66, ,6 = 167,1 W/K pour 165,7 calculés Formation des Responsables Énergie RBC Bx-Envt 17/04/08 114

58 Résultats de la campagne de mesures Maison passive : efficacité du récupérateur nuit du mercredi 2 au jeudi 3 mars efficacité température de l'air aspiré Formation des Responsables Énergie RBC Bx-Envt 17/04/ Résultats de la campagne de mesures Résultats : Σ AU = P e = 66,5 W/K Besoins de ventilation = 275 m 3 /h Infiltrations = 21 m 3 /h (par ΔP = 2 Pa) P v = 0,34 x [ ] = 100,6 W/K P b = P e + P v = 66, ,6 = 167,1 W/K Efficacité du récupérateur > 80 % P v = 0,34 x [275 (1 0,8) + 21] = 25,8 W/K P b = P e + P v = 66,5 + 25,8 = 92,3 W/K Formation des Responsables Énergie RBC Bx-Envt 17/04/08 116

59 Résultats de la campagne de mesures Rez-de-chaussée Maison passive : températures des locaux tr_sal mesures du 3 avril au 13 avril Températures ( C) tr_living 30 tr_cuis occupants absents: pas de chauffage ni de ventilation fête tr_hall_rez tr_cage 25 t_amb_rad temps (heures) Formation des Responsables Énergie RBC Bx-Envt 17/04/ Résultats de la campagne de mesures Étage Maison passive : températures des locaux mesures du 3 avril au 13 avril Températures ( C) tr_ch1 tr_ch2 tr_sdb 30 occupants absents: pas de chauffage ni de ventilation fête tr_ch3 t_amb_rad temps (heures) Formation des Responsables Énergie RBC Bx-Envt 17/04/08 118

60 Sommaire Le contexte international : Directive PEB Parois opaques / vitrées / ponts thermiques Infiltrations / exfiltrations / ventilation Du bilan global au niveau E Les choix architecturaux Les critères de la maison passive Optima économique / écologique Formation des Responsables Énergie RBC Bx-Envt 17/04/ Analyse économique réalisée dans «Construire avec l énergie» Quel est le niveau d isolation K à atteindre afin de tendre vers l optimum économique? Hypothèses : Maison dans la brochure «Construire avec l énergie» Les équipements restent identiques : on ne fait varier que l isolation thermique. Scénario réaliste d augmentation du prix de l énergie. Formation des Responsables Énergie RBC Bx-Envt 17/04/08 120

61 Analyse économique réalisée dans «Construire avec l énergie» Evolution des consommations et du niveau d isolation, primes non comprises K lim = 22 K lim Evolution des consommations et du niveau d isolation, primes comprises Formation des Responsables Énergie RBC Bx-Envt 17/04/ Analyse économique réalisée dans «Construire avec l énergie» Pour niv. K lim < 22 (ici), coût total supérieur au coût suffisant pour respecter la réglementation limite de l optimum écologique / économique En-deçà du niveau K optimum économique, l investissement est toujours rentable mais il faut plus longtemps pour le récupérer choix écologique K lim K lim = 22 Niveau K pour lequel on économisera le plus, proportionnellement à l investissement, sur 40 ans optimum économique (ici : K33) Quand le niveau d isolation K diminue, les consommations et les coûts totaux actualisés diminuent également. Formation des Responsables Énergie RBC Bx-Envt 17/04/08 122

62 Le choix écologique du «passif» Maison 120 m² habitables sur 1,5 niveau - 4 façades K68 traditionnel soigné crépi sur isolant ossature bois + crépi + ventilation double flux avec récupérateur de chaleur K56 technologie traditionnelle (mur creux) K56 K56 traditionnel non soigné crépi sur isolant + ventilation double flux avec récupérateur de chaleur K45 K38 K18 U max de maison passive (crépi sur isolant) maison passive (ossature bois) maison passive (crépi sur isolant) K16 K Coût sur 30 ans ( ) K44 K55 K28 K K29 K Source : G. DUPONT & J.-M. HAUGLUSTAINE - LAP&T - Université de Liège Consommation (litres mazout/an) 123 Merci de votre attention Jean-Marie HAUGLUSTAINE ULg ArGEnCo LAP&T Chemin des Chevreuils 1 Bât. B52/3 B 4000 LIÈGE 1 Tél. : +32 (0) Fax : +32 (0) Courriel : jmhauglustaine@ulg.ac.be Formation des Responsables Énergie RBC Bx-Envt 17/04/08 124