Version n 3 du 11 décembre 2009

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1 SYNTHESE de l étude thermique Projet de Maison Individuelle Basse Consommation Maîtres d ouvrage : M. et Mme Enjolras Lieu : La Bâtie Divisin (38) Version n 3 du 11 décembre 2009

2 SOMMAIRE : 1. Hypothèses (p.3 à 5) 2. Bilans énergétiques confort d hiver (p. 6 à 12) Besoins Utiles de chauffage Consommations finales Consommations pondérées 3. Confort d été (p. 13 à 18) 4. Synthèse (p. 19)

3 1. Préambule Justification des hypothèses : Les calculs thermiques sont réalisés en ne considérant qu une seule épaisseur d isolation (24 cm) car il s agit de respecter les performances de la norme BBC, qui sera obligatoire en De plus, se passer de la couche croisée intérieure de 12 cm d isolation implique que le traitement des ponts thermiques créés par la structure d ossature (montants et lisses) est entièrement annihilé (la deuxième couche venant recouvrir toute la structure bois par l intérieur). C est pourquoi ne propose jamais de solutions de murs avec des épaisseurs < 24 cm. Tous les calculs de cette étude se base sur ce postulat d entrée. Ayant fixé cette hypothèse, les autres paramètres pouvant modifier les performances futures du bâtiment et sur lesquels le maître d ouvrage s appuiera pour faire ses choix de conception sont : Les Menuiseries Extérieures, dont le coût fortement variable impose une réflexion quant au budget global du projet. Etudier les incidences de 2 voire 3 références différentes sur les coûts d exploitation nous semble suffisant. On pourra par exemple étudier les impacts entre le triple et double vitrage. Là encore, nous n étudierons pas de produits dont le Uw est supérieur à 1,5 W/m².K sauf dans le cas de grandes baies coulissantes aux performances moindres ( 1,9 voire 2 W/m².K) Le système de chauffage, le rendement ayant une incidence directe sur la valeur des consommations. Par exemple, entre une PAC au COP de 3 et un poêle de rendement 80%, la consommation finale liée au chauffage peut varier d un facteur 4 Dans la mesure où le système de chauffage est déjà choisi (poêle à bois dans ce cas), les scénarios de calcul seront basés sur les seules menuiseries extérieures. Toutes les hypothèses de calcul et les scénarios sont définis dans les pages suivantes. 3

4 1. HYPOTHESES Contexte: Exposition 20 par rapport au Sud Optimisation des gains solaires par une approche bioclimatique Hypothèses de calculs Occupation : 4 personnes (2 adultes + 2 enfants). Consignes de chauffage : 19 C occupation 17 C hors occupation et nuits. Fichier Météo de Grenoble, altitude et localisation corrigées pour la Bâtie Divisin. Surface énergétique retenue = 153 m² (136 m² habitable + surfaces avec hauteurs < 1,80 m) Vitrages: 2 possibilités : Menuiseries extérieures à lame d argon (Ug=1,1) et cadre performant en PVC Uw = 1,5 W/m².K. Menuiserie PVC triple vitrage, Uw = 1 W/m².K. Ventilation : Ventilation double flux à 80 % de rendement, débit retenu 0,3 vol/h consommation électrique annuelle estimée à 360 kwh/an Inertie thermique : Bénéfice de l inertie thermique : dalles massives (15 cm de béton sur dalle TP + chape de mortier de 6 cm partout). Eau chaude sanitaire: Chauffe Eau Solaire de 300L surface de capteurs = 4,6 m². Consommations et besoins estimés par TECSOL : Besoins = 2460 kwh/an Apports solaires = 1534 kwh/an 4

5 1. HYPOTHESES : scénarios retenus Scénario 1 Scénario 2 Scénario 3 Menuiseries Extérieures Double vitrage - cadre PVC Uw=1,5 W/m².K Triple vitrage - cadre PVC- Alu Uw=1 W/m².K Double vitrage - cadre PVC Uw=1,5 W/m².K Murs Extérieurs Isolant laine de coton METISSE Densité = 30 kg/m3 λ=0,039 W/m².K Epaisseur = 24 cm U paroi = 0,159 W/m².K Isolant laine de coton METISSE Densité = 30 kg/m3 λ=0,039 W/m².K Epaisseur = 12 cm U paroi = 0,32 W/m².K Toiture en rampants 36 cm de METISSE (3 couches) posé entre chevrons en rampants U paroi = 0,115 W/m².K 24 cm de METISSE (2 couches) posé entre chevrons en rampants U paroi = 0,184 W/m².K Dalle Terre Plein Dalle Béton désolidarisée sur TP isolée en sous face par 12 cm de Polystyrène extrudé + isolant vertical périphérique ép.6 cm entre dalle et longrines U paroi = 0,23 W/m².K Ventilation Double Flux, efficacité = 80 % 5

6 2. Bilans Energétiques : Unités BESOINS UTILES: énergie à fournir au bâtiment pour atteindre la consigne de chauffage ou de climatisation choisie, en fonction des apports internes et externes (gains solaires, puissances dissipées par équipements électriques et personnes, etc.) CONSOMMATION FINALE: énergie consommée par le système de chauffage pour fournir au bâtiment les BESOINS UTILES. C est l énergie comptabilisée pour calculer le coût annuel (facture énergétique), elle dépend du rendement du système (Conso Finale = Besoins Utiles / R 0 ) CONSOMMATION PRIMAIRE: énergie qu il a fallu fournir pour transformer l énergie disponible dans la nature, la stocker ou la transporter jusqu à l utilisateur final. Des coefficients de pondérations sont utilisés selon le mode d énergie: 2.58 pour l électricité, 1 pour le gaz et le fioul, 0.6 pour le boisénergie. 6

7 2. Bilans Energétiques : BESOINS UTILES Pour les 3 scénarios 7

8 2. Bilans Energétiques : Consommations finales Hypothèse d un poêle performant (rendement 80%) : conso. finales = besoins / 0,8 Total = 9573 Total = 5285 Total =

9 2. Bilans Energétiques : Consommations finales en énergie primaire Total = 8290 Total = 5718 Total =

10 2. Bilans Energétiques : SYNTHESE BESOINS UTILES CONSOMMATIONS FINALES CONSOMMATIONS PRIMAIRES kwh/an kwh/m².an kwh/an kwh/m².an kwh/an kwh/m².an Scénario Scénario Scénario L utilisation de fenêtres triple vitrage permet un gain de 11% sur les consommations finales et de 5% sur les consommations primaires (impact sur les coûts p. 11 & 12) Le scénario 3 (isolation non renforcée) fait apparaître des surconsommations de 80% à 100 %. Remarques sur la température de consigne : Les calculs sont basés sur une température de 19 en occupation. Cette valeur qui peut paraître faible, tient compte du niveau d isolation et des menuiseries performantes qui suffit à éviter les effets de "parois froides«. La ventilation double flux qui distribue un air neuf tempéré augmente ce sentiment de confort. En outre, une augmentation de 1 c de la consigne de chauffage entraine une hausse des consommations finales de 9% (donc du coût de chauffage). 10

11 2. Bilans Energétiques : SYNTHESE (2) : coûts Hypothèses : Poêle à bois haut rendement de 80%, prix de la stère moyen de 70 TTC Poêle à granulés rendement de 80%, prix de la tonne 250 TTC Abonnement EDF 6kVA, tarif bleu. 11

12 2. Bilans Energétiques : SYNTHESE (3) : coûts Comparaison par rapport au scénario 1, des coûts et quantité de combustibles des scénarios 2 & 3 Passage au triple vitrage = faible diminution des coûts d exploitation 12

13 3. CONFORT D ETE : Surchauffes et stratégies de protection La période estivale est propice aux surchauffes à l intérieur du bâtiment. Les facteurs aggravant et les moyens de les diminuer sont les suivants : Gains Solaires : les casquettes de protection (débords de toitures + pergola), les stores extérieurs ou volets roulants coupent le rayonnement solaire la journée et limitent les surchauffes diurnes. Apports internes : provoqués par la dissipation de l énergie électrique des divers équipements (électroménager, audiovisuel et cuisine en particulier). En été, on veillera à ne pas trop utiliser ces équipements en journée. L inertie thermique apportée par la chape permet de lisser les augmentations journalières de température. Une ventilation nocturne efficace (ouverture des fenêtres) permettra d évacuer l excédent d énergie. Les graphiques suivants montrent le comportement pour les scénarios 1 et 2 pendant la semaine la plus chaude de l année (début juillet). Les simulations thermiques suivantes ont toutes été menées en considérant que des stores ou des volets viennent occulter les fenêtres en journée. 13

14 3. CONFORT D ETE : 1. Chambre RDC / scénario 2 (triple vitrage) Stores ou volets occultant les vitrages + Volets fermés totalement en façade ouest T intérieure sans ventilation nocturne T intérieure avec ventilation nocturne Température extérieure 27 C = limite inconfort Ventilation nocturne Jusqu à 3 C en moins en moyenne 14

15 3. CONFORT D ETE : 2. Salon salle à manger/ scénario 2 (triple vitrage) Stores ou volets occultant les vitrages + Volets fermés totalement en façade ouest T intérieure sans ventilation nocturne T intérieure avec ventilation nocturne Température extérieure 27 C = limite inconfort Ventilation nocturne Jusqu à 4 C en moins en moyenne 15

16 3. CONFORT D ETE : 3. Chambre Etage Sud-ouest / scénario 2 (triple vitrage) Stores ou volets occultant les vitrages + Volets fermés totalement en façade ouest + VELUX occulté en journée T intérieure sans ventilation nocturne T intérieure avec ventilation nocturne Température extérieure 27 C = limite inconfort Ventilation nocturne Jusqu à 4 C en moins 16

17 3. CONFORT D ETE : Différences entre les 2 versions (Scénarios 1 & 2 : double ou triple vitrage) Stores ou volets occultant les vitrages + Volets fermés totalement en façade ouest + VELUX occulté en journée T intérieure Scénario 1 T intérieure Scénario 2 T intérieure Scénario 1 + Ventil. Nocturne Température Scénario 2 + Ventil. Nocturne 27 C = limite inconfort Le confort d été n est pas influencé par le choix des menuiseries extérieures 17

18 3. CONFORT D ETE : Commentaires : Pas de différences notables en terme de confort entre les 2 types de vitrage. L utilisation des stores extérieurs permet des gains de 4 C selon les cas pour les jours les plus chauds. En outre, les températures descendent en dessous de la température d inconfort (27 C) la nuit dans tous les cas. Si l on effectue une ventilation naturelle nocturne associée à la fermeture des stores extérieurs en journée, les températures descendent en dessous de 27 C en journée le confort est assuré pour toute la période estivale, sans utilisation d un complément de rafraîchissement (climatisation ou puits canadien). Remarque : Certains facteurs sont susceptibles de faire varier les performances du bâtiment étudié : Les apports internes participent au maintien du confort thermique hivernal : l activité des personnes (80W/personne) et la dissipation de l énergie électrique des équipements sont autant de calories que le chauffage n aura pas à produire. Au contraire, il est important de noter que plus les apports seront diminués l été, moins les surchauffes estivales seront fréquentes. 18

19 SYNTHESE Performances thermiques : Très bonnes performances énergétiques du bâtiment pour les 2 premiers scénarios. Le 3 ème scénario ayant valeur de comparaison : il n entre pas dans les critères relatifs à un bâtiment BBC. Cette troisième option ne pourra être retenue. La différence entre double et triple vitrage est voisine de 2 kwh EP /m².an. Ceci s explique par le fait que le bénéfice d un triple vitrage en terme d isolation est réduit par un facteur solaire plus faible. En terme de coût de revient, on économise une vingtaine d TTC/an seulement si on passe en triple vitrage. Thermique d été : confort assuré sans rafraîchissement (climatisation ou puits canadien) si des stores extérieurs ou des volets roulants sont installés et si certains comportements sont adoptés pendant les journées chaudes : baisse des apports internes l été, stores fermés en journée, surventilation nocturne. 19