ÉTUDE D OPTIMISATION ÉNERGÉTIQUE ET ENVIRONNEMENTALE MAISON POUR TOUS - VILLEFRANQUE

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1 ÉTUDE D OPTIMISATION ÉNERGÉTIQUE ET ENVIRONNEMENTALE MAISON POUR TOUS - VILLEFRANQUE Mars 2010 Page 1/15

2 1 - DONNÉES GÉNÉRALES DU PROJET Intervenant Nom des intervenants : Adresse : Dates d'intervention sur site : Date de remise du rapport de diagnostic : Téléphone : Courriel : Mobile : Autres intervenants/contacts Architecte: Client/Maître d'ouvrage Nom : Mairie de Villefranque Adresse : Le Bourg Villefranque Téléphone : Informations générales Olivier CLAUDE - Ingénieur Énergie Environnement Yoann ROUILLOT - Chargé d'étude Énergie Environnement Vocation Construction Salle polyvalante et sportive Société HTM Espace Agoretta - 65, avenue de Bayonne Surface Hors Oeuvre Nette 758 m² BIDART Surfaces Surface Chauffée (hors logement) 637 m² o.claude@reseauhtm.com Données climatiques : Station météo BIARRITZ Source : COSTIC DJU Année 2007 = 1704 MURS Béton 20 cm +isolation intérieure laine de verre Bâti Isolation sous toitures ou faux plafonds ~20 cm (après (mode PLAFOND rénovation) constructif) PLANCHER Terre-plein non isolé OUVRANTS Bois double vitrage (après rénovation) Systèmes énergétiques pressentis Chauffage Pompe à chaleur air/eau + radiateurs basse T Eau Chaude Sanitaire Ballon ECS éclectrique 200L Eclairage Eclairage Fluorescent et Fluocompact Ventilation Ventilation Simple Flux programmée Ratios (consommations prévisionnelles) Conso Energie Primaire 46.9 kwh ep/m² Emissions GES 3.1 kg CO2/m² Page 2/15

3 2 - COMPARATIF DES SOLUTIONS TECHNIQUES & ETUDE DES BESOINS ENERGETIQUES La première phase de l étude consiste à simuler le comportement du bâtiment sur la semaine la plus chaude de l'année pour appréhender le confort d'été, et à déterminer les besoins énergétiques sur la période d'hiver. Il s agit de déterminer quelles sont les solutions les plus adaptées à ce projet pour assurer un confort optimal, compte tenu de sa géométrie, son orientation et son agencement. 2.1 SIMULATIONS THERMIQUES DYNAMIQUES DU BÂTIMENT Afin de bien situer la marge de progression avant et après travaux, nous avons réalisés les calculs pour l'état existant puis après rénovation. Le scénario de rénovation porte notamment sur une reprise de l'isolation en toiture/faux plafond et sur le remplacement des menuiseries extérieures (double vitrage). Les résultats des simulations illustrent le comportement du bâtiment en été compte tenu de son orientation et de son architecture. L'occupation et la fréquentation très intermittente du bâtiment impliquent à certaines périodes des apports internes importants, ce qui nous a conduit à confronter plusieurs solutions de réduction des surchauffes. La modélisation du bâtiment, et les simulations thermiques dynamiques, permettent d'analyser le comportement thermique en été et l'évolution du confort intérieur. Nous avons choisi d'étudier les différentes configurations suivantes : ❶ Etat existant ❷ Variante 1 : état rénové avec ventilation simple flux ❸ Variante 2 : état rénové avec ventilation double flux ❹ Variante 3 : surventilation nocturne en mi saison et en été Les données de base et scénarios de fonctionnement qui ont été pris en compte sont les suivants : - données météo horaires sur l'année 2007 pour la station de : Biarritz - scénarios de chauffage : Salle polyvalente RDC : T = 19 C en confort de 9h à 12h puis 17h à 21h du lundi au vendredi / 16 C en réduit T = 19 C en con fort de 14h à 22h le samedi - 10h à 22h le dimanche / 16 C en réduit Dojo Etage : T = 19 C en confort de 17h à 21h les lundi,mardi, jeudi et vendredi / 16 C en réduit T = 19 C en confort de 14h à 22 h le mercredi et samedi - 14h à 18h le dimanche / 16 C en réduit - scénario de ventilation : ventilation à 0,6 vol/h toute la journée (VMC simple flux en continu) - apports internes dus aux occupants - apports externes solaires intégrés aux données météo Les différentes configuration ont fait l'objet de simulations sur la période été, et en particulier sur la semaine la plus chaude de l'année. Page 3/15

4 a) Besoins de chauffage et de climatisation solutions besoins de chauffage besoins de chauffage Puissance de chauffage [kwh] [kwh/m²] [kw] Pertinence de la solution Existant Etat Rénové Ventilation Simpe Flux* Etat Rénové Ventilation Double Flux** solutions besoins de clim [kwh] besoins de clim [kwh/m²] Puissance de clim [kw] Pertinence de la solution Existant Etat Rénové Ventilation Simpe Flux Etat Rénové Ventilation Double Flux Etat Rénové Surventilation nocturne hypothèses de calcul * La ventilation simple flux est permanente dans tous les locaux à 0,6 vol/h ** La VMC double flux traite la salle polyvalente et la salle de dojo, les autres locaux restent en simple flux Mur béton 20cm + laine minérale 8cm + Placo BA13 Dalle de plancher béton non isolée 20cm de laine de verre en toiture ou faux plafonds La VMC s'avère indispensable dans les salles polyvalente et de judo pour le renouvellement d'air minimum hygiénique. De plus elle permet de limiter la température intérieure en été. L'étude du confort d'été des pages suivantes montre qu'il n'est pas possible de limiter la température de confort intérieure à 27 C sa ns utiliser de climatisation. La mise en place d'une surventilation nocturne permet de limiter les besoins de cette climatisation. Page 4/15

5 b) Confort d'été EVOLUTION DE LA T INTERIEURE DE LA SALLE POLYVALEN TE ET DU DOJO EN ÉTÉ, SUR LA SEMAINE LA PLUS CHAUDE Dojo (étage) Salle polyvalente RDC Température extérieure ETAT EXISTANT T 36 C 35 C 34 C 33 C 32 C La T intérieure atteint 35 C dans la salle polyvalente dans le cas d'une occupation maximale (forts apports internes) 31 C 30 C 29 C 28 C 27 C 26 C 25 C 24 C 23 C 22 C 21 C 20 C 19 C 18 C 17 C 16 C Les T intérieures dépassent les 30 C dans les conditions les plus défavorables 15 C 10/ / / / / / / / / / / / / /09-12 La simulation est réalisée sur la période des 7 jours consécutifs les plus chauds de l'année. Dans sa configuration actuelle le bâtiment est soumis à de fortes surchauffes en été (35 C), ces surch auffes sont provoquées par les forts apports internes dûs aux occupants. Les simulations thermiques dynamiques ont montré que les surchauffes ne sont pas dues aux apports solaires. Date Page 5/15

6 EVOLUTION DE LA T INTERIEURE DE LA SALLE POLYVALEN TE ET DU DOJO EN ÉTÉ, SUR LA SEMAINE LA PLUS CHAUDE Dojo (étage) Salle polyvalente RDC Température extérieure ETAT RÉNOVÉ VMC SF T 35.5 C 35 C 34.5 C 34 C 33.5 C 33 C 32.5 C 32 C 31.5 C 31 C 30.5 C 30 C 29.5 C 29 C 28.5 C 28 C 27.5 C 27 C 26.5 C 26 C 25.5 C 25 C 24.5 C 24 C 23.5 C 23 C 22.5 C 22 C 21.5 C 21 C 20.5 C 20 C 19.5 C 19 C 18.5 C 18 C 17.5 C 17 C 16.5 C 16 C 15.5 C 15 C La VMC dans les salles permet un gain de 1 à 2 C sur la température intérieure C 10/ / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / /09-18 L'isolation thermique (plafonds et menuiseries extérieures) renforce l'inertie du bâtiment, et améliore le confort d'été (maîtrise des apports solaires notamment). En plus du renouvellement d'air hygiénique la VMC permet de réduire les surchauffes de 1 à 2 C ; elle peut être programmée selon l'occupation pour limiter les déperditions en hiver. Date Page 6/15

7 EVOLUTION DE LA T INTERIEURE DE LA SALLE POLYVALEN TE ET DU DOJO EN ÉTÉ, SUR LA SEMAINE LA PLUS CHAUDE Dojo (étage) Salle polyvalente RDC Température extérieure ETAT RÉNOVÉ VMC DF T 36 C 35 C 34 C 33 C 32 C 31 C 30 C 29 C 28 C 27 C 26 C 25 C 24 C 23 C 22 C 21 C 20 C 19 C 18 C 17 C 16 C 15 C 10/ / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / /09-18 Date La ventilation double flux agit peu sur le confort d'été : l'intérêt de ce système est avant tout un gain important sur les besoins de chauffage en hiver. Page 7/15

8 EVOLUTION DE LA T INTERIEURE DE LA SALLE POLYVALEN TE ET DU DOJO EN ÉTÉ, SUR LA SEMAINE LA PLUS CHAUDE Dojo (étage) Salle polyvalente RDC Température extérieure ETAT RÉNOVÉ SURVENTILATION ÉTÉ T 34 C 33.5 C 33 C 32.5 C 32 C 31.5 C 31 C 30.5 C 30 C 29.5 C 29 C 28.5 C 28 C 27.5 C 27 C 26.5 C 26 C 25.5 C 25 C 24.5 C 24 C 23.5 C 23 C 22.5 C 22 C 21.5 C 21 C 20.5 C 20 C 19.5 C 19 C 18.5 C 18 C 17.5 C 17 C 16.5 C 16 C 15.5 C 15 C 14.5 C 10/09-00 La surventilation nocturne en été dans les salles permet un gain de 1 à 1.5 C sur la température intérieure. 10/ / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / /09-18 Date La surventilation nocturne permet de réduire les surchauffes de 1 à 1.5 C par rapport à la température intérieure de la solution de base. La température maximale atteint 28 C en dehors des périodes de forte occupa tion, mais elle dépasse ponctuellement 32 C dans le s cas d'occupation maximale de la salle polyvalente. Page 8/15

9 c) Scénario d'occupation Salle polyvalente du rez de chaussée (max 300 personnes) % Lundi Mardi Mercredi Jeudi Vendredi Samedi Dimanche 8h h h h h h h h h h h h h h h Comme le montre les évolutions de températures précédentes, les surchauffes proviennent essentiellement des apports par les occupants. Les scénarios ci-dessus indiquent les hypothèses de calcul des simulations thermiques dynamiques. Salle dojo étage (max 50 personnes) % Lundi Mardi Mercredi Jeudi Vendredi Samedi Dimanche 8h h h h h h h h h h h h h h h Page 9/15

10 d) Puissances de chauffage Le calcul ci-dessous est issu des simulations thermiques dynamiques. Les résultats correspondent aux scénarios de chauffage évoqués précédemment dans les hypothèses de travail. ETAT EXISTANT ETAT RENOVE Ventilation Simple Flux Zones Besoins Ch. Besoins Ch. Puiss. Ch. Zones Besoins Ch. Besoins Ch. Puiss. Ch. kwh kwh/m² W kwh kwh/m² W Hall Hall Salle polyvalente RDC Salle polyvalente RDC Logement Logement Trinquet Trinquet Vestiaire Dojo R Vestiaire Dojo R Dojo R Dojo R Garage 1+Escalier Garage 1+Escalier Office RDC Office RDC Sanitaires RDC Sanitaires RDC Réserve Réserve Total avec logement Total sans logement Zones Hall Salle polyvalente RDC 1 Logement Trinquet Vestiaire Dojo R+1 Dojo R+1 Garage 1+Escalier 1 Office RDC Sanitaires RDC Réserve Total avec logement Total sans logement ETAT RENOVE Ventilation DOUBLE Flux Besoins Ch. Besoins Ch. Puiss. Ch. Commentaires sur les puissances de chauffage kwh kwh/m² W Total avec logement Total sans logement Les tableaux ci-contre montrent la différence de puissance nécessaire après rénovation et en fonction du type de VMC. On peut constater aussi la diminution des besoins de chauffage entre l'état existant et l'état rénové (ventilation simple flux ou double flux). Page 10/15

11 CHAUFFAGE CHOIX DES SYSTEMES ÉNERGÉTIQUES Les simulations thermiques dynamiques nous ont permis de quantifier les besoins de chauffage et de ventilation. Le présent chapitre est consacré au choix des systèmes énergétiques. Il s'agit d'une étude comparative permettant de vous éclairer sur le meilleur compromis technique, financier et environnemental Les solutions de chauffage abordées dans les pages suivantes tiennent compte du contexte énergétique du site : le gaz naturel est disponible à proximité du site, moyennant un raccordement. Les autres vecteurs énergétiques (fuel, gaz propane, bois ) nécessitent des aménagements plus coûteux. EAU CHAUDE SANITAIRE La production d'eau chaude sanitaire est aujourd'hui assurée par un ballon électrique. Les besoins étant ponctuels, ce mode de production peut être conservé. VENTILATION Le système de ventilation utilisé pour les calculs est de type simple flux hygroréglable. La ventilation double flux a été abordée au cours des calculs et serait un plus pour réduire les besoins de chauffage. CHAQUE SOLUTION TECHNIQUE GLOBALE FAIT L'OBJET D'UNE FICHE SPÉCIFIQUE, OU SONT TRAITÉS LE CHAUFFAGE, l'eau CHAUDE SANITAIRE, LA VENTILATION. LES COMBINAISONS ÉTUDIÉES SONT LES SUIVANTES : SOLUTION DE BASE : CHAUFFAGE PAC AIR/EAU BASSE T / ECS ELECTRIQUE / VMC SIMPLE FLUX VARIANTE 1 : CHAUFFAGE RAYONNANT ELECTRIQUE / ECS ELECTRIQUE / VMC SIMPLE FLUX VARIANTE 2 : CHAUFFAGE GAZ NATUREL BASSE T / ECS E LECTRIQUE / VMC SIMPLE FLUX VARIANTE 3 : CHAUFFAGE BOIS ENERGIE / ECS ELECTRIQUE / VMC SIMPLE FLUX Page 11/15

12 BATI Murs ext Ouvrants Plancher Plafond Ubat Us (W/m². C) Béton 20cm+Laine de verre 8cm BASE : CHAUFFAGE PAC AIR/EAU BASSE T / ECS ELECTRI QUE DV argon Dalle non isolée 20cm laine de verre Consommation énergétique Coût d'investiss ement fonctionn ement maintenance Coût global actualisé Impact environn emental kwh en TTC en TTC / an en TTC en TTC T CO2/an CHAUFFAGE Production Distribution Emission Régulation Energie Electricité Radiateurs Thermostat PAC air/eau Bitube BT Ambiance Rendement / COP kwh ep 43 kwh ep/m² E.C.S. Production Distribution Stockage Régulation Energie Electricité Ballon Tube cuivre 1 ballon 200L Thermostat électrique pré isolé Rendement / COP kwh ep 4 kwh ep/m² VENTILATION Débit Puissance Efficacité kwh ep Type Simple Flux Hygro B m3/h 468 W 0% 11.1 kwh ep/m² kwh ep TTC 240 TTC 2.0 t CO2/an RÉSULTAT GLOBAL (CHAUFFAGE / ECS) TTC 47 kwh ep/m² TTC / an TTC / an TTC / an 3.1 kg CO2/m² Classement énergétique Chauffage + ECS 47 kwh EP /m².an 3.1 kg eq CO2 /m².an 80 Page 12/15

13 BATI Murs ext Ouvrants Plancher Plafond Ubat Us (W/m². C) VARIANTE 1 : CHAUFFAGE RAYONNANT ELECTRIQUE / ECS ELECTRIQUE Béton 20cm+Laine de verre 8cm DV argon Dalle non isolée 20cm laine de verre Consommation énergétique Coût d'investiss ement fonctionn ement maintenance Coût global actualisé Impact environn emental kwh en TTC en TTC / an en TTC en TTC T CO2/an CHAUFFAGE Production Distribution Emission Régulation Energie Electricité Thermostat Pannaux rayonnants électriques Ambiance Rendement / COP kwh ep 140 kwh ep/m² E.C.S. Production Distribution Stockage Régulation Energie Electricité Ballon Tube cuivre 1 ballon 200L Thermostat électrique pré isolé Rendement / COP kwh ep 4 kwh ep/m² VENTILATION Débit Puissance Efficacité kwh ep Type Simple Flux Hygro B m3/h 468 W 0% 11.1 kwh ep/m² RÉSULTAT GLOBAL (CHAUFFAGE / ECS) kwh ep TTC 80 TTC TTC 6.2 t CO2/an 143 kwh ep/m² TTC / an TTC / an TTC / an 9.8 kg CO2/m² Classement énergétique Chauffage + ECS 143 kwh EP /m².an 9.8 kg eq CO2 /m².an 80 Page 13/15

14 * VARIANTE 2 : CHAUFFAGE GAZ NATUREL BASSE T / ECS E LECTRIQUE BATI Murs ext Ouvrants Plancher Plafond Ubat Béton 20cm+Laine de verre 8cm DV argon Dalle non isolée 20cm laine de verre Consommation énergétique Coût d'investiss ement fonctionn ement maintenance Coût global actualisé Impact environn emental Us (W/m². C) kwh en TTC en TTC / an en TTC en TTC T CO2/an CHAUFFAGE Production Distribution Emission Régulation Energie Gaz propane Chaudière à Radiateurs Thermostat Bitube condens. BT Ambiance Rendement / COP kwh ep 62 kwh ep/m² E.C.S. Production Distribution Stockage Régulation Energie Electricité Ballon Tube cuivre 1 ballon 200L Thermostat électrique pré isolé Rendement / COP kwh ep 4 kwh ep/m² VENTILATION Débit Puissance Efficacité kwh ep Type Simple Flux Hygro B m3/h 468 W 0% 11.1 kwh ep/m² RÉSULTAT GLOBAL (CHAUFFAGE / ECS) kwh ep TTC 160 TTC TTC 9.1 t CO2/an 65 kwh ep/m² TTC / an TTC / an TTC / an 14.3 kg CO2/m² Classement énergétique Chauffage + ECS 65 kwh EP /m².an 14.3 kg eq CO2 /m².an 80 Page 14/15

15 BATI Murs ext Ouvrants Plancher Plafond Ubat Us (W/m². C) Béton 20cm+Laine de verre 8cm VARIANTE 3 : CHAUFFAGE BOIS ENERGIE / ECS ELECTRIQUE DV argon Dalle non isolée 20cm laine de verre Consommation énergétique Coût d'investiss ement fonctionn ement maintenance Coût global actualisé Impact environn emental kwh en TTC en TTC / an en TTC en TTC T CO2/an CHAUFFAGE Production Distribution Emission Régulation Energie Bois Energie Chaudière Radiateurs Thermostat Bitube Bois BT Ambiance Rendement / COP kwh ep 69 kwh ep/m² E.C.S. Production Distribution Stockage Régulation Energie Electricité Ballon Tube cuivre 1 ballon 200L Thermostat électrique pré isolé Rendement / COP kwh ep 4 kwh ep/m² VENTILATION Débit Puissance Efficacité kwh ep Type Simple Flux Hygro B m3/h 468 W 0% 11.1 kwh ep/m² RÉSULTAT GLOBAL (CHAUFFAGE / ECS) kwh ep TTC 400 TTC TTC 0.0 t CO2/an 73 kwh ep/m² TTC / an TTC / an TTC / an 0.1 kg CO2/m² 0.1 Classement énergétique Chauffage + ECS 73 kwh EP /m².an kg eq CO2 /m².an 80 Page 15/15