Article Technique Evaluation de scénarii énergétiques sur le parc scientifique de Sophia-Antipolis
Introduction Dans le cadre du projet SMART MED PARK un outil de simulation a été développé afin de permettre d une part de caractériser et de quantifier les consommations énergétiques des parcs scientifiques, et d autre part d évaluer l intérêt technico-économique de différentes solutions technologiques qui pourraient y être intégrées afin d en réduire la consommation et d augmenter leur efficacité. Ce document présente les résultats d une étude de cas qui a été réalisée sur la technopole de Sophia Antipolis. Description du quartier simulé Pour cette étude, un ensemble de bâtiment du quartier des Lucioles a été sélectionné. Ce dernier est constitué de 74 bâtiments, comme l illustre la Figure 1: Figure 1 : Quartier simulé de Sophia Antipolis: Les Lucioles Toutes les empreintes au sol des bâtiments ont été automatiquement importées de fichiers CityGML qui contiennent également les coordonnées GPS et les hauteurs des bâtiments. Les caractéristiques thermiques (murs, vitrages, renouvellement d air, systèmes énergétiques) sont générées statistiquement à partir des données d audits qui ont été conduits au début du projet sur un échantillon représentatif de bâtiments de la technopole de Sophia Antipolis. 2
Efficiency [-] Energy [MWh] Energy Consumptions [MWh] Situation actuelle: Simulation des consommations énergétiques du quartier Une simulation annuelle au pas de temps horaire a été réalisée afin d évaluer les consommations énergétiques du quartier considéré. 15000 Total Buildings Area : 334107 m2 ; Nb Buildings : 74 B 10000 5000 Fossil (Heating). Elec (Heating) Elec (Cooling) Elec (DHW) Elec (other) B B 0 Detailed 20000 Annual Consumptions - Fossil : 14653 MWh, Elec : 19616 MWh ; Annual Elec uction : 136 MWh 15000 10000 5000 Consumption (Fossil) Consumption (Elec) uction (Elec) B 0-5000 Global Distribution of Energy Consumptions Consumption/uction < 1% Balance 1.4 1.2 43% 9% 33% < 1% Fossil (Heating). Elec (Heating) Elec (Cooling) Elec (DHW) Elec (other) Consumptions (Final) uction (Final) 1 0.8 0.6 0.4 0.2 14% 100% 0 HUB Figure 2 : Consommations énergétiques - état actuel Pour une surface totale chauffée de 334 107 m 2, la consommation en énergie fossile (gaz seulement) est de 14 653 MWh. Celle-ci résulte uniquement des consommations des chaudières gaz installées dans 53% de l ensemble des bâtiments (le reste étant équipé de pompes à chaleur). La consommation totale annuelle d électricité est de 19 616 MWh et provient des compresseurs de pompes à chaleur, des auxiliaires de chauffage/refroidissement, de la production d eau chaude sanitaire, ainsi qu une large part de 11 936 MWh (58% du total) due aux autres usages électriques tels que les équipements ou l éclairage. Enfin, le quartier présente une faible production électrique de 136 MWh qui résulte de 436m 2 de panneaux photovoltaïques (ce qui représente moins d 1% de l espace total disponible en toiture sur l ensemble du quartier. 3
Les distributions de consommations en Primary énergie Energy finale < < 1% < 1% Distribution < 1% 1% et primaire pour le quartier sont présentées sur la figure ci-dessous: Final Energy Distribution Primary Energy Distribution 22% 33% 43% 45% < 1% 19% 9% 14% 12% < 1% Fossil (Heating) Elec (Heating) 96% Elec (Cooling) Elec (DHW) Elec (other) Figure 3 : Répartition des consommation d énergie par poste Au global, la consommation totale en énergie finale du quartier simulé est de 34 134 MWh, soit 120 kwh/m² et la consommation totale en énergie primaire est de 64 913 MWh (avec un facteur de conversion de 2.58 pour l électricité), soit 219 kwh/m². Potentiel Energétique de solutions de rénovation: Simulation de plusieurs scenarii L objectif est d analyser différentes possibilités de rénovation énergétique et d en évaluer le potentiel de réduction des consommations. Cinq scenarii ont été choisis et traités, couvrant les trois piliers du projet Smart Med Parks : l efficacité énergétique, l intégration d énergie renouvelable et la mutualisation de la production et du transport d énergie: 1. Rénovation de l enveloppe, par isolation des murs et en remplaçant les fenêtres au niveau d exigence défini par le label BBC (0.23W/m²K pour les murs et le plancher, 0.17W/m²K pour le toit and 1,26W/m²K pour les fenêtres). 2. Amélioration de l efficacité du système de chauffage, en installant des chaudières à condensation (n=1.05) à la place des chaudières existantes (n=0.8). 3. Intégration de panneaux photovoltaïques, en couvrant 50% de la surface totale de toit disponible 4. Package de rénovation, combinant les trois solutions mentionnées ci-dessus.. 5. Réseau de chaud/froid sur Aquifère, en déployant un réseau de distribution de chaleur entre les bâtiments connecté à une ressource aquifère. Des pompes à chaleurs réversibles sont installées dans chaque bâtiment et connectées au réseau et assurent le chauffage et le refroidissement. 4
Toutes les solutions proposées ont ainsi été comparées au cas de référence (situation actuelle) en termes de consommations d énergie finale et primaire. Le tableau suivant récapitule ces consommations pour le cas de référence: 14653 4926 3098 196 11396 136 REFERENCE (74 Bâtiments) Total Gaz Total Elec Elec Consommations [MWh] : 14653 19616 136 Energie Finale [MWh] : 34134 Energie Primaire [MWh] : 64913 Scénario1: Rénovation de l enveloppe ENVELOPPE Rénovation Uvalue(mur) : 0,23W/m²K Uvalue(fenêtre) : 1,26W/m²K 4714 1837 3091 196 11396 136 Total Gaz Total Elec Elec Consommations [MWh] : 4714 16520 136 Energie Finale [MWh] : 21098 38,2 Energie Primaire [MWh] : 46985 27,6 Scénario 2: Amélioration de l efficacité du système de chauffage SYSTEME Remplacement chaudières (n=0,8) par chaudières à condensation (n=1,05) 11164 4926 3098 196 11396 136 Total Gaz Total Elec Elec Consommations [MWh] : 11164 19616 136 Energie Finale [MWh] : 30645 10,2 Energie Primaire [MWh] : 61424 5,4 5
Scénario 3: Intégration de panneaux photovoltaïques SOLAIRE Panneaux PV sur 50% de la surface de toiture disponible 14653 4926 3098 196 11396 9448 Total Gaz Total Elec Elec Consommations [MWh] : 14653 19616 9448 Energie Finale [MWh] : 24821 27,3 Energie Primaire [MWh] : 40888 37,0 Scénario 4: Package de rénovation Package Enveloppe BBC + condensation + PV 3592 1837 3091 196 11396 9448 Total Gaz Total Elec Elec Consommations [MWh] : 3592 16520 9448 Energie Finale [MWh] : 10664 68,8 Energie Primaire [MWh] : 21837 66,4 Scénario 5: Réseau de chaud/froid sur Aquifère 0 7668 2573 196 11396 136 AQUIFERE Réseau de chaud/froid Total Gaz Total Elec Elec Consommations [MWh] : 0 21833 136 Energie Finale [MWh] : 21697 36,4 Energie Primaire [MWh] : 55978 13,8 6
Pour cette dernière solution, un réseau hydraulique a été généré pour interconnecter l ensemble des bâtiments. La longueur totale du réseau est de 32km (aller + retour). Figure 4 : Aperçu du réseau Cette solution est évidemment présentée à titre d illustration des fonctionnalités de l outil, son intégration étant fortement dépendante des conditions géologiques du site considéré. De plus, la technopole de Sophia Antipolis est intrinsèquement inadaptée aux réseaux de chaleur (sur cogénération par exemple) de par sa très faible densité de bâtiment. La longueur du réseau hydraulique au vu du nombre de bâtiments mènerait logiquement à de très fortes déperditions thermiques 7
Tableau récapitulatif de l étude: ENVELOPPE Rénovation Uvalue(mur) : 0,23W/m²K Uvalue(fenêtr e) : 1,26W/m²K SYSTEM Remplacemen t chaudières (n=0,8) par chaudières à condensation (n=1,05) SOLAIRE Panneaux PV sur 50% de la surface de toiture disponible Package Enveloppe BBC + condensation + PV AQUIFERE Réseau de chaud/froid d'énergie finale 38,2 10,2 27,3 68,8 36,4 d'énergie primaire 27,6 5,4 37,0 66,4 13,8 8