Efficacité énergétique du bâtiment : théorie et pratique Christophe Matas Ing. dipl. EPF/SIA christophe@matas.ch
Efficacité énergétique du bâtiment : théorie et pratique Morceaux choisis issus de mon expérience Contexte Le métier du bâtiment Quelques outils Quelques solutions Les coûts La rénovation Les ordres de grandeur
Contexte : énergie thermique du bâtiment Energétique du bâtiment Les métiers du bâtiment on fortement évolué Aujourd hui le maçon vous demande quelle épaisseur d isolation il doit prévoir, Le charpentier vous explique comment colmater la feuille de PE, Et l électricien est devenu conseiller!
Contexte : énergie thermique du bâtiment Energétique du bâtiment Pour le métier d électricien, après Les électro-domestiques (Cuisinière, four, LV, frigo, etc), L eau chaude sanitaire, Le chauffage électrique des années 80 et la PAC, Reste la domotique, la LED et.. surtout l énergie!
Contexte : énergie thermique du bâtiment Objectif du jour Donner des outils Balayer quelques idées reçues
Premier outil : les degrés-jours Energétique du bâtiment Calcul empirique de l énergie nécessaire au chauffage à partir des DJ et de la température de référence SIA Energie de chauffage = 1.2 * DJ * 14 * Qh 1000 * (20 Tref) Les DJ des stations météo de référence : Zermatt 5 185 DJ pour 12 C Sion 3 220 DJ pour 7 C Montana 4 414 DJ pour 9 C Le Qh en Watts et la Tref en Celsius Exemple pour une villa de Qh = 5 500 W à Montana Energie de chauffage = 1.2*4414*14*5500/ 1000*(20-(-9)) = 14 000 kwh /an
Les degré-jour au fil du temps Energétique du bâtiment Sion min 2 884 DJ en 1994 max 3 471 DJ 1987 Zermatt min 5 002 DJ en 2003 max 5 617 DJ en 1996
Les solutions actuelles pour chauffer villa de Qh = 5 500 W à Montana En. de chauffage = 14 000 kwh /an En gaz : 1 700 m3 En mazout : 1 800 l. En pellets : 3 500 kg En stères : 8 En PAC air/eau : 4 700 kwhél En PAC eau/eau : 3 100 kwhél En solaire th. reste 4 200 kwhth Qui produit le solde manquant du solaire thermique?
La solution solaire Les moyennes de production solaire suisses : Solaire thermique 450 kwh/m2 de panneau Solaire photovoltaïque 150 kwh/m2 de panneau Soit pour notre exemple : 31 m2 de solaire thermique ou 93 m2 de solaire photovoltaïque Avec un taux de couverture de 70%
Comparaison des coûts Energétique du bâtiment Hypothèses Mazout 80.-/100 l. Gaz 7.6 ct/kwh Pellet 350.-/t Electricité 21ct/kWh Amort. 4% avec durée de vie «Tout compte fait» N.4 du 26 avril 2006 Il faut comparer la plus-value et le retour sur les économies de charges.
La PAC Est la moins mauvaise solution aujourd hui! Du point de vue financier, Du point de vue énergétique, Du point de vue de l impact environnemental, Du point de vue mise en application.
Exemple PAC air/eau LW60C Puissance calorifique Temp. entrée d air
La température de l air Energétique du bâtiment Température moyenne hebdomadaire à Sion
La PAC air/eau Aujourd hui son COP moyen annuel est de 4.1 pour du chauffage basse température (30 C) et 3.1 pour la prod. d ECS à 55 C! Calculé avec le document WPEsti de Minergie.
La PAC géothermique
Deuxième outil : l enveloppe Le bâtiment est défini par son enveloppe thermique. Plongé thermiquement dans un milieu où il a des pertes. ADEME FR
Dans un cas standard gaz 14 % 25 % 61 % 6 % 4 % 15 % 24 % 23 % 19 % 19 % 100 % 100 %
La conductivité thermique La conductivité thermique est la quantité de chaleur qui passe en 1 seconde au travers de 1 m² d'une couche de matériau homogène de 1 mètre d'épaisseur, soumis à une différence de température de 1 degré. lambda l [W/(m K)]
Coeff. de transfert thermique : valeur U Résistance thermique R d une couche R = d / l Energétique du bâtiment Valeur U d une couche U = 1 / R = l / d U couche = conductivité / épaisseur [W/(m 2 K)] = [W/(m K)] / [m] Valeur U d un mur U Tot = 1 R i +R 1 + + R n +R e R i et R e résistance des couches limites intérieure et extérieure admises respectivement 0.13 et 0.04 [(m 2 K)/W]
Le calcul du U 7.937 0.107 0.000 7.5 0.003 0.157 U = 0.126 W/(m 2 K)
Valeurs U typiques actuelles Station climatique Sion Eéments de construction contre l'extérieur ou enterré à moins de 2 m coefficient U limite [W/m 2 K] Epaisseur d'isolation avec l D moyen [cm] Epaisseur d'isolation avec l D très bon (polyuréthane) [cm] Epaisseur d'isolation avec un produit non contrôlé [cm] murs avec isolation extérieure, sol, 0.25 14 10 18 toit avec isolation sur chevrons mur à ossature bois, toit avec isolation entre chevrons 0.25 16 14 20 sol avec chauffage par sol, mur avec chauffage dans la paroi 0.25 16 12 20 Fenêtre 1.50 U du vitrage 1.1 W/m2 K, intercal. plastique contre des locaux non chauffés ou enterré à plus de 2 m murs, sol, plafond homogènes 0.35 10 8 14 mur à ossature bois, plafond inhomogène 0.35 10 8 14 sol avec chauffage par sol, mur avec chauffage dans la paroi 0.30 13 10 16 Fenêtre 1.70 U du vitrage 1.1 W/m2 K, intercal. plastique Valeurs limites pour bâtiment à construire, réf. www.vs.ch/energie
Valeurs U typiques demain MoPEC 2008 (Modèle de prescriptions énergétiques des cantons) valeurs limites pour bâtiment à construire, réf www.endk.ch
En cas de rénovation : où commencer? 300 500 Fr./m2 250 500 Fr./m2 100 250 Fr./m2 700 1 500 Fr./m2 ADEME FR
Rénovation d un bâtiment des années 70 Efficacité nette de l amélioration du transfert thermique 8 % 14 % Une PAC en centrale 7 % 22 % ----- 5% 58 % 30 % 22 % ----- 12% 22 % Part du total des investissements
Future Consom. Future consom. Pour ECS Coûts énergie électrique approx. Energétique du bâtiment Exemples de comparaison de coûts PAC 1) ECS Forage / puits Total Prix global avec plus-values approximatives 2) Fr. Fr. Fr. Fr. kwh/an kwh/an Fr./an Remplacem ent de la chaudière existante Relève de chaudière Variante GAZ PAC avec forages 44'100.00 14'000.00 48'260.00 106'360.00 18'300 15'938 5'135.63 SFr. 116'110.00 PAC eau/eau avec puits 36'000.00 6'300.00 16'300.00 58'600.00 13'500 15'300 4'320.00 SFr. 79'287.25 2 PACs Air/eau ext. 78'200.00 14'000.00-92'200.00 33'600 19'125 7'908.75 SFr. 103'200.00 1 PAC Air/eau int. 33'000.00 - - 33'000.00 21'500-3'225.00 SFr. 37'000.00 Chaudière gaz 70kW 45'000.00 - - 45'000.00 56'000 28'333 7'876.27 SFr. 50'600.00 REM : Eau chaude sanitaire avec la PAC et 2 boilers 800l avec échangeur. La relève de chaudière permet d'économiser env. 8'000l. de mazout par an. 13'000 l de mazout à Fr. 1.20/l. yc contrat brûleur et ramoneur.
Charges mazout actuelles Economies annuelle Retour sur investissement Energétique du bâtiment Exemples de comparaison de coûts Fr./an Fr./an an Remplacem ent de la chaudière existante Relève de chaudière Variante GAZ PAC avec forages PAC eau/eau avec puits 2 PACs Air/eau ext. 1 PAC Air/eau int. Chaudière gaz 70kW 16'850.00 11'714.38 9.91 16'850.00 12'530.00 6.33 16'850.00 8'941.25 11.54 16'850.00 5'625.00 6.58 16'850.00 973.73 51.97
Troisième outil : les ordres de grandeur Energétique du bâtiment Consommation en électricité du ménage moyen Suisse : 5 000 kwh/an Besoin pour l ECS par personne : 1 000 kwh/an Ensoleillement max au sol en été le soleil au zénith : 1 200 W/m2 Energie annuelle moyenne reçue au sol par m2 par le soleil : 1 000 kwh/an Production moyenne Suisse de chaleur pour le solaire thermique : 450 kwh/m2 pour le solaire photovoltaïque : 150 kwh/m2 Pour de l air à 20 C et 50 %HR, le point de rosée est à 9 C Dégagement de chaleur moyen par une personne 120 à 200 W selon l activité Coefficients U mur, parois et toît env. 0.25 W/m2K Coefficient U fenêtre env. 1.3 W/m2K
Dimensionnement
Indices de contrôles SRE : Surface de référence énergétique, surfaces chauffées comprises dans l enveloppe thermique du bâtiment (y.c. murs)
La maison idéale Energétique du bâtiment
Adresses utiles www.endk.ch : Conférence des directeurs cantonaux de l énergie www.bfe.admin.ch/services : Office fédéral de l énergie www.energie-environnement.ch www.fondationcentimeclimatique.ch www.bien-construire.ch www.suisseenergie.ch www.minergie.ch www.topten.ch