Bilan de la performance énergétique du bâtiment K de la Cité Verte: Ce qu il faut en retenir CIRCERB Chaire industrielle de recherche sur la construction écoresponsable en bois Jean Rouleau, ing. jr Étudiant au doctorat 14 Décembre 2016
Plan de la présentation Présentation de la chaire de recherche; Présentation du bâtiment et des données mesurées; Performance énergétique du bâtiment; Observations et travaux effectués jusqu à ce jour; Travaux futurs. 2
CIRCERB Plateforme académique visant le développement de solutions écoresponsables qui utilisent le bois pour réduire l empreinte écologique des bâtiments. Jumelée à un consortium industriel: Société d habitation du Québec; Ministère de l Énergie et des Ressources naturelles; Ministère des Forêts, de la Faune et des Parcs; Maibec; Pomerleau. Provencher Roy; Coarchitecture; FPInnovations; Art Massif; Kruger; Chantiers Chibougamau; Thèmes de recherche abordés: Conception intégrée; Analyse de cycle de vie et écoconception; Matériaux; Logistiques; Durabilité; Efficacité. 3 Systèmes constructifs;
Les enveloppes de bâtiments en bois Source: Matériaux maisons passives Source: Smartlam Source: SRG Ossature légère (OSB) Fortement employé dans le résidentiel, depuis fort longtemps; Grand savoir faire; Structure économique (argent et matériaux); Bois lamellé-croisé (CLT) Développé en Europe, relativement nouveau en Amérique du Nord; Meilleures capacités structurales; Contribution à l amélioration de l étanchéité à l air; Ajout de masse thermique. 4
Paramètres mesurés Données Pour 8 logements Pour les 32 autres logements Température de l air [ C] Humidité de l air [%] Contrôle du système de ventilation [On/Off] Contrôle des fenêtres [On/Off] Température des murs de l enveloppe [ C] Humidité des murs de l enveloppe [%] Flux thermique à travers les murs de l enveloppe [W/m 2 ] X X X X X X X Pour le bâtiment au complet Énergie pour le chauffage [kwh] X X X Énergie pour l eau chaude domestique [kwh] Quantité d eau chaude domestique [m 3 ] X X X Électricité consommée [kwh] X X X X 5 Énergie pour le chauffage du sous-sol [kwh] Électricité consommée par la salle mécanique [kwh] Données météo X X X
6 Paramètres mesurés
7 Données mesurées sur l enveloppe
Énergie consommée [kwh/m2] La performance énergétique du bâtiment k 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 Chauffage Eau chaude domestique Électricité Prévu Mesuré* Bâtiment multi-résidentiel moyen** Total *Ces mesures ne considèrent pas l effet du climat ni celui des occupants. **Dans la région de Québec, en 2015. Ces barres ne représentent que des ordres de grandeur approximatives et ne prétendent pas être exactes. La consommation totale provient des données d Hydro-Québec et la répartition entre les secteurs a été calculée selon les moyennes québécoises. 8 Pour la demande en chauffage, le bâtiment se comporte beaucoup mieux que la moyenne. Par contre, la demande en eau chaude et en électricité excède les moyennes québécoises.
Température extérieure moyenne [ C] La température extérieure 25 20 15 10 5 0-5 -10-15 PHPP Mesuré Pour un hiver «standard», on s attend à Un hiver plus doux que prévu. une augmentation de 5% de la demande en chauffage du bâtiment. 9
Proportion de la population [%] La température du thermostat *D après le rapport Survey of Household Energy Use de Ressources Naturelles Canada. **La température de thermostat moyenne se situe dans cet intervalle dans 95% des cas. Température intérieure considérée dans PHPP: 20 C 10 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Moyenne canadienne* = 20.9 C Moyenne québecoise* = 21.1 C Moyenne du bâtiment K** = 23.7 ± 1.8 C 18 et moins 19 20 21 22 23 et plus Température du thermostat [ C] Les occupants chauffent plus que ce qui était prévu. Avec un thermostat à 20 C, la demande en chauffage du bâtiment diminuerait d environ 20%.
Effet du climat et des occupants La demande en chauffage est 48% plus élevée que ce qui a été calculé lors de la modélisation pré-construction. Après considération de l hiver doux et des températures de consigne plus élevés, on remarque alors que le bâtiment consomme 24% plus d énergie pour le chauffage que ce que PHPP prévoyait. L ordre de grandeur de cet écart entre les prédictions et la réalité est semblable à ce qu on retrouve en général. Outre la température extérieure et la température de consigne, il y a différents facteurs qui peuvent expliquer ces écarts. 11
Répartition de la consommation énergétique Bâtiment K - Mesuré 24.96 40.09 34.95 Moyenne québécoise pour un appartement * Bâtiment K - Prévu 25 28.23 42.04 55 12 20 *D après le rapport État de l Énergie au Québec de HEC Montréal. 29.73
13 La demande en chauffage du bâtiment
Consommation moyenne de chauffage par surface de plancher [W/m 2 ] La demande en chauffage du bâtiment Le profil quotidien moyen de la demande en chauffage d un logement durant le mois de Janvier 2016: 20 15 10 5 0 00:00 04:00 08:00 12:00 16:00 20:00 Heure de la journée OSB CLT On n observe pas de réelles différences entre les logements en bois lamellé-croisé et ceux en ossature légère. 14
15 La demande en énergie du bâtiment
Nombre d'occupants Les occupants du bâtiment K La population du bâtiment K est de 90 habitants (2.25 occupants par logement). Lors de la modélisation pré-construction, 112 habitants étaient prévus (2.8 occupants par logement). Il s agit d une population plutôt jeune dont l âge moyen est de 26.64 ans. 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 16 Âge
Consommation de chauffage [kwh/m 2 ] Consommation de chauffage [kwh/m 2 ] Consommation de chauffage [kwh/m 2 ] La consommation unitaire de chaque logement L influence des occupants étant forte, il est difficile de percevoir une différence pour le chauffage des logements selon leur position et leur enveloppe. 17 100 80 60 40 20 0 Orientation de la façade 90 70 50 30 10-10 120 100 80 60 40 20 0 Composition de l'enveloppe 1er étage CLT Étage OSB 2e étage 3e étage 4e étage
Le confort thermique estival Les températures intérieures des logements en ossature légère versus les températures limites de confort adaptatif pour une semaine en Juillet. 1 er étage 4 e étage Nord-Est Sud-Ouest 18
Le confort thermique estival Les températures intérieures des logements en CLT versus les températures limites de confort adaptatif pour une semaine en Juillet. 1 er étage 4 e étage Nord-Est Sud-Ouest 19
Température opérative moyenne [ C] Le confort thermique estival Contrairement à la demande en chauffage, on peut observer des différences de la température opérative estivale dans les logements selon leur position et leur enveloppe. CLT OSB Nord-Est Sud-Ouest 1 er étage 4 e étage Température maximale [ C] 27.5 24.8 25.8 26.5 25.3 26.9 28 27 26 25 24 23 20 22 CLT OSB Nord-Est Sud- Ouest 1er étage 4e étage
Outil modélisant le comportement des occupants Outil probabiliste prédisant le comportement des occupants dans leurs logements (consommation d appareils électriques, consommation d eau chaude, température du thermostat, horaire d occupations, ouverture des fenêtres). Les profils générés peuvent aider à étudier la robustesse des stratégies employées par les architectes et ingénieurs. Exemple: Dimensionnement d un chauffe-eau Système actuellement en place (dimensionné selon les méthodes de l ASHRAE) : 1800 L de stockage, 300 kw de puissance de chauffage Selon le profil de consommation d eau chaude mesuré, à un telle puissance nominale, un réservoir de 250 L aurait été suffisant. Une meilleure représentation du comportement des occupants aurait mené à un dimensionnement du chauffe-eau plus optimal. 21
Analyse du comportement hygrothermique Étude du comportement hygrothermique des murs en bois lamellé-croisé et celle des murs en ossature légère. Comparaison de la performance hygrothermique de ces deux types d enveloppes. Validation d un modèle numérique d enveloppe de bâtiment. Une fois le modèle validé, il sera possible de comparer la performance hygrothermique de différents assemblages de murs et de les tester dans différents scénarios. (source: WUFI) 22
Analyse du comportement énergétique Validation d un modèle numérique du bâtiment à l aide des données mesurées. Une fois le modèle validé, il sera possible de comparer la performance énergétique du bâtiment selon différents systèmes mécaniques et enveloppes de différents assemblages de murs et de les tester dans différents scénarios. On pourra alors comparer la performance d une enveloppe massive en CLT versus celle d une enveloppe en ossature légère. Il sera également possible de comparer les résultats du modèle numérique avec ceux de PHPP afin de voir les points forts et les faiblesses de ce dernier. (source: Modèle PHPP de Poly-Énergie) 23 (source: TRNSYS)
Évaluation post-occupationnelle Initialement, il était prévu qu à chaque saison de l année 2016, un sondage serait envoyé à chaque logement afin de noter leur satisfaction par rapport au confort et à la qualité de l air dans le logement ainsi que leurs habitudes en tant que consommateur d énergie. Toutefois, un faible de taux de réponse a été reçu lors des deux premières vagues de sondage (9 logements sur 40), ce qui fait en sorte qu une autre stratégie sera appliquée en 2017. Cette stratégie prendra forme d une grande rencontre avec les occupants de tous les logements, où il sera question de formation des occupants sur la consommation énergétique. 24
Conclusions Le bâtiment K de la Cité Verte a une performance énergétique fortement supérieure à la moyenne et se compare favorablement par rapport aux autres bâtiments du même type. Les occupants jouent un plus grand rôle dans la consommation d énergie d un bâtiment résidentiel que les systèmes en eux-mêmes. De par cette influence des occupants, il est difficile à première vue de comparer la performance des structures légères à celles des structures en CLT. Des analyses plus poussées seront nécessaires. Une enveloppe très étanche et fortement isolée doit être jumelée avec une stratégie d évacuation de la chaleur afin d éviter un risque de surchauffe dans le bâtiment durant l été. 25
Remerciements Architectes: Ingénieurs: BMD Architectes Partage de données: Clients et accès au bâtiment: 26
Merci de votre attention! Pour me contacter: jean.rouleau.1@ulaval.ca www.circerb.com 27