L innovation au service du Bâtiment Basse Consommation Les enjeux du bâtiment BEPOS Les propositions de l INES

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1 L innovation au service du Bâtiment Basse Consommation Les enjeux du bâtiment BEPOS Les propositions de l INES Etienne Wurtz Laboratoire d Energétique du Bâtiment Institut National de l Energie Solaire Le Bourget du Lac

2 Un institut national dédié à la réalisation de bâtiments à très haute efficacité énergétique

3 Laboratoire systèmes photovoltaïques Laboratoire stockage batteries Laboratoire modules solaires Laboratoire cellules solaires Laboratoire matériau silicium

4 Laboratoires Convergence Habitat/Transport Laboratoire Bâtiments démonstrateurs LYNX LYNX II Laboratoire Tests éléments du bâtiment Laboratoire Tests thermiques

5 BEPOS : Le bâtiment à énergie positive: de 320 kwh/m 2 /an en moyenne actuellement à 0 kwh/m 2 /an en 2020? Consommations actuelles du bâtiment RT2012 RT2020 v v v ~ 320 kwh/m 2 /an (chauffage + eau chaude) ~ 50 kwh/m 2 /an 0 kwh/m 2 /an Quels moyens pour y arriver?

6 Aux origines de l énergétique du bâtiment, les deux concepts ont coexisté : La voie de l isolation La voie du bioclimatique L isolation l a largement emporté Simplicité de conception Sollicitations bien connues Mêmes performances des produits dans toutes les régions, pour toutes les orientations 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% L enjeu est de faire augmenter le taux de couverture solaire 74% Taux de couverture 29% MI BBC Exploitation du potentiel concomitant 5% 2% 70% soleil ciel air 28% Une exploitation même limitée des ressources couvre l essentiel des besoins

7 Des exigences inédites Des outils de calcul puissants et performants Une incontestable évolution Des principes simples Nouveau contexte et nouveaux moyens En hiver un bâtiment isolé reçoit 5 fois plus d énergie solaire qu il n a de besoins En été un logement protégé des apports solaires n a pas besoin de climatisation Les puits canadiens, microcogénérations, rafraîchissements solaires n ont fait preuve que de leur coût! Le soleil permet de couvrir les besoins pour les bâtiments basse consommation à Marseille

8 Nom événement Nom Prénom 8

9 Nom événement Nom Prénom 9

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21 Plateforme INCAS Champs d action Windows/Glazing Solar Systems «Concept House» for Solar Decathlon Solar Control Prefabricated facades for refurbishment projects Ventilation Indoor air quality thermal comfort Fully monitored passive houses Brickwork + aerogel coating Low thermal mass timber frame Thermal and hydrothermal transfers Building Integrated Photovoltaics 17/11/

22 Bancs d intégration toiture

23 Intégration PV - toitures Stratégie d intégration toiture PV+thermique (préchauffage eau/air) PV + séchage

24 Intégration PV - toitures Le concept Conception d une toiture active intégrée : Couverture/étanchéité Isolation Préchauffage air neuf Ventilation Production Eau Chaude Sanitaire Production Electrique La conception détaillée CESI intégré La démonstration PV + préchauf fage air neuf

25 Façades de test Boites adiabatiques Cellules de Test Composants façades

26 Développement de composants de façade industrialisés pour la rénovation Façades de test PASSYS2 HAUT Boites adiabatiques T 1 T 2 T 3 T 4 T 5 T 6 T 7 T int 10 T ext T e m p é r a tu r e [ C ] 5 0 Façade épave Facade rénovée -5 25/12/11 01/01/12 Temps Gradients de températures (-0.39;-0.39)= (-0.79;-0.79)= (-1.18;-1.18)= (-1.57;-1.57)= (-1.96;-1.96)= (-2.36;-2.36)= (-2.75;-2.75)= (-3.14;-3.14)= (-3.54;-3.54)= (1.94;-1.94)= (1.51;-1.51)= (1.08;-1.08)= (0.65;-0.65)= (0.22;-0.22)= Facteur de lumière du jour

27 Composants d enveloppe Matériaux biosourcés : Fibre de bois Béton de granulats végétaux Intégration PV verticale

28 Bâtiments expérimentaux Béton Banché + ITE Très forte inertie Blocs béton Brique isolée + enduit isolant aérogel Ossature bois Très faible inertie Préfabrication

29 Travaux sur la masse thermique et le confort d été Comparaison mesures/simulation Calage de modèles numériques Modélisation de la tache solaire Modélisation de la constante de temps d un bâtiment Modélisation et mesure de dérives caniculaires 26,0 25,5 Amortissement et déphasage Température moyenne maison ( C) 25,0 24,5 24,0 23,5 23,0 22,5 22,0 21,5 21,0 30/7 30/7 31/7 31/7 1/8 1/8 2/8 2/8 3/8 3/8 I-BB I-DM I-OB T ext Température extérieure ( C)

30 Précision de la modélisation numérique R open % &'( )*Φ ', )%. 7Φ 51*6Φ ', ', R / 1 R R / / 1/!" #"!$ / /'0 3"$4 Modélisation par analogie électrique BAT31 440kWh/(m².an) - 20cm béton + BA13 - Simple vitrage 5.6 W/(m²K) - 1 Vol/h RA - Tchauff : 19 C - 6 parois en contact avec l extérieur CS1 52kWh/(m².an) - 11cm isolation / BA19 - Cloisons BA19/air/BA19-1 Vol/h RA - Chauffage intermittent 16/21 C - 1 paroi en contact avec l extérieur BAT21 20kWh/(m².an) - 20cm béton +20cm isolation + BA13 - Double vitrage 1.1 W/(m²K) Vol/h RA - Tchauff : 19 C - 6 parois en contact avec l extérieur Analyse de signature thermique d enveloppes MODELINCAS 25kWh/(m².an) - PV :17cm isolation / 5cm béton - PH : 40cm isolation - PB : 16cm béton / 20cm isolation Vol/h RA - Tchauff : 19 C

31 Qualité d air intérieur & confort thermique Mesures sur mortier photocatalytique + mcp Modélisation de l'âge de l air Modélisation et mesure de concentration en CO2

32 Superisolation par l extérieur octobre 2012 octobre 2012 Limitation des ponts thermiques linéiques Simulation thermique sans Parex.IT avec enduit mars 2012 ᴪ = 0.38W/(m.K) * ᴪ = 0.155W/(m.K) **

33 Réhabilitation modulaire par l intérieur Coupe verticale Coupe horizontale Couloir

34 Matériau à changement de phase et isolation sous vide

35 Confort d été par ventilation naturelle Conception d un bâtiment rafraichi par ventilation naturelle dans le cadre de l antenne Corse de l INES

36 Etude du confort sans climatiser en climat chaud

37 Comportement de l ambiance Air entrant par l'imposte côté terre OUEST NORD 5% SUD 10% 15% 20% EST Calcul de gisement de ventilation naturelle Température [ C] et Flux thermique [W/m²] Vitesse [m/s] Text - Tint Flux paroi béton Béton 180 mm Flux négatif Flux positif 0.5 Vent météo correspondant 0 Vitesse d'air au centre de l'ouvrant NORD Modélisation des flux aérauliques 15% 10% 5% OUEST EST SUD

38 Développements produits Vitrage PV Volet Roulant Autonome Mur solaire capteur + stockage + ventilation Ventilation mécanique par insufflation

39 Analyse du comportement d une ambiance Outils «experts» Outils de synthèse

40 Stockage Intersaisonnier Développement de 2 réacteurs pilotes Principaux résultats Densité énergétique élevée : > 200 kwh/m3 selon les sels utilisés Cyclage : pas de dégradation des performances Objectif de démonstration : 90% couverture solaire besoin de chauffage 80% couverture solaire ECS

41 PROPOSITION DE STAGES Kit de diagnostic pour la réhabilitation dans le bâtiment Comportement énergétique des occupants en logements : Algorithmes d analyse et d aide à la décision Traitement de l air par photocatalyse, plasma ou autre : système actif ou passif Analyse de la performance énergétique de bâtiments de logements sociaux Rentabilité technico-économique des stratégies de rénovation Comparaison mesures/simulations du comportement de 4 maisons Lieu : Chambéry Savoie Technolac Durée : 4 à 6 mois Indemnité variable selon profil Contact : etienne.wurtz@cea.fr

42 Merci pour votre attention