ÉTUDE D OPTIMISATION ÉNERGÉTIQUE ET ENVIRONNEMENTALE MAISON POUR TOUS - VILLEFRANQUE

ÉTUDE D OPTIMISATION ÉNERGÉTIQUE ET ENVIRONNEMENTALE MAISON POUR TOUS - VILLEFRANQUE Mars 2010 Page 1/15

1 - DONNÉES GÉNÉRALES DU PROJET Intervenant Nom des intervenants : Adresse : Dates d'intervention sur site : Date de remise du rapport de diagnostic : Téléphone : 05 59 85 17 60 Courriel : Mobile : 06 32 35 23 16 Autres intervenants/contacts Architecte: Client/Maître d'ouvrage Nom : Mairie de Villefranque Adresse : Le Bourg 64990 Villefranque Téléphone : 05 59 44 93 13 Informations générales Olivier CLAUDE - Ingénieur Énergie Environnement Yoann ROUILLOT - Chargé d'étude Énergie Environnement Vocation Construction Salle polyvalante et sportive Société HTM Espace Agoretta - 65, avenue de Bayonne Surface Hors Oeuvre Nette 758 m² 64210 BIDART Surfaces Surface Chauffée (hors logement) 637 m² o.claude@reseauhtm.com Données climatiques : Station météo BIARRITZ Source : COSTIC DJU Année 2007 = 1704 MURS Béton 20 cm +isolation intérieure laine de verre 80+10 Bâti Isolation sous toitures ou faux plafonds ~20 cm (après (mode PLAFOND rénovation) constructif) PLANCHER Terre-plein non isolé OUVRANTS Bois double vitrage (après rénovation) Systèmes énergétiques pressentis Chauffage Pompe à chaleur air/eau + radiateurs basse T Eau Chaude Sanitaire Ballon ECS éclectrique 200L Eclairage Eclairage Fluorescent et Fluocompact Ventilation Ventilation Simple Flux programmée Ratios (consommations prévisionnelles) Conso Energie Primaire 46.9 kwh ep/m² Emissions GES 3.1 kg CO2/m² Page 2/15

2 - COMPARATIF DES SOLUTIONS TECHNIQUES & ETUDE DES BESOINS ENERGETIQUES La première phase de l étude consiste à simuler le comportement du bâtiment sur la semaine la plus chaude de l'année pour appréhender le confort d'été, et à déterminer les besoins énergétiques sur la période d'hiver. Il s agit de déterminer quelles sont les solutions les plus adaptées à ce projet pour assurer un confort optimal, compte tenu de sa géométrie, son orientation et son agencement. 2.1 SIMULATIONS THERMIQUES DYNAMIQUES DU BÂTIMENT Afin de bien situer la marge de progression avant et après travaux, nous avons réalisés les calculs pour l'état existant puis après rénovation. Le scénario de rénovation porte notamment sur une reprise de l'isolation en toiture/faux plafond et sur le remplacement des menuiseries extérieures (double vitrage). Les résultats des simulations illustrent le comportement du bâtiment en été compte tenu de son orientation et de son architecture. L'occupation et la fréquentation très intermittente du bâtiment impliquent à certaines périodes des apports internes importants, ce qui nous a conduit à confronter plusieurs solutions de réduction des surchauffes. La modélisation du bâtiment, et les simulations thermiques dynamiques, permettent d'analyser le comportement thermique en été et l'évolution du confort intérieur. Nous avons choisi d'étudier les différentes configurations suivantes : ❶ Etat existant ❷ Variante 1 : état rénové avec ventilation simple flux ❸ Variante 2 : état rénové avec ventilation double flux ❹ Variante 3 : surventilation nocturne en mi saison et en été Les données de base et scénarios de fonctionnement qui ont été pris en compte sont les suivants : - données météo horaires sur l'année 2007 pour la station de : Biarritz - scénarios de chauffage : Salle polyvalente RDC : T = 19 C en confort de 9h à 12h puis 17h à 21h du lundi au vendredi / 16 C en réduit T = 19 C en con fort de 14h à 22h le samedi - 10h à 22h le dimanche / 16 C en réduit Dojo Etage : T = 19 C en confort de 17h à 21h les lundi,mardi, jeudi et vendredi / 16 C en réduit T = 19 C en confort de 14h à 22 h le mercredi et samedi - 14h à 18h le dimanche / 16 C en réduit - scénario de ventilation : ventilation à 0,6 vol/h toute la journée (VMC simple flux en continu) - apports internes dus aux occupants - apports externes solaires intégrés aux données météo Les différentes configuration ont fait l'objet de simulations sur la période été, et en particulier sur la semaine la plus chaude de l'année. Page 3/15

a) Besoins de chauffage et de climatisation solutions besoins de chauffage besoins de chauffage Puissance de chauffage [kwh] [kwh/m²] [kw] Pertinence de la solution Existant 40 214 54 67 Etat Rénové Ventilation Simpe Flux* Etat Rénové Ventilation Double Flux** 33 088 44 60 26 660 36 56 solutions besoins de clim [kwh] besoins de clim [kwh/m²] Puissance de clim [kw] Pertinence de la solution Existant 4202 13 31 Etat Rénové Ventilation Simpe Flux Etat Rénové Ventilation Double Flux Etat Rénové Surventilation nocturne 2471 7 25 2871 9 27 1783 5 26 hypothèses de calcul * La ventilation simple flux est permanente dans tous les locaux à 0,6 vol/h ** La VMC double flux traite la salle polyvalente et la salle de dojo, les autres locaux restent en simple flux Mur béton 20cm + laine minérale 8cm + Placo BA13 Dalle de plancher béton non isolée 20cm de laine de verre en toiture ou faux plafonds La VMC s'avère indispensable dans les salles polyvalente et de judo pour le renouvellement d'air minimum hygiénique. De plus elle permet de limiter la température intérieure en été. L'étude du confort d'été des pages suivantes montre qu'il n'est pas possible de limiter la température de confort intérieure à 27 C sa ns utiliser de climatisation. La mise en place d'une surventilation nocturne permet de limiter les besoins de cette climatisation. Page 4/15

b) Confort d'été EVOLUTION DE LA T INTERIEURE DE LA SALLE POLYVALEN TE ET DU DOJO EN ÉTÉ, SUR LA SEMAINE LA PLUS CHAUDE Dojo (étage) Salle polyvalente RDC Température extérieure ETAT EXISTANT T 36 C 35 C 34 C 33 C 32 C La T intérieure atteint 35 C dans la salle polyvalente dans le cas d'une occupation maximale (forts apports internes) 31 C 30 C 29 C 28 C 27 C 26 C 25 C 24 C 23 C 22 C 21 C 20 C 19 C 18 C 17 C 16 C Les T intérieures dépassent les 30 C dans les conditions les plus défavorables 15 C 10/09-00 10/09-12 11/09-00 11/09-12 12/09-00 12/09-12 13/09-00 13/09-12 14/09-00 14/09-12 15/09-00 15/09-12 16/09-00 16/09-12 La simulation est réalisée sur la période des 7 jours consécutifs les plus chauds de l'année. Dans sa configuration actuelle le bâtiment est soumis à de fortes surchauffes en été (35 C), ces surch auffes sont provoquées par les forts apports internes dûs aux occupants. Les simulations thermiques dynamiques ont montré que les surchauffes ne sont pas dues aux apports solaires. Date Page 5/15

EVOLUTION DE LA T INTERIEURE DE LA SALLE POLYVALEN TE ET DU DOJO EN ÉTÉ, SUR LA SEMAINE LA PLUS CHAUDE Dojo (étage) Salle polyvalente RDC Température extérieure ETAT RÉNOVÉ VMC SF T 35.5 C 35 C 34.5 C 34 C 33.5 C 33 C 32.5 C 32 C 31.5 C 31 C 30.5 C 30 C 29.5 C 29 C 28.5 C 28 C 27.5 C 27 C 26.5 C 26 C 25.5 C 25 C 24.5 C 24 C 23.5 C 23 C 22.5 C 22 C 21.5 C 21 C 20.5 C 20 C 19.5 C 19 C 18.5 C 18 C 17.5 C 17 C 16.5 C 16 C 15.5 C 15 C La VMC dans les salles permet un gain de 1 à 2 C sur la température intérieure. 14.5 C 10/09-00 10/09-06 10/09-12 10/09-18 11/09-00 11/09-06 11/09-12 11/09-18 12/09-00 12/09-06 12/09-12 12/09-18 13/09-00 13/09-06 13/09-12 13/09-18 14/09-00 14/09-06 14/09-12 14/09-18 15/09-00 15/09-06 15/09-12 15/09-18 16/09-00 16/09-06 16/09-12 16/09-18 L'isolation thermique (plafonds et menuiseries extérieures) renforce l'inertie du bâtiment, et améliore le confort d'été (maîtrise des apports solaires notamment). En plus du renouvellement d'air hygiénique la VMC permet de réduire les surchauffes de 1 à 2 C ; elle peut être programmée selon l'occupation pour limiter les déperditions en hiver. Date Page 6/15

EVOLUTION DE LA T INTERIEURE DE LA SALLE POLYVALEN TE ET DU DOJO EN ÉTÉ, SUR LA SEMAINE LA PLUS CHAUDE Dojo (étage) Salle polyvalente RDC Température extérieure ETAT RÉNOVÉ VMC DF T 36 C 35 C 34 C 33 C 32 C 31 C 30 C 29 C 28 C 27 C 26 C 25 C 24 C 23 C 22 C 21 C 20 C 19 C 18 C 17 C 16 C 15 C 10/09-00 10/09-06 10/09-12 10/09-18 11/09-00 11/09-06 11/09-12 11/09-18 12/09-00 12/09-06 12/09-12 12/09-18 13/09-00 13/09-06 13/09-12 13/09-18 14/09-00 14/09-06 14/09-12 14/09-18 15/09-00 15/09-06 15/09-12 15/09-18 16/09-00 16/09-06 16/09-12 16/09-18 Date La ventilation double flux agit peu sur le confort d'été : l'intérêt de ce système est avant tout un gain important sur les besoins de chauffage en hiver. Page 7/15

EVOLUTION DE LA T INTERIEURE DE LA SALLE POLYVALEN TE ET DU DOJO EN ÉTÉ, SUR LA SEMAINE LA PLUS CHAUDE Dojo (étage) Salle polyvalente RDC Température extérieure ETAT RÉNOVÉ SURVENTILATION ÉTÉ T 34 C 33.5 C 33 C 32.5 C 32 C 31.5 C 31 C 30.5 C 30 C 29.5 C 29 C 28.5 C 28 C 27.5 C 27 C 26.5 C 26 C 25.5 C 25 C 24.5 C 24 C 23.5 C 23 C 22.5 C 22 C 21.5 C 21 C 20.5 C 20 C 19.5 C 19 C 18.5 C 18 C 17.5 C 17 C 16.5 C 16 C 15.5 C 15 C 14.5 C 10/09-00 La surventilation nocturne en été dans les salles permet un gain de 1 à 1.5 C sur la température intérieure. 10/09-06 10/09-12 10/09-18 11/09-00 11/09-06 11/09-12 11/09-18 12/09-00 12/09-06 12/09-12 12/09-18 13/09-00 13/09-06 13/09-12 13/09-18 14/09-00 14/09-06 14/09-12 14/09-18 15/09-00 15/09-06 15/09-12 15/09-18 16/09-00 16/09-06 16/09-12 16/09-18 Date La surventilation nocturne permet de réduire les surchauffes de 1 à 1.5 C par rapport à la température intérieure de la solution de base. La température maximale atteint 28 C en dehors des périodes de forte occupa tion, mais elle dépasse ponctuellement 32 C dans le s cas d'occupation maximale de la salle polyvalente. Page 8/15

c) Scénario d'occupation Salle polyvalente du rez de chaussée (max 300 personnes) % Lundi Mardi Mercredi Jeudi Vendredi Samedi Dimanche 8h 0 0 0 0 0 0 0 9h 0 0 0 0 0 0 0 10h 5 5 5 5 5 10 10 11h 5 5 5 5 5 10 10 12h 0 0 0 0 0 50 50 13h 0 0 0 0 0 50 50 14h 5 5 5 5 5 50 50 15h 5 5 5 5 5 50 50 16h 5 5 5 5 5 50 50 17h 10 10 10 10 10 50 50 18h 10 10 10 10 10 50 50 19h 10 10 10 10 10 50 50 20h 0 0 0 0 0 100 0 21h 0 0 0 0 0 100 0 21h 0 0 0 0 0 100 0 Comme le montre les évolutions de températures précédentes, les surchauffes proviennent essentiellement des apports par les occupants. Les scénarios ci-dessus indiquent les hypothèses de calcul des simulations thermiques dynamiques. Salle dojo étage (max 50 personnes) % Lundi Mardi Mercredi Jeudi Vendredi Samedi Dimanche 8h 0 0 0 0 0 0 0 9h 0 0 0 0 0 0 0 10h 0 0 0 0 0 0 0 11h 0 0 0 0 0 0 0 12h 0 0 0 0 0 0 0 13h 0 0 0 0 0 0 0 14h 0 0 50 0 0 50 50 15h 0 0 50 0 0 50 50 16h 0 0 50 0 0 100 50 17h 50 50 50 50 50 100 50 18h 50 50 50 50 50 100 0 19h 50 50 50 50 50 50 0 20h 50 50 50 50 50 50 0 21h 0 0 0 0 0 0 0 21h 0 0 0 0 0 0 0 Page 9/15

d) Puissances de chauffage Le calcul ci-dessous est issu des simulations thermiques dynamiques. Les résultats correspondent aux scénarios de chauffage évoqués précédemment dans les hypothèses de travail. ETAT EXISTANT ETAT RENOVE Ventilation Simple Flux Zones Besoins Ch. Besoins Ch. Puiss. Ch. Zones Besoins Ch. Besoins Ch. Puiss. Ch. kwh kwh/m² W kwh kwh/m² W Hall 5 824 79 8 765 Hall 4 677 64 8 729 Salle polyvalente RDC 1 13 895 42 31 072 Salle polyvalente RDC 1 9 847 30 26 302 Logement 8 709 77 5 990 Logement 8 340 74 5 238 Trinquet 0 0 0 Trinquet 0 0 0 Vestiaire Dojo R+1 632 37 1 939 Vestiaire Dojo R+1 603 35 1 908 Dojo R+1 8 155 48 13 738 Dojo R+1 6 798 40 12 544 Garage 1+Escalier 1 0 0 0 Garage 1+Escalier 1 0 0 0 Office RDC 1 131 65 2 252 Office RDC 1 065 61 2 134 Sanitaires RDC 1 868 71 3 454 Sanitaires RDC 1 758 66 3 302 Réserve 0 0 0 Réserve 0 0 0 40 214 54 67 210 33 088 44 60 157 Total avec logement Total sans logement Zones Hall Salle polyvalente RDC 1 Logement Trinquet Vestiaire Dojo R+1 Dojo R+1 Garage 1+Escalier 1 Office RDC Sanitaires RDC Réserve Total avec logement Total sans logement 31 505 61 220 24 748 54 919 ETAT RENOVE Ventilation DOUBLE Flux Besoins Ch. Besoins Ch. Puiss. Ch. Commentaires sur les puissances de chauffage kwh kwh/m² W 4 543 62 8 721 6 213 19 22 980 8 267 73 5 237 0 0 0 557 32 1 905 4 319 25 11 543 0 0 0 1 045 60 2 133 1 716 65 3 300 0 0 0 26 660 36 55 819 18 393 50 582 Total avec logement Total sans logement Les tableaux ci-contre montrent la différence de puissance nécessaire après rénovation et en fonction du type de VMC. On peut constater aussi la diminution des besoins de chauffage entre l'état existant et l'état rénové (ventilation simple flux ou double flux). Page 10/15

CHAUFFAGE 2.2 - CHOIX DES SYSTEMES ÉNERGÉTIQUES Les simulations thermiques dynamiques nous ont permis de quantifier les besoins de chauffage et de ventilation. Le présent chapitre est consacré au choix des systèmes énergétiques. Il s'agit d'une étude comparative permettant de vous éclairer sur le meilleur compromis technique, financier et environnemental Les solutions de chauffage abordées dans les pages suivantes tiennent compte du contexte énergétique du site : le gaz naturel est disponible à proximité du site, moyennant un raccordement. Les autres vecteurs énergétiques (fuel, gaz propane, bois ) nécessitent des aménagements plus coûteux. EAU CHAUDE SANITAIRE La production d'eau chaude sanitaire est aujourd'hui assurée par un ballon électrique. Les besoins étant ponctuels, ce mode de production peut être conservé. VENTILATION Le système de ventilation utilisé pour les calculs est de type simple flux hygroréglable. La ventilation double flux a été abordée au cours des calculs et serait un plus pour réduire les besoins de chauffage. CHAQUE SOLUTION TECHNIQUE GLOBALE FAIT L'OBJET D'UNE FICHE SPÉCIFIQUE, OU SONT TRAITÉS LE CHAUFFAGE, l'eau CHAUDE SANITAIRE, LA VENTILATION. LES COMBINAISONS ÉTUDIÉES SONT LES SUIVANTES : SOLUTION DE BASE : CHAUFFAGE PAC AIR/EAU BASSE T / ECS ELECTRIQUE / VMC SIMPLE FLUX VARIANTE 1 : CHAUFFAGE RAYONNANT ELECTRIQUE / ECS ELECTRIQUE / VMC SIMPLE FLUX VARIANTE 2 : CHAUFFAGE GAZ NATUREL BASSE T / ECS E LECTRIQUE / VMC SIMPLE FLUX VARIANTE 3 : CHAUFFAGE BOIS ENERGIE / ECS ELECTRIQUE / VMC SIMPLE FLUX Page 11/15

BATI Murs ext Ouvrants Plancher Plafond Ubat Us (W/m². C) Béton 20cm+Laine de verre 8cm BASE : CHAUFFAGE PAC AIR/EAU BASSE T / ECS ELECTRI QUE DV 4.16.4 argon Dalle non isolée 20cm laine de verre Consommation énergétique Coût d'investiss ement fonctionn ement maintenance Coût global actualisé Impact environn emental 0.356 2.50 0.459 0.136 kwh en TTC en TTC / an en TTC en TTC T CO2/an CHAUFFAGE Production Distribution Emission Régulation Energie Electricité Radiateurs Thermostat PAC air/eau Bitube BT Ambiance Rendement / COP 3.5 0.95 0.95 0.98 27 577 kwh ep 43 kwh ep/m² 110 640 1 426 160 153 200 38.5 E.C.S. Production Distribution Stockage Régulation Energie Electricité Ballon Tube cuivre 1 ballon 200L Thermostat électrique pré isolé Rendement / COP 0.9 0.95 0.95 0.98 2 298 kwh ep 4 kwh ep/m² 598 84 80 5 000 0.7 VENTILATION Débit Puissance Efficacité 7 043 kwh ep Type Simple Flux Hygro B 1 337 m3/h 468 W 0% 11.1 kwh ep/m² 9 688 258 180 21 400 2.18 29 875 kwh ep 111 238 1 510 TTC 240 TTC 2.0 t CO2/an RÉSULTAT GLOBAL (CHAUFFAGE / ECS) 158 200 TTC 47 kwh ep/m² TTC / an TTC / an TTC / an 3.1 kg CO2/m² Classement énergétique Chauffage + ECS 47 kwh EP /m².an 3.1 kg eq CO2 /m².an 80 Page 12/15

BATI Murs ext Ouvrants Plancher Plafond Ubat Us (W/m². C) VARIANTE 1 : CHAUFFAGE RAYONNANT ELECTRIQUE / ECS ELECTRIQUE Béton 20cm+Laine de verre 8cm DV 4.16.4 argon Dalle non isolée 20cm laine de verre Consommation énergétique Coût d'investiss ement fonctionn ement maintenance Coût global actualisé Impact environn emental 0.356 2.50 0.459 0.136 kwh en TTC en TTC / an en TTC en TTC T CO2/an CHAUFFAGE Production Distribution Emission Régulation Energie Electricité Thermostat Pannaux rayonnants électriques Ambiance Rendement / COP 1 1 0.98 0.98 88 887 kwh ep 140 kwh ep/m² 57 140 4 641 0 181 800 124.0 E.C.S. Production Distribution Stockage Régulation Energie Electricité Ballon Tube cuivre 1 ballon 200L Thermostat électrique pré isolé Rendement / COP 0.9 0.95 0.95 0.98 2 298 kwh ep 4 kwh ep/m² 598 84 80 5 000 0.7 VENTILATION Débit Puissance Efficacité 7 043 kwh ep Type Simple Flux Hygro B 1 337 m3/h 468 W 0% 11.1 kwh ep/m² 9 688 258 180 21 400 2.18 RÉSULTAT GLOBAL (CHAUFFAGE / ECS) 91 185 kwh ep 57 738 4 725 TTC 80 TTC 186 800 TTC 6.2 t CO2/an 143 kwh ep/m² TTC / an TTC / an TTC / an 9.8 kg CO2/m² Classement énergétique Chauffage + ECS 143 kwh EP /m².an 9.8 kg eq CO2 /m².an 80 Page 13/15

* VARIANTE 2 : CHAUFFAGE GAZ NATUREL BASSE T / ECS E LECTRIQUE BATI Murs ext Ouvrants Plancher Plafond Ubat Béton 20cm+Laine de verre 8cm DV 4.16.4 argon Dalle non isolée 20cm laine de verre Consommation énergétique Coût d'investiss ement fonctionn ement maintenance Coût global actualisé Impact environn emental Us (W/m². C) 0.356 2.50 0.459 0.136 kwh en TTC en TTC / an en TTC en TTC T CO2/an CHAUFFAGE Production Distribution Emission Régulation Energie Gaz propane Chaudière à Radiateurs Thermostat Bitube condens. BT Ambiance Rendement / COP 0.95 0.95 0.95 0.98 39 380 kwh ep 62 kwh ep/m² 93 300 3 731 80 195 700 181.9 E.C.S. Production Distribution Stockage Régulation Energie Electricité Ballon Tube cuivre 1 ballon 200L Thermostat électrique pré isolé Rendement / COP 0.9 0.95 0.95 0.98 2 298 kwh ep 4 kwh ep/m² VENTILATION Débit Puissance Efficacité 7 043 kwh ep Type Simple Flux Hygro B 1 337 m3/h 468 W 0% 11.1 kwh ep/m² 598 84 80 5 000 0.7 9 688 258 180 21 400 2.18 RÉSULTAT GLOBAL (CHAUFFAGE / ECS) 41 678 kwh ep 93 898 3 816 TTC 160 TTC 200 700 TTC 9.1 t CO2/an 65 kwh ep/m² TTC / an TTC / an TTC / an 14.3 kg CO2/m² Classement énergétique Chauffage + ECS 65 kwh EP /m².an 14.3 kg eq CO2 /m².an 80 Page 14/15

BATI Murs ext Ouvrants Plancher Plafond Ubat Us (W/m². C) Béton 20cm+Laine de verre 8cm VARIANTE 3 : CHAUFFAGE BOIS ENERGIE / ECS ELECTRIQUE DV 4.16.4 argon Dalle non isolée 20cm laine de verre Consommation énergétique Coût d'investiss ement fonctionn ement maintenance Coût global actualisé Impact environn emental 0.356 2.50 0.459 0.136 kwh en TTC en TTC / an en TTC en TTC T CO2/an CHAUFFAGE Production Distribution Emission Régulation Energie Bois Energie Chaudière Radiateurs Thermostat Bitube Bois BT Ambiance Rendement / COP 0.85 0.95 0.95 0.98 44 013 kwh ep 69 kwh ep/m² 102 270 2 201 320 170 000 0.0 E.C.S. Production Distribution Stockage Régulation Energie Electricité Ballon Tube cuivre 1 ballon 200L Thermostat électrique pré isolé Rendement / COP 0.9 0.95 0.95 0.98 2 298 kwh ep 4 kwh ep/m² 598 84 80 5 000 0.7 VENTILATION Débit Puissance Efficacité 7 043 kwh ep Type Simple Flux Hygro B 1 337 m3/h 468 W 0% 11.1 kwh ep/m² 9 688 258 180 21 400 2.18 RÉSULTAT GLOBAL (CHAUFFAGE / ECS) 46 311 kwh ep 102 868 2 285 TTC 400 TTC 175 000 TTC 0.0 t CO2/an 73 kwh ep/m² TTC / an TTC / an TTC / an 0.1 kg CO2/m² 0.1 Classement énergétique Chauffage + ECS 73 kwh EP /m².an kg eq CO2 /m².an 80 Page 15/15