La Maison Z.E.N. Premier bâtiment français à énergie positive. Principes constructifs. Résultats de 5 ans de monitoring

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1 La Maison Z.E.N Premier bâtiment français à énergie positive Principes constructifs Résultats de 5 ans de monitoring Conférence du Bureau de coordination Energies Renouvelables Paris La Défense 14 Avril 2013 Alain Ricaud, Cythelia

2 Cythelia: domaines et métiers Solaire & Bâtiment : nos 2 piliers depuis ans d expertise photovoltaïque: Consulting, Formation, AMO, MOE, logiciel ARCHELIOS Intégration du PV au bâti : production d énergie décentralisée, consommation sur lieu de production, effet de substitution vs couverture Concepteur, Maître d ouvrage et Maître d œuvre de BEPOS depuis 2006 Concept Z.E.N (Zéro Energie Net) Maîtrise de l énergie Diagnostic énergétique/ AMO Conception neuve et Rénovation thermique Logiciel ABATIA Couplage PAC/PV Publications Photopiles solaires (PPUR, Lausanne,1997) Modules en couches minces (Techniques de l Ingénieur, 2004) Construire une maison à énergie positive (Dunod, 2010) Guide Environnement et Ville durable (WEKA, 2011) Cahier Technique Energies Renouvelables - Juin 2009 Dossier thématique RT Juin 2012 La Lettre du Solaire (depuis Oct 2000)

3 Comment nous chauffons nous encore au XXI eme siècle? L indépendance énergétique de la France n est que de 12% et nos bâtiments reliés par cordons ombilicaux, dépendent à 80% d importations fossiles et fissiles! GAZ Russie, Ukraine, Norvège, Algérie ELECTRICITE Uranium : Niger, Canada, Etats-Unis PETROLE Russie, Norvège, Arabie Saoudite

4 Bâtiment Zéro Energie Net : Connecté au réseau, il produit de façon autonome sur l année au moins autant d énergie qu il en consomme Cythelia / Maison Z.E.N 4

5 Cythelia / Maison Z.E.N 5 Pose du KLH: 8 heures

6 Cythelia / Maison Z.E.N 6 Pose du KLH: 8 heures

7 Cythelia / Maison Z.E.N 7 Pose du KLH 8 heures!

8 Cythelia / Maison Z.E.N 8 Pose du KLH 8 heures!

9 La démarche Z.E.N: une approche holistique Architecture bioclimatique: -8% Isolation extérieure renforcée: -23 % Triple vitrage: -14 % Chauffage / Ventilation / Rafraîchissement / ECS: - 36 % PAC sur air extrait : -20 % Puits canadien: - 5 % PAC air-eau pour chauffage et ECS: -11 % Efficacité énergétique: -10 % Sobriété énergétique: -9 % Consommation 2008 avec 5 personnes : 36 kwh/m².an Economies énergie finale / RT 2005 : -100 kwh /m².an Cythelia / Maison Z.E.N 9

10 Modules en couches minces CIS rendement 7%: intégration SOLRIF et couverture totale 12 kwc Raisons esthétiques: Pas de problème d abergement de tuiles Apparence homogène sur toute la surface du toit Economie sur les matériaux remplacés: Entre 30 et 100 /m² Coûts de pose réduits Tarif plus favorable en 2007: 60 c /kwh pour l intégré 32 c /kwh pour le rapporté Cythelia / Maison Z.E.N 10

11 Toiture: couverture totale au Sud (6 kw, prod kwh/an ) et au Nord (6 kw, prod kwh /an) Cythelia / Maison Z.E.N 11

12 parpaing, isolation intérieure, double vitrage, chauffage électrique nucléaire. Cythelia / Maison Z.E.N 12 Energie finale standard: 137 kwh/m².an, ZEN: 36 ; MINERGIE: 58. Energie primaire standard: 329 kwh/m².an ZEN : 36 ; PASSIVHAUS: 120. Consommation globale finale (kwh/m²/an) ECS Electricité spécifique Chauffage/ Climatisation/ Ventilation Standard Maison ZEN Minergie Consommation globale primaire (kwh/m²/an) ECS Electricité spécifique Chauffage/ Climatisation/ Ventilation Standard Maison ZEN Passiv Haus

13 Conclusion Concept Z.E.N = approche globale. La minimisation des consommations procède d une démarche de bon sens. En mettant ensemble 7 techniques nouvelles, on est passé de 137 kwh/m².an d énergie finale à 36 kwh/m².an tous postes confondus (facteur 4), mieux que le label suisse «MINERGIE», qui est à 60 EF. Si l on calcule en énergie primaire, on passe de 329 kwh/m².an à 36 kwh/m².an (facteur 9), mieux que le label «PASSIVHAUS» allemand qui est à 120 EP. Il faut faire connaître ces techniques et les franciser Il faut populariser la notion de CGA (coût global actualisé). Le solaire PV (qui rapporte 6 k /an) est amorti en 10 ans. L efficacité et la sobriété contribuent à absorber les surcoûts Cythelia / Maison Z.E.N 13

14 Cythelia / Maison Z.E.N 14

15 Cythelia / Maison Z.E.N 15 Paramètres mesurés Onduleurs Production DC/ AC Température modules Confort intérieur (température et hygrométrie) Irradiance globale Pyranomètres Compteurs consommation prises et éclairage Température combles Pompes à chaleur COP système = Pcond / P comp Données météorologiques Irradiance globale Modules de référence Niveau d eau

16 Consommation / Production ( ) 5 personnes 7 personnes 11 personnes 14 personnes Cythelia / Maison Z.E.N 16

17 Cythelia / Maison Z.E.N 17 Consommation / Production mensuelle 2009

18 Consommations mensuelles détaillées Cythelia / Maison Z.E.N 18

19 Autoconsommation : puissance consommée /puissance produite (hiver /été) Cythelia / Maison Z.E.N 19 Autoconsommation: 25% Autoconsommation: 49%

20 Cythelia / Maison Z.E.N 20 Puissance consommée au cours d une journée Arrivée des salariés Cuisin e Départ des salariés

21 Résultats de production solaire sur 5 ans Cythelia / Maison Z.E.N 21

22 Coefficient de performance AC des modules CIS Cythelia / Maison Z.E.N 22

23 Cythelia / Maison Z.E.N 23 Mesure de la température de fonctionnement des modules On en déduit que TUC 2 = 69 C. La même série de mesures en Mars a donné 73 C, en Mai 74 C et en Juillet 67 C. Les conditions de ventilation étaient certainement différentes. Toujours est-il qu un module intégré au bâti fonctionne avec une TUC de l ordre de 20 C supérieure à la TUC normalisée des modules en plein champ

24 Rendement des modules en fonction de l irradiance et mise en évidence de la dégradation des modules Cythelia / Maison Z.E.N 24

25 Cythelia / Maison Z.E.N 25 Puits climatique D octobre 2008 à Avril 2009, le gain sur les déperditions de chauffage est de 1030 kwh, soit 5 kwh/m²

26 Conclusion sur le monitoring (1) Les objectifs de performance ont étéatteints ( kwh/an). Le confort thermique des occupants est au rendez-vous aussi bien en hiver qu en été(rares moments de surchauffe à l étage). La comparaison avec les prévisions initiales est biaisée: conception pour usage d habitation, et utilisation tertiaire. Les consommations prévues d ECS sont compensées par les consommations des prises (ordinateurs). Grâce au monitoring fin, mise en évidence d une dégradation spécifique des modules en couches minces non reliés àla terre ainsi que des températures de fonctionnement de 70 C côtésud qui réduisent significativement la durée de vie des modules. Le monitoring des Pompes àchaleur a permis de mesurer de véritables «COP Système»ainsi que de repérer des dysfonctionnements au niveau de la double-flux thermodynamique Cythelia / Maison Z.E.N 26

27 Cythelia / Maison Z.E.N 27 Conclusion sur le monitoring (2) Les points àaméliorer sont: -La centralisation des données au sein d un même et unique datalogger reconnu et fiable - Le traitement des données de manière plus automatique -Une information systématique des occupants sur des données simples de consommation. -Une programmation nocturne et hebdomadaire des températures de consigne (occupation tertiaire) Le retour d expérience du monitoring a étémis àprofit dans un second bâtiment du même type (la Petite Maison ZEN), support du prototype AEDOMIA, système brevetéde chauffage/ ventilation / rafraîchissement / ECS, issu du programme ANR PACairPV.