REHABILITATION ENERGETIQUE GRAND TERTIAIRE : ANALYSE COMPARATIVE DES CONSOMMATIONS D ENERGIE PAR USAGES AVANT ET APRES TRAVAUX

Transcription

1 REHABILITATION ENERGETIQUE GRAND TERTIAIRE : ANALYSE COMPARATIVE DES CONSOMMATIONS D ENERGIE PAR USAGES AVANT ET APRES TRAVAUX MONITORING ENERGETIQUE D UNE REHABILITATION D UN GRAND IMMEUBLE DE BUREAUX IMMEUBLE COMMUN HOTEL DU DEPARTEMENT / PREFECTURE DE LA GIRONDE Volume 1 - RAPPORT ALEC/ M. Feyrit Février 2013 Page 1

2 SOMMAIRE Introduction 6 Résumé 8 CHAPITRE 1 : ELEMENTS DESCRIPTIFS ET HISTORIQUES 1.1 Conception et construction de l immeuble Historique des consommations d électricité La vie énergétique de l immeuble de 1997 à CHAPITRE 2 : ANALYSE COMPARATIVE AVANT/APRES TRAVAUX DES CONSOMMATIONS D ELECTRICITE 2.1 Comparaison des consommations globales Analyse des consommations par usages de l électricité Le système de sous comptage par usages Analyse comparative par usages avant /après travaux Analyse détaillée par usages pertes des transformateurs Onduleur principal Consommations totales des T.I.C Restaurant administratif Bureaux Eclairage Imprimerie Ascenseurs Production d eau chaude sanitaire Chauffage, ventilation, climatisation ( CVC ) CVC : analyse par groupes fonctionnels 56 PROD TH 1 : Hydro accumulateurs 61 PROD TH 2 : PAC et groupes à eau glacée 62 PROD TH 3 : Tours aéro réfrigérantes 66 Page 2

3 PROD TH 4 : divers CVC localisés 70 TOTAL PRODUCTION THERMIQUE 71 DISTR-EMM 1 : Ventilation 72 DISTR-EMM 2 : Pompes 74 DISTR-EMM 3 : Divers CVC localisés CVC : Analyse par usages 78 CHAUFFAGE 79 CLIMATISATION Appartements de fonction : Autres usages de l électricité 85 CHAPITRE 3 : CONSOMMATIONS DE GEOTHERMIE 3.1 Technologies, performances, et réglementa tion Analyse des consommations Valorisation énergétique de la ressource géothermique Coûts de l énergie géothermique Performances des pompes à chaleur 94 CHAPITRE 4 : CONSOMMATIONS D EAU 4.1 Consommations d eau globales Analyse des consommations par usages Le système de sous comptage par usages Comparaison globale des consommations par usages Analyse détaillée par usages E.F. Tours aéro réfrigérantes E.F. Bureaux & usages généraux EF Restaurant 109 Page 3

4 EF arrosage EF réseau protection incendie EF appoint CVC ECS Restaurant ECS Bureaux & usages généraux ECS Appartements ECS aire de lavage Consommation totale usage EAU FROIDE Consommation totale usage EAU CHAUDE SANITAIRE 117 CHAPITRE 5 : INDICATEURS ECONOMIQUES ET ENVIRONNEMENTAUX 5.1 Emissions de gaz à effet de serre Facteurs d émission Electricité Fioul Géothermie Fluides frigorigènes Eau potable Bilan global d émission de GES Certificats d Economie d Energie Eléments de rentabilité économique Ratios 124 CHAPITRE 6 : Eléments de diagnostic électrotechnique du site 128 Bibliographie 130 Liste des fiches de MDE 131 Page 4

5 INTRODUCTION Le changement climatique et la raréfaction à terme des ressources énergétiques de stock ( i.e. : non renouvelables ) imposent de limiter les consommations d énergie, en particulier des bâtiments. Cette motivation reçoit le renfort de la déréglementation des prix des énergies, qui sont annoncés en forte croissance dans les prochaines années. Dans le sous - secteur de l habitat, le rythme de renouvellement du parc existant, très peu performant, par du neuf correspondant aux meilleurs labels, est très lent, de l ordre de 1 % par an ; mais, considéré globalement, l habitat a commencé à maîtriser l évolution de ses consommations. Dans le sous secteur du tertiaire, on assiste par contre à une croissance soutenue du parc, accompagné d une forte croissance des consommations d énergie, de 15 % entre 2001 et 2010, et de plus de 32 % pour la seule électricité ( cf graphique 1, tiré de [17] ). Rappelons ici que les objectifs du «Grenelle de l environnement» se déclinent, pour le tertiaire, à une réduction des consommations de 40 % à l échéance Graphique 1 Alors que la réhabilitation de l existant vise souvent ( et atteint avec peine ) des performances énergétiques insuffisantes, c est bien l essentiel du parc existant qu il faut traiter d ici à 2050, si l on veut atteindre l objectif de «facteur 4» correspondant aux engagements internationaux de la France. Et le traiter vigoureusement, visant dans chaque cas des performances élevées, si l on ne veut pas «tuer le gisement» d économies d énergie du parc existant, comme le démontre en particulier O. Sidler [14]. Or, traiter l existant pour l améliorer de façon significative n est pas acquis d avance, particulièrement en France, et de plus dans le gros tertiaire, en raison de la problématique complexe du secteur du bâtiment : les performances atteintes lors des réhabilitations énergétiques sont le plus souvent décevantes, et, de plus, le tertiaire abrite des usages spécifiques et aussi des process, où les économies d énergie sont plus difficiles que dans la thermique de l habitat. Page 5

6 D autre part, l étude et la mise en œuvre de programmes efficaces de maîtrise de l énergie dans le tertiaire existant, supposent de bien connaître la structure et la répartition par usages de la consommation. La norme ISO «systèmes de management de l énergie» [2], en définit les principes, en s appuyant explicitement sur la mesure en continu des consommations : Elaborer une politique pour une utilisation plus efficace de l énergie Fixer des cibles et des objectifs pour mettre en œuvre la politique S appuyer sur des données pour mieux cerner l usage et la consommation énergétiques et prendre des décisions correspondantes Mesurer les résultats Examiner l efficacité de la politique Améliorer en continu le management de l énergie. Dans ce contexte, il est donc très utile de pouvoir disposer de «retours d expériences», concernant la réhabilitation plus ou moins complète d un immeuble tertiaire, à condition de pouvoir comparer objectivement les situations avant et après travaux, grâce à des campagnes de mesures détaillées «par usages». En effet, il ne saurait suffire de comparer, avant et après travaux, les consommations globales d un immeuble complexe, tant il est vérifié que les consommations agrégées ( vues par le compteur électrique unique ) cachent une complexité qu il est difficile et hasardeux de démêler, souvent au prix d hypothèses et de ratios mal assurés. Il faut donc mesurer et comparer [1] : c est précisément ce qui a été fait dans l immeuble commun abritant l Hôtel du Département et la Préfecture de la Gironde, qui vient de faire l objet d un programme de réhabilitation important, quoique partiel. Cet immeuble ayant été instrumenté dès 2001, on dispose ainsi d une base de données de consommations mensuelles par usages avant travaux sur 5 années complètes, que l on compare ici aux consommations pendant 3 ans des mêmes usages après travaux. Il est probable qu un tel exemple de «monitoring comparé» dans un grand immeuble tertiaire soit plutôt rare en France, ce qui rend ce travail d autant plus intéressant, à toutes fins utiles de parangonnage ou de «benchmarking». Il pourrait ainsi être utile dans la définition et la mise en œuvre d un grand programme d économies d énergie ( et d eau ) dans les bâtiments publics de l Etat et des collectivités [3], [4]. Page 6

7 RESUME L immeuble abritant l Hôtel du Département et la Préfecture de la Gironde, situé dans le quartier de Mériadeck à Bordeaux, est un représentant emblématique du grand tertiaire tout électrique des années 1970, avec ses m2 SHON et ses 11 niveaux. D un design très «moderne», c est aussi un gros consommateur d énergie et d eau, dont la «vie énergétique» est rappelée et explicitée. Après 30 années de service, un programme important de réhabilitation des installations techniques ( chauffage & climatisation, éclairage, ascenseurs, transformateurs électriques.. ) s y est déroulé de 2007 en Par contre, l isolation thermique du bâti, le remplacement des façades, envisagés en phase APS, n ont pas été réalisés. Ce bâtiment bénéficie, depuis 2001, d un relevé mensuel systématique des consommations d électricité et d eau, grâce à un système de sous comptages par usages. On dispose donc d un ensemble de données de consommation «avant travaux», que l on peut comparer, usage par usage, aux données «après travaux». Ce sont ces comparaisons qui sont présentées dans ce rapport, dont voici les principaux résultats : La consommation globale d électricité a baissé de près de 30 %, passant de 5668 MWh/an à Mais l augmentation simultanée très importante du «tarif Vert» électrique semble avoir presque complètement «consommé» les économies en volume. Ce sont cependant plus de 265 k qui auraient été dépensés en plus chaque année depuis 2007, si ces travaux n avaient pas eu lieu. Le ratio de consommation totale d énergie ( électricité + géothermie ) passe de 217 kwh/m2 SHON à 185 après travaux, avec une forte substitution de la géothermie à l électricité pour le chauffage. Exprimé en énergie primaire, le ratio de consommation d électricité passe de 510 kwh EP/m2 SHON avant travaux, à 360 après travaux Le principal poste d économie d électricité est les BUREAUX, qui réduisent leur consommation de 720 MWh, soit 48 % de leur consommation initiale, grâce au remplacement de l éclairage, qui, à lui seul, voit ses consommations divisées par 2,50. Mais aussi en raison de la baisse d un tiers des effectifs administratifs depuis Le deuxième poste d économie est l ensemble chauffage ventilation climatisation ( CVC ), qui diminue sa consommation de 27 %, soit 640 MWh, et cela malgré un niveau de confort nettement supérieur à la situation avant travaux. En cause de ce résultat, la bien meilleure valorisation de la géothermie, qui double sa part de la production thermique de chauffage, de 32 à 62 % ; ainsi que le COP des groupes de production du froid, qui passe de 2,80 à 3,60. On note, concernant l ensemble CVC, que les consommations d électricité des pompes et des ventilateurs représentent 45 % du total : on consacre presque autant d énergie à transporter l énergie thermique dans l immeuble qu à la produire. Cela reste vrai après travaux, malgré des équipements performants ( pompes à vitesse variable ) La valorisation de la géothermie du réseau de Mériadeck passe de 545 à 1315 MWh, chaque m 3 fournissant 36 kwh au lieu de 27, le coût unitaire passant de 44,6 /MWh Page 7

8 valorisé à 33 après travaux, grâce aux performances des pompes à chaleur, dont le COP saisonnier s établit à 4,45. Le remplacement des transformateurs a permis de diviser par plus de 2 leurs pertes initiales La modernisation des ascenseurs a divisé par 2 leur consommation L ensemble de ces opérations a permis d obtenir 45 GWh cumac de certificats d économie d énergie ( C.E.E ) Les consommations de l informatique et des TIC poursuivent cependant leur progression Le programme de travaux ne visait pas «le Facteur 4» : il reste à exploiter un gisement important d économies d énergie ( cf FICHES MDE ) La puissance électrique souscrite pourra être significativement réduite ( cf FICHE MDE ) Les consommations d eau ont été divisées par 2 réalisant une économie de m 3 /an, et de plus de 36 k compte tenu de l augmentation du prix unitaire Cette économie d eau est principalement due aux nouvelles tours aéro réfrigérantes ( système CVC ), dont la consommation a baissé de 80 % après travaux, soit 6200 m 3. La baisse des effectifs dans l immeuble est à l origine de 2450 m3 d eau économisés supplémentaires L émission de GES «énergie et eau» est réduite d un facteur 2,75, passant de 1100 tonnes équivalent CO 2 à 400 ; ce résultat est principalement obtenu grâce au remplacement des machines thermodynamiques ( PAC et groupes froid ) et des fluides frigorigènes qu elles contiennent Le temps de retour brut du «surcoût performantiel» de l opération, soit 3 M, est de 10 ans, ce qui est un résultat très intéressant pour un bâtiment public, et compte tenu du résultat technique global ( réduction significative des consommations malgré l augmentation du confort ). Page 8