LE CERTIFICAT ÉNERGÉTIQUE DES BÂTIMENTS MÉTHODES ET APPLICATIONS

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1 LE CERTIFICAT ÉNERGÉTIQUE DES BÂTIMENTS MÉTHODES ET APPLICATIONS Claude-Alain Roulet 1, Charles Weinmann 2 1) C.-A. Roulet, Physique du bâtiment 2) Weinmann énergies SA, Echallens C.-A. Roulet: Case 108, 1143 Apples ou claude.roulet@apples.ch RÉSUMÉ Afin de promouvoir l'efficacité énergétique dans la construction, la SIA va publier prochainement une méthode standard pour la certification du comportement énergétique des bâtiments. L objectif est de proposer un outil qui permette de connaitre la consommation d énergie annuelle de chaque bâtiment. Cet outil sera présenté sous la forme d un certificat énergétique et, conformément aux stratégies de développement durable, concerne également l évaluation des émissions de gaz à effet de serre. Le certificat d'un bâtiment peut être élaboré à partir d un calcul ou se baser sur la mesure des consommations. INTRODUCTION L'efficacité énergétique est un paramètre déterminant pour toute stratégie de développement durable. Un effort particulier doit être apporté aux bâtiments existants: leur consommation d'énergie représente plus de la moitié de la consommation totale dans notre pays. Jusqu'à ce jour, les efforts se sont surtout concentrés sur les besoins en chauffage et sur la préparation d'eau chaude. Cependant, la consommation d'électricité dans les bâtiments représente également une part importante, part relative d'autant plus importante dans les bâtiments modernes dont les besoins en chauffage sont fortement réduits, et qui est encore plus grande si on l'exprime en termes d'énergie primaire. L'étiquette énergétique existe déjà pour plusieurs produits de consommation (appareils ménagers, voitures, lampes), et améliore la transparence du marché. En effet, elle montre de manière facilement compréhensible la performance énergétique de l'appareil labellisé. La directive européenne parue en 2002 sur la performance énergétique globale des bâtiments [1] demande aux pays membres le la Communauté Européenne de mettre en place une procédure de certification énergétique des bâtiments. Pour ne pas être de reste, la SIA a jugé utile de publier un cahier technique[2] visant à proposer une démarche commune à toute la Suisse pour l'élaboration d'un tel certificat énergétique des bâtiments (CEB). Dans une stratégie de développement durable, ce certificat montre aussi l'émission de gaz à effets de serre liée à la consommation d'énergie. Ce cahier est basé sur les nouvelles normes européennes en la matière, en particulier les normes EN et [3, 4]. Ces normes proposent une méthode et des principes de base, mais laissent une grande liberté aux pays membre de la CEN (dont la Suisse) pour adapter ces règles aux conditions locales. Energies Renouvelables et Environnement, Yverdon 9/10/2008

2 PRINCIPES DE BASE Le certificat SIA est basé sur la consommation d'énergie primaire annuelle totale et l'émission de gaz à effets de serre correspondante, pour la fourniture de toutes les prestations dans le bâtiment, notamment: Chaleur (chauffage, eau chaude) Ventilation Refroidissement et déshumidification de l'air Humidification de l'air. Éclairage Équipement des locaux Autres techniques du bâtiment. (par ex. ascenseurs, etc.) Le certificat est basé sur la quantité totale d énergie nécessaire à satisfaire les besoins d'un bâtiment pour le chauffage, la production d'eau chaude, le refroidissement, la ventilation ou l'éclairage. La performance énergétique globale d'un bâtiment s'exprime en termes de consommation d'énergie primaire ou en termes d émissions de gaz à effet de serre, ceci en relation avec la surface de plancher chauffé. En complément, le volume du bâtiment ou d autres indicateurs caractéristiques, comme par exemple le nombre de places de travail disponibles peuvent être aussi utilisés comme référence. Figure 1: La consommation nette totale d'énergie primaire nécessaire à assurer les besoins des occupants du bâtiment est à la base du certificat énergétique Deux méthodes peuvent être utilisées pour l'évaluation énergétique, produisant deux certificats différents: la mesure et le calcul. Chaque méthode a pour objectif de déterminer les quantités de chaque agent énergétique utilisées et le cas échéant exportées - pour l'exploitation du bâtiment. La somme pondérée de ces quantités permet de déterminer la consommation totale d'énergie primaire et l'émission de gaz à effet de serre. Les quantités divisées par la surface de référence énergétique donnent les indices correspondants. Les deux méthodes ont leurs avantages et leurs inconvénients (mentionnés ci-dessous), et peuvent s'appliquer à différents objectifs. C'est pourquoi elles sont présentées toutes les deux dans le cahier SIA MÉTHODE Limite du bilan énergétique En premier lieu, il convient de définir les limites du périmètre dans lequel le bilan énergétique est établi. Ce bilan peut concerner une partie de bâtiment, un bâtiment entier ou plusieurs bâtiments assemblés pour une raison donnée. En plus du volume des locaux, le périmètre peut

3 comprendre des surfaces extérieures associées au bâtiment, surfaces où l on consomme ou produit de l'énergie. Le bilan du bâtiment étudié décompte l'énergie importée et exportée au travers de ce périmètre, et ce pour chaque agent énergétique (gaz, produits pétroliers, électricité, bois, etc.). L énergie exportée est soustraite du montant de l'énergie délivrée pour chaque agent énergétique. Les capteurs solaires thermiques ou photovoltaïques ainsi que les turbines éoliennes ou hydrauliques sont, en quelque sorte à la limite extérieure du périmètre. En effet, c est l'énergie délivrée par les capteurs ou par les turbines qui est prise en considération, et non pas le rayonnement solaire ou l'énergie cinétique du vent. De plus, l'énergie produite à partir de sources renouvelables et consommée sur le site telle que le solaire thermique ou l'électricité photovoltaïque ne fait pas partie de l'énergie fournie; il est néanmoins recommandé d'en tenir compte pour montrer l usage que le bâtiment fait des énergies renouvelables, par exemple sous forme d une fraction d énergie renouvelable. Bilan énergétique mesuré Cette évaluation peut se faire facilement sur tout bâtiment existant depuis plus de 3 ans. Cette durée peut être raccourcie sous conditions. Elle consiste à mesurer, pendant au moins 3 ans, la consommation annuelle de tous les agents énergétiques livrés au bâtiment et, le cas échéant, exportés par le bâtiment (par ex. électricité d'origine photovoltaïque). Cette mesure peut être basée sur la lecture des compteurs (gaz, électricité, chaleur urbaine) ou sur les livraisons et l'évaluation des stocks en début et fin d'année pour les combustibles solides et liquides. Moyennant certaines précautions, les factures des fournisseurs peuvent être utilisées. La mesure permet de déterminer facilement et à bas coût la consommation réelle d'un bâtiment. Elle ne s'applique évidemment qu'aux bâtiments existants, et donne la consommation dans les conditions d'utilisation (climat, comportement des usagers) réelles. La mesure est particulièrement bien adaptée à l'examen de grands parcs de bâtiments et à la détection des bâtiments particulièrement énergivores. Bilan énergétique calculé C'est une évaluation basée sur la consommation calculée annuelle nette d'énergie pour tous les besoins du bâtiment et de ses occupants. Ces consommations se calculent, le plus souvent à l'aide d'un logiciel, selon les normes suivantes: chauffage et eau chaude selon SIA 380/1 [5] et l'annexe E du cahier SIA 2031 ventilation selon SIA 380/4 [6]. refroidissement et déshumidification de l'air selon SIA 380/4 humidification de l'air selon SIA 380/4 éclairage électrique selon SIA 380/4 l'annexe C du cahier SIA 2031 fournit des valeurs forfaitaires pour l'équipement des locaux (machines de bureau, média électroniques, cuisson, lessive, machines de production, etc.) techniques du bâtiment diverses (par ex. ascenseurs, systèmes de contrôle) selon SIA 380/4. Pour chaque utilisation, on calcule d'abord les besoins (ou on les tire d'une table pour certains), puis l'énergie nécessaire permettant de couvrir ces besoins, en incluant les déperditions des systèmes de production et de distribution. Au niveau du projet, l'évaluation est basée sur les plans et des caractéristiques attribuées aux éléments du bâtiment par le projeteur. Les données relatives aux occupants et au climat sont

4 standard. L'évaluation d'un bâtiment construit est basée sur les caractéristiques réelles du bâtiment mais sur des données standard pour le comportement des occupants et le climat. Le calcul permet de prédire la consommation d'énergie d'un bâtiment avant même que le bâtiment soit construit, de déterminer quelle serait sa consommation s'il était utilisé de manière standard ou, au contraire, quels seraient les effets d'une utilisation non standard ou de modifications opérées sur ce bâtiment. Il permet aussi de connaitre les éléments de cette consommation, à savoir quel usage ou quelle partie du bâtiment consomme quelle quantité d'énergie, et en conséquence où porter les efforts pour obtenir une réduction de consommation significative. Par contre, les nombreuses données nécessaires doivent être disponibles et le travail à effectuer est relativement important, surtout pour les bâtiments complexes. Pour le certificat, on utilise des données standard, ce qui donne un résultat qui ne peut pas être exactement égal à la consommation réelle. Les résultats obtenus à partir des mesures ne correspondent en général pas exactement aux résultats obtenus par le calcul. En effet, les conditions d'utilisation réelles d un bâtiment ne correspondent jamais aux conditions standards. L'évaluation énergétique hybride est une évaluation calculée pour laquelle les données relatives au bâtiment ont été validées par comparaison à une évaluation mesurée. Cette méthode permet d'augmenter la fiabilité des résultats ou de réduire le travail d'acquisition des données nécessaire au calcul en estimant certaines d'entre elles. Figure 2: L'évaluation mesurée fait l'inventaire des consommations d'agents énergétiques, alors que l'évaluation calculée détermine la consommation de chaque agent pour chaque besoin. Énergie primaire, effet de serre et part renouvelable. Le bilan énergétique comprend la somme de l'énergie utilisée sous toutes ses formes: mazout, gaz, charbon, bois, électricité, etc. Comme il n'est pas possible d'additionner des litres de mazout à des m 3 de gaz et des kwh d électricité, il a été décidé, en accord avec les normes européennes, de convertir l'énergie contenue dans chaque agent énergétique en termes d énergie primaire, à savoir l'énergie totale nécessaire pour extraire, transformer, transporter un MJ d'un agent énergétique donné. Le facteur d énergie primaire de différents agents énergétiques figure dans le Tableau 1. Il considère la quantité d énergie primaire nécessaire à la fabrication d une unité d énergie finale (énergie nécessaire à l'extraction, à la transformation, au stockage, au transport, à la distribution et à toute autre opération nécessaire pour délivrer cet agent sous la forme requise).

5 Masse volumique Pouvoir calorifique supérieur Facteur d'énergie primaire Fraction d'énergie renouvel. Émission de gaz à effet de serre kg/m 3 MJ/kg - - kg/mj Carburants Huile de chauffage EL ,8 1,24 0,7% 0,082 liquides Propane ,0 1,15 0,5% 0,067 Butane ,5 1,15 0,5% 0,067 Carburants Coke ,8 1,66 0,7% 0,120 solides Briquettes de lignite ,2 1,19 0,6% 0,107 Bois en bûches 1) ,06 95,2% 0,003 Bois en plaquettes sèches 1) 19,9 1,14 94,6% 0,003 Bois en plaquettes fraîches 1) 20,2 1,22 83,0% 0,010 Pellets ,06 95,2% 0,003 Carburants gaseux 2) kg/m 3 MJ/m kg /MJ Gaz naturel 0,76 40,3 1,15 0,5% 0,067 Propane 2,01 100,9 1,15 0,5% 0,067 Butane 2,70 133,9 1,15 0,5% 0,067 Biogaz (40 75 % Méthane) 3) 1,01-1,46 15,9-29,9 0,48 82 % 0,038 Chauffage Chauffage urbain, moyenne 4) 0,85 7,0% 0,044 Electricité Mélange consommé en Suisse 2,97 14,9% 0,045 1) pouvoir calorifique par kilo de substance sèche. 1 stère de buches de bois dur 400 kg de substance sèche 1 stère de buches de bois tendre 280 kg de substance sèche 1 m² de plaquettes de bois dur 200 kg ( ) kg de substance sèche 1 m² de plaquettes de bois tendre 140 kg ( ) kg de substance sèche 1 m² de pellets 660 kg kg de substance sèche 2) Valeurs aux conditions normales (0 C, Pa) 3) La masse volumique décroit et le pouvoir calorifique croit en fonction de la teneur en méthane 4) Ces valeurs par défaut sont basées sur la consommation moyenne d'agents énergétiques des fournisseurs suisses de chaleur et une perte de distribution de 20%. Tableau 1: Masse volumique, pouvoir calorifique (PCS), facteurs d'énergie primaire totaux, part renouvelable et coefficients d'émission de gaz à effet de serre utilisés pour l'élaboration du certificat. Figure 3: Le PCS est utilisé pour convertir les quantités de combustibles en grandeurs énergétiques, puis la consommation d'énergie primaire et l'effet de serre sont calculés à partir de ces grandeurs.

6 Classement Ensuite, le total de l'énergie primaire (exprimé en MJ) est divisé par la surface de référence énergétique (SRE), définie dans la norme SIA 416/1. On obtient ainsi l'indice de performance énergétique du bâtiment. Cet indice est rapporté à un indice de référence défini pour chaque catégorie de bâtiment, qui correspondant aux exigences légales pour cette catégorie de bâtiment (Tableau 2), c'est-à-dire aux exigences de la SIA 380/1 pour les besoins en chauffage et eau chaude, et SIA 380/4 pour les autres besoins. Standard pour chauffage (MJ/m²) Standard autres prestations 1 (MJ/m²) Standard global (MJ/m²) Catégorie de bâtiment I habitat collectif II habitat individuel III administration IV écoles V commerce VI restauration VII lieux de rassemblement VIII hôpitaux IX industrie X dépôt XI installations sportives XII piscine couvertes ) Les autres prestations comprennent eau chaude, ventilation, refroidissement, éclairage, etc. sauf le chauffage. Tableau 2 Indices de référence standard en termes d'énergie primaire. Le rapport entre l indice de performance énergétique et l'indice de référence défini pour chaque catégorie de bâtiment est ensuite exprimé en pourcent. Lorsque ce nombre est inférieur à 100 %, il s agit de bâtiments plus performants que les exigences légales minimales. Deux classes, A et B, sont attribuées à ces bâtiments. Les autres bâtiments sont classés dans les classes allant de C à G (voir tableau 2 Classe Valeurs minimum [%] Valeurs maximum [%] Commentaires > Bâtiments hors normes, analyse recommandée A (vert) 0 50 Bâtiments à basse consommation B (vert clair) > Bâtiments conformes aux normes énergétiques C(vertjaune) D (jaune) > E (orange) > F(orange) > G (rouge) >300 Bâtiments nettement hors normes, méritant une analyse visant à des améliorations énergétiques Tableau 3: Classification de la performance énergétique des bâtiments. CERTIFICAT

7 Sur la base de ce classement, un certificat est établi, qui prend la forme montrée dans la page suivante pour le certificat calculé. Certificat énergétique calculé Ce certificat énergétique est attribué conformément au cahier technique SIA 2031:2008 Bâtiment : Exemple pour le cahier technique Immeuble locatif en région Lémanique Année de construction: de rénovation: projet:.....existant: Adresse: Rue Bidon 9, 1000 Lausanne... Surface de référence énergétique SRE: 8800 m² La consommation annuelle a été déterminée par le calcul, en utilisant les valeurs standard pour l'utilisation. Station météorologique utilisée pour les calculs: Lausanne Très performant A Consommation Besoin de chaleur d'énergie primaire pour le chauffage 0 B C B 488 MJ/m² B 95 MJ/m² 100 D E 200 F G 300 Peu performant Classe pour l'émission de gaz à effet de serre:... A Fraction d'énergie primaire renouvelable % La consommation annuelle totale, exprimée en termes d'énergie primaire vaut: GJ au total ou MJ/m² de SRE, soit % de la valeur standard. Le besoin spécifique annuel de chaleur q H de ce bâtiment vaut 95 MJ/m 2 soit 56.% de la limite SIA 380/1, L'émission annuelle de gaz à effet de serre liée à cette consommation d'énergie est de tonnes ou...12 kg/m² de SRE, et % de la valeur standard, La production locale annuelle d'énergie à partir de sources d'énergie renouvelables (chauffe-eau solaire) est de GJ ou MJ/m² de chaleur Le soussigné certifie l'exactitude des données:... Claude-A. Roulet, Physique du Bâtiment Apples, le 9 août Signature.

8 Le certificat mesuré est quelque peu plus simple, car il n'est pas possible de mesurer directement les besoins de chaleur pour le chauffage. Un rapport complète le certificat en proposant, le cas échéant, des mesures pour l'amélioration énergétique. EVOLUTION / PERSPECTIVES Des applications possibles du certificat énergétique sont les suivantes: Applications volontaires: information, documentation en vue de vente ou de location, inventaire d un parc de bâtiments, analyse en vue de rénovation, etc. Applications prescrites par des autorités. Son utilisation est a priori facultative. Seules les autorités cantonales pourraient le rendre obligatoire. Le cahier technique SIA 2031 devrait être publié fin 2008 ou début Il sera testé pendant 3 ans avant d'en faire une norme. En effet, si les consommations acceptables de chaleur pour le chauffage sont bien connues, et les limites fixées sur une base légale, il n'en est pas de même pour la consommation d'électricité pour les autres besoins. La norme SIA 380/4 montre certes des valeurs limites, mais la base statistique des consommations réelles manque encore pour donner à ces limites une crédibilité suffisante. CONCLUSION Le but du certificat énergétique est de montrer aux propriétaires, acheteurs et locataires les caractéristiques énergétiques de leurs bâtiments. La classification en sept catégories permet de montrer que les bâtiments qui se situent au-delà de la classe C ont un grand potentiel d'économies d'énergie. La plupart des deux millions de bâtiments existants en Suisse se situent dans ces classes. La commission qui a élaboré ce cahier espère qu'il contribuera à la clarification du marché immobilier par une information objective sur la performance énergétique des bâtiments, commune à toute la Suisse et conforme aux normes européennes. RÉFÉRENCES 1. Conseil_Européen, Directive 2002/91/CE du Parlement Européen et du Conseil du 16 décembre 2002 sur la performance énergétique des bâtiments, in Journal officiel des Communautés européennes Cahier technique SIA 2031: Certificat énergétique des bâtiments , SIA, Zurich. 3. EN Energy performance of buildings - Methods for expressing energy performance and for energy certification of buildings. 2006, CEN: Brussels. 4. EN Energy performance of buildings - Assessment of energy use and definition of energy ratings. 2006, CEN, Brussels. p SIA 380/1: L'énergie thermique dans le bâtiment. 2007, SIA: Zurich. 6. SIA 380/4 L'énergie électrique dans le bâtiment. 2006, SIA: Zurich.