VOLUME 5 : Généralisation

1/81 PHÉNIX Évolution CSTB EDF R&D Armines "Outils d aide à la Décision pour des Maisons Individuelles Réhabilitées facteur 4" VOLUME 5 : Généralisation

2/81 INTRODUCTION GENERALE L appel d offre de la fondation se donne comme objectif un renforcement des performances énergétiques centré sur l existant. L enjeu de la maison individuelle, qui représente 16 840 000 logements et 57% du parc existant de logements, est important. Parmi les maisons individuelles existantes 81% ont été construites avant la première réglementation thermique et sont donc peu performantes. 65% des maisons individuelles sont des maisons non mitoyennes c'est-à-dire «isolées». C est dire l enjeu du gisement des économies énergétiques potentielles des maisons individuelles isolées. La question énergétique est clairement liée à celle des travaux et des modifications que pourraient connaître ces maisons. Phénix évolution souhaite disposer d un panel d outils facilitant son rôle d améliorateur de logements lui permettant d une part de disposer d un ensemble de solutions techniques cohérentes pour la réhabilitation du parc de maisons individuelles du groupe Géoxia et d autre part d un outil d aide à la décision permettant de convaincre les propriétaires de maison individuelle de l'intérêt d actions de réhabilitation énergétique. Il s'agit ici de valoriser l'intérêt de ces actions en montrant leur impact sur la facture énergétique et ses conséquences environnementales, le confort global et la valorisation du patrimoine mais aussi les temps de retour sur investissement. A lui seul, le parc de Maisons Phénix, représente environ 200 000 maisons avec 130 000 clients identifiés, complété par 20 000 possesseurs de maison traditionnelle. Le marché visé est celui du logement existant pour lequel on souhaite voir se mettre en place des actions de réhabilitation permettant d améliorer les performances énergétiques. Ce parc est dispersé sur tout le territoire national et comprend une large typologie de maisons individuelles : maisons phénix de différentes générations, maisons traditionnelles avec différents modes de construction et de différentes époques. En travaillant en étroite collaboration avec un des leaders du marché de la réhabilitation de maison individuelle et plus particulièrement sur l ensemble du parc de maisons issues des marques du groupe GEOXIA, le consortium cherche à pousser ce marché vers des solutions de réhabilitation innovante à très haute performance énergétique et à provoquer une réaction d'émulation sur le thème d'actions de réhabilitation prenant en compte fortement les aspects énergétiques. L objectif de ce projet de recherche est de définir des axes de réhabilitation permettant d aller dans le sens d une réduction d un facteur 4 des dépenses énergétiques pour les maisons existantes. Il s agit donc de dégager des solutions de réhabilitation industrialisables pouvant être proposées par l améliorateur aux propriétaires de maisons individuelles dans le cadre de demande d amélioration.

3/81 L ensemble des travaux réalisés dans le cadre du projet ODMIR4 est synthétisé sous la forme d un rapport final décliné en 5 volumes : VOLUME 1 : Retour d expérience : le parc de maisons Phénix et les acteurs Dans ce volume sont répertoriés les premiers travaux réalisés dans le cadre du projet ODMIR4 visant à mettre en place une typologie du parc de maisons Phénix et à identifier les modes de fonctionnement, les besoins et attentes des différents acteurs que sont l améliorateur de logement Phénix Evolution et les propriétaires de maisons individuelles Phénix. VOLUME 2 : Briques technologiques et packs de solutions Dans ce volume sont proposés l ensemble des travaux ayant permis la mise en place d une base de données de solutions technologiques et leur évaluation. Ce document restitue de plus la méthodologie élaborée par le consortium pour l assemblage des solutions techniques et la mise en place d une bibliothèque de packs de solutions adaptés, cohérents et industrialisables. Des éléments de spécification pour l industrialisation des packs des solutions sont de plus précisés. VOLUME 3 : Outil ODMIR4 Ce volume décrit l ensemble des éléments du développement informatique de l interface de l outil ODMIR4. Il propose de plus notamment un descriptif du cœur de calcul des performances énergétique embarqué basé sur une méthode calcul 3CL améliorée. Les améliorations apportées à la méthode 3CL sont explicitées dans cette partie. La méthode d évaluation de l outil OMDIR4 ainsi que les résultats de ces évaluations sont de plus proposés. VOLUME 4 : Opération de Réhabilitation de Saint Fargeau Ponthierry Ce document présente l ensemble des actions menées autour de la réhabilitation d une maison Phénix de Saint Fargeau Ponthierry : bouquet de travaux de réhabilitation, performances attendues, les contraintes et difficultés de mise en œuvre rencontrées, les essais réalisés à la livraison et la mise en place d un suivi des consommations. VOLUME 5 : Généralisation Ce document vise à expliciter de quelle manière les résultats issus de ce programme sont extrapolables au parc de maisons individuelles dans sa diversité de modes constructifs.

4/81 SOMMAIRE 1. INTRODUCTION... 5 2. GENERALISATION DE L UTILISATION DES OUTILS DE CALCUL DEVELOPPES DANS ODMIR 4... 6 2.1 Méthode simplifiée 3CL... 6 2.1.1 Mieux valoriser les apports solaires... 6 2.1.2 Intégrer des systèmes performants... 6 2.1.3 Mieux prendre en compte les déperditions par le plancher bas... 6 2.1.4 Amélioration possible de la précision des dpe... 7 2.2 Outil de simulation COMFIE... 7 3. VALIDITE ET LIMITES DE L OUTIL ODMIR4... 8 3.1 Introduction... 9 3.2 Présentation du bâtiment... 9 3.3 Application de la méthode 3CL... 9 3.3.1 SaisiE des surfaces et caractéristiques de l'enveloppe... 9 3.3.2 Débit de renouvellement d'air...11 3.3.3 Apports internes...11 3.3.4 Apports solaires...11 3.3.5 Degrés heure et Degrés jours unifiés (DJU)...12 3.3.6 Inertie...12 3.4 Modélisation du bâtiment avec Pléiades+COMFIE...12 3.4.1 Le bâti...12 3.4.2 Les scénarios d'utilisation du bâtiment...17 3.4.3 Équipements...20 3.5 Simulations...20 3.5.1 Récapitulatif des hypothèses et variantes étudiées...20 3.5.2 Résultats...21 3.6 Conclusions...29 4. INDUSTRIALISATION ET PROMOTION DES SOLUTIONS TECHNIQUES... 31 4.1 Elargissement de l offre de PHENIX Evolution...31 4.2 Dispositifs similaires pour la promotion de l amélioration thermique en habitat individuel...32 4.3 Aides concernant les packs ODMIR 4...33 5. CONCLUSIONS... 33 ANNEXE 1 : PRESENTATION DU LOGICIEL PLEIADES-COMFIE... 34 ANNEXE 2 : MODELISATION DES POMPES A CHALEUR... 43 ANNEXE 3 : PLANS DETAILLES DE LA MAISON... 79 ANNEXE 4 : RESISTANCES SUPERFICIELLES (SOURCES RT 2000)... 81

5/81 1. INTRODUCTION L outil ODMIR 4 a été élaboré en s appuyant sur une typologie de bâtiments correspondant au parc de PHENIX Evolution. La méthodologie a cependant été conçue de manière à être extrapolable à d autres solutions constructives. Toutefois, le modèle a dû être simplifié pour s adapter aux contraintes des utilisateurs, qui d une part ne sont pas des thermiciens professionnels, et d autre part doivent mener les évaluations très rapidement devant leurs clients. Il s agit alors de bien cerner les limites de ce modèle, et de proposer des alternatives pour les cas qui ne pourraient pas être traités par cette approche simplifiée. La méthode de calcul ODMIR constitue une généralisation de la méthode simplifiée 3CL actuellement utilisée pour réaliser des diagnostics de performance énergétique (DPE). Cette généralisation concerne d une part les apports solaires, qui peuvent être adaptés à la géométrie réelle du projet, alors que des apports forfaitaires sont considérés dans 3CL. D autre part, la modélisation des planchers bas sur terre plein a été améliorée. Ces améliorations pourraient permettre d affiner la méthode de calcul et donc les évaluations menées dans le cadre du DPE. L outil de simulation COMFIE, utilisé pour évaluer plus finement l influence des apports solaires et traiter des cas particuliers (forte inertie notamment), a également été complété par l intégration d un modèle de pompe à chaleur. L utilisation de sources d air tempérées a été modélisée dans l objectif d améliorer le coefficient de performance (COP) de ces équipements. En effet il est très difficile d atteindre des niveaux de très basse consommation dans le cas de maisons anciennes, ce qui impose alors une température de chauffage plus élevée que par exemple dans le cas de maisons passives. Si la source froide est l air extérieur, l écart de température entre sources froide et chaude est élevé ce qui induit un COP assez bas. L utilisation de combles et de vides sanitaires (pour autant bien entendu que ces espaces soient bien isolés des locaux chauffés), ou de l air extrait peut permettre d adoucir la température de la source froide ce qui améliore le COP. Les packs de rénovation ODMIR 4 pourraient être promus dans le cadre des dispositifs d aide, en particulier les prêts à taux zéro, cumulables aux crédits d impôts sous conditions de ressources des ménages. Enfin le processus d élaboration d offres commerciales mis en place par PHENIX Evolution en partenariat avec des fournisseurs (fenêtres, solaire thermique, pompes à chaleur, ventilation ) pourrait être utilement reproduit par d autres constructeurs de maisons individuelles. Le présent document apporte des précisions sur ces différents points.

6/81 2. GENERALISATION DE L UTILISATION DES OUTILS DE CALCUL DEVELOPPES DANS ODMIR 4 2.1 MÉTHODE SIMPLIFIÉE 3CL Afin de faciliter la généralisation de la démarche, l outil d aide à la conviction n est pas basé sur des ratios pré-calculés pour une typologie restreinte (par exemple kwh/m 2 pour les modèles Phénix) : une méthode de calcul, simplifiée mais sensible à un grand nombre de paramètres, est utilisée. Cette approche permet une extrapolation à une variété importante de formes, de caractéristiques constructives et de systèmes énergétiques. La méthode 3CL a été choisie puisqu elle est utilisée pour les DPE, mais des adaptations ont été proposées afin d évaluer de manière plus précise les gains obtenus par les mesures d amélioration thermique. 2.1.1 MIEUX VALORISER LES APPORTS SOLAIRES Dans la méthode 3CL, les apports solaires se basent sur l ensoleillement reçu par une fenêtre orientée au sud de surface proportionnelle à la surface habitable. Un coefficient permet simplement ensuite de les augmenter s il s agit d un vitrage sud «dégagé». Pour affiner la prise en compte des apports solaires et mieux valoriser le choix de placer une large baie au sud plutôt qu au nord par exemple, le calcul de ces apports a été détaillé en fonction de la géométrie réelle du projet. 2.1.2 INTEGRER DES SYSTEMES PERFORMANTS Le but d ODMIR4 est de proposer, outre des travaux d amélioration de l enveloppe de la maison, le changement de systèmes anciens pour des équipements performants. Or la liste actuellement présente dans la méthode 3CL est limitée à des systèmes classiques. Destinée au calcul de la performance de maisons existantes, la méthode 3CL n intègre pas pour le moment dans ses bibliothèques actuelles des solutions très récentes. Néanmoins, devant l intérêt croissant que représente cette méthode et son système d étiquette énergie, il nous apparaît important de prendre en compte dans une prochaine version les solutions techniques innovantes, comme les pompes à chaleurs combinées à la production d eau chaude sanitaire, et ou à la ventilation double flux par exemple. Les coefficients relatifs à ces nouveaux systèmes performants ont donc été intégrés dans l outil ODMIR4 afin de pouvoir les prendre correctement en compte dans l étiquette énergie et les proposer pour atteindre le facteur 4. 2.1.3 MIEUX PRENDRE EN COMPTE LES DEPERDITIONS PAR LE PLANCHER BAS Actuellement les déperditions par le plancher se calculent comme les déperditions par les murs, c est à dire en fonction de l écart entre la température intérieure et la température d air extérieur. Pour une meilleure prise en compte des déperditions par le plancher bas dans le

7/81 cadre de planchers sur terre-plein, il serait envisageable d insérer dans le fichier météo les valeurs de température de sol moyenne annuelle pour calculer les déperditions entre l air intérieur et le sol, et non entre l air intérieur et l air extérieur corrigé d un coefficient de réduction de température comme c est actuellement le cas. 2.1.4 AMELIORATION POSSIBLE DE LA PRECISION DES DPE Cet ensemble d améliorations pourrait être proposé aux auteurs de la méthode 3CL et aux organismes encadrant le dispositif des DPE. L utilisation de l outil ODMIR 4 pourrait alors être généralisé à un ensemble beaucoup plus vaste d applications. 2.2 OUTIL DE SIMULATION COMFIE L outil de simulation COMFIE, utilisé pour évaluer plus finement l influence des apports solaires et traiter des cas particuliers (forte inertie notamment), a également été complété par l intégration d un modèle de pompe à chaleur. L utilisation de sources d air tempérées a été modélisée dans l objectif d améliorer le coefficient de performance (COP) de ces équipements. En effet il est très difficile d atteindre des niveaux de très basse consommation dans le cas de maisons anciennes, ce qui impose alors une température de chauffage plus élevée que par exemple dans le cas de maisons passives. Si la source froide est l air extérieur, l écart de température entre sources froide et chaude est élevé ce qui induit un COP assez bas. L utilisation de combles et de vides sanitaires (pour autant bien entendu que ces espaces soient bien isolés des locaux chauffés), ou de l air extrait peut permettre d adoucir la température de la source froide ce qui améliore le COP. La modélisation des systèmes de pompe à chaleur à fait l'objet de nombreux travaux, en particulier pour les systèmes classiques sans variation de puissance. Les résultats de ces travaux démontrent les capacités actuelles en matière de modélisation de ces systèmes. De nombreux modèles existent et permettent de décrire correctement le comportement de ces systèmes à partir d'un nombre de données raisonnables. Quand vient la question de la modélisation des système plus récents, notamment équipées de technologie leur permettant d'adapter la puissance en fonction des besoins, la modélisation n'est plus si simple. Le plus souvent se sont des technologies étrangères (notamment japonaises) que même les constructeurs européens ne connaissent pas précisément. Là où on pouvait tester les systèmes classiques sur banc d'essais pour mieux connaître leur comportement, cela devient de plus en plus difficile lorsqu'on s'intéresse aux systèmes plus récents, équipés d un système de régulation complexe dont l'utilisateur ne contrôle presque rien. Prédire le comportement de ces systèmes, nécessite de posséder ou d'acquérir des données adaptées, concernant à la fois le fonctionnement à pleine charge, et le fonctionnement à charge partielle, pour être à même de les modéliser correctement. Les modèles ayant fait leur preuve sur la prédiction du comportement des systèmes classiques sans variations de fréquence, sont-ils adaptés à la modélisation de systèmes plus récents, notamment équipés de la technologie inverter? Des possibilités d'améliorations sont-elles possibles? Pour répondre à ces questions, le détail de ces modèles, présenté en annexe, a été analysé et en particulier le modèle développé par Jin et Spitler. Les algorithmes et l implémentation

8/81 informatique sont ensuite décrits. Pour finir, les résultats du modèle sont comparés aux données catalogues de la pompe à chaleur étudiée. Des propositions d'améliorations sont enfin présentées. Note sur les données constructeurs Les performances communiquées par les constructeurs sont soumises à la norme EN NF 14511, précisant les conditions de tests (températures et débit d'entrées d'air au niveau des échangeurs) des pompes à chaleur pour plusieurs points de fonctionnement. Actuellement, lorsqu'une valeur des performances en mode chauffage est communiquée, il s'agit de performances dans les conditions d'entrée d'air de 7 C au niveau de l'évaporateur et de 20 C au niveau de condenseur. Cette performan ce peut être éventuellement complétée par des tests concernant le fonctionnement à charge partielle, à 50% de la charge nominale, selon les conditions précisées dans la norme expérimentale XP CEN/TS 14825. Les procédures de tests concernant le fonctionnement à charge partielle étant encore mal connues des professionnels en sont encore au stade expérimental mais on devrait aboutir à une norme, d'ici quelques années. Jusque là, les constructeurs ne sont aucunement contraints de fournir des données autres que celles exigées par la première norme. Et s'ils le font, ils le font en totale liberté. Les constructeurs n'ont aucune obligation en ce qui concerne la communication des performances pour les autres points de fonctionnement. Cela reste raisonnable pour des systèmes à vitesse constante, mais dès qu'il s'agit de système à vitesse variable, il se peut que les performances communiquées par les constructeurs prennent en compte une part du fonctionnement à charge partielle. Il semble dangereux de paramétrer un modèle empirique basé sur les régressions de points de fonctionnement fournis par les constructeurs, sans avoir une connaissance précise des conditions d'essais des performances communiquées. A savoir si les performances intègrent une part de fonctionnement à charge partielle, et si par la suite un modèle de fonctionnement à charge partielle est appliqué, une double prise en compte de ce fonctionnement à charge partielle fausserait les résultats. Les données constructeurs que l'on peut trouver dans les catalogues techniques des machines ne sont pas toujours fiables : une procédure normalisée sur banc d essais serait très utile pour alimenter les modèles en données permettant une évaluation sur une année entière. Perspectives d utilisation De manière assez semblable au cas de 3CL, l amélioration du modèle apportée dans le cadre du projet ODMIR pourrait être généralisée à la prise en compte des pompes à chaleur dans le cadre des DPE. Le modèle pourrait d ailleurs également bénéficier à la conception des bâtiments neufs. 3. VALIDITE ET LIMITES DE L OUTIL ODMIR4 Dans le but d'étudier l'extrapolation des résultats du projet ODMIR4 sur d'autres modes constructifs, une série de simulations a été lancée pour vérifier la pertinence d'un ou plusieurs scénarios de réhabilitation sur ces maisons. Afin de mieux cerner les limites de

9/81 validité de l outil, des cas extrêmes ont été considérés : une maison avec des murs en pierre très épais (très forte inertie), et une maison très vitrée (apports solaires très importants). Les simulations ont été effectuées d'une part, par l'école des Mines de Paris avec le logiciel de simulation de thermique dynamique Pléiades+COMFIE, d'autre part par le CSTB avec la méthode de diagnostic de performance énergétique 3CL. Ce rapport donne les hypothèses de simulation communes (forme, caractéristiques constructives, scénarios de réhabilitation), et présente les résultats de ces travaux. Les résultats montrent que la méthode 3CL (et indirectement ODMIR4) ne semble pas adaptée : (a) aux bâtiments à très forte inertie, non isolés, qui dans ce cas tend à sous estimer les besoins de chauffage ; (b) aux bâtiments situés dans des régions ensoleillées et fortement vitrés. Ainsi l'extrapolation de l'utilisation de la méthode 3CL, et indirectement de l'outil ODMIR4, pour des bâtiments à très forte inertie et/ou fortement vitrés, semble délicate. Les tendances d'évolution des résultats lors de la mise en place de scénarios de réhabilitation semblent correctes mais l'évaluation des besoins de chauffage semble peu réaliste. 3.1 INTRODUCTION Pour faciliter les comparaisons, les simulations sont effectuées sur la maison de Saint Fargeau étudiée au cours du projet ODMIR4, en modifiant certains aspects constructifs. Seules les caractéristiques constructives, et la part des surfaces vitrées seront adaptées dans le but d étudier deux typologies très marquées : (a) une maison en pierre ; (b) une maison bioclimatique. Dans une premier temps, les hypothèses et entrées de la méthode 3CL sont présentées. La méthode est relativement fermée, et ne laisse pas la possibilité de modifier certains paramètres (notamment en ce qui concerne les débits de renouvellement d'air et les apports internes). C'est pourquoi les hypothèses de 3CL sont d'abord présentées, les paramètres de Pléiades+COMFIE ont ensuite été ajustés au plus près des valeurs de la méthode 3CL. Dans un second temps, les hypothèses de simulation du logiciel Pléiades+COMFIE sont présentés et ajustées. Enfin, une analyse critique des résultats fournis par les deux outils est proposé en vue de fournir des éléments de réponse sur la légitimité d'utilisation ou non de la méthode 3CL sur des cas de maisons à forte inertie et/ou fortement vitrées. 3.2 PRÉSENTATION DU BÂTIMENT Il s'agit d'une maison de plain-pied de 85 m², sur une cave (modélisée comme un vide sanitaire), en «L». Elle comprend un séjour, un salon, une cuisine, 3 chambres et une salle de bain. 3.3 APPLICATION DE LA METHODE 3CL La version de la méthode 3CL utilisée est la version V15-C. 3.3.1 SAISIE DES SURFACES ET CARACTERISTIQUES DE L'ENVELOPPE 3.3.1.1 Parois opaques et parois vitrées

10/81 Les tableaux 1 et 2 précisent les surfaces de parois saisies dans les projets maison en pierre et bioclimatique. L'ensemble des surfaces a été calculé à l'aide des plans donnés en annexe 3. Désignation Maison en pierre Maison bioclimatique Surface [m²] U [W.m -2.K -1 ] Surface [m²] U [W.m -2.K -1 ] Murs 139,4 1,88 122,16 1,88 Plancher 85 0,83 85 0,83 Plafond 85 2 85 2 Fenêtre 6,61 4,08 3,56 4,08 Porte-fenêtre 4,73 4,1 25 4,1 Tableau 1: Hypothèses de saisie de la méthode 3CL avant réhabilitation Désignation Maison en pierre Maison bioclimatique Surface [m²] U [W.m -2.K -1 ] Surface [m²] U [W.m -2.K -1 ] Murs 90,6 0,18 79,65 0,18 Plancher 85 0,26 85 0,26 Plafond 85 0,19 85 0,19 Fenêtre 6,61 1,24 3,56 1,24 Porte-fenêtre 4,73 1,24 25 1,24 Tableau 2: Hypothèses de saisie de la méthode 3CL après réhabilitation 3.3.1.2 Ponts thermiques Le calcul des ponts thermiques de la méthode 3CL est fonction de la configuration de la maison (sa forme) et de la surface habitable. Il prend en compte les ponts thermiques suivants : (a) plancher bas / mur extérieur (l x k = 44,34*0,44 = 19,51 W/K) ; (b) plancher intermédiaire / mur extérieur (=0 W/K) ; (c) refend / mur extérieur (l x k = 4,92 x 0,64 = 3,15 W/K) ; (d) refend / plancher bas (l x k = 4 *,01 = 0,4 W/K) ; (e) menuiserie (=0). Selon les algorithmes de la méthode 3CL-DPE, dans le cas de la maison en pierre et bioclimatique, le total des ponts thermiques égale : 23 W/K.

11/81 3.3.2 DEBIT DE RENOUVELLEMENT D'AIR Les débits de renouvellement d'air associés aux différentes configurations sont données dans le tableau 3. Désignation Volume/heure Ventilation naturelle 1,03 VMC <= 1983 0,67 VMC hygro B 0,41 Double flux 0,29 Tableau 3: Valeur des débits de renouvellement d'air de la méthode 3CL 3.3.3 APPORTS INTERNES Dans la méthode 3CL, les apports internes (occupation + puissance dissipée par les systèmes) sont fixés forfaitairement à 100 Wh par jour de chauffe et par m² de surface habitable. Comme les périodes de chauffage diffèrent selon les régions climatiques, on dispose d'un valeur par région climatique (tableau 4). Zone climatique Apports internes [kwh/(m².an)] Apports internes annuels [kwh/an] Trappes (zone H1) 22,9 1946,5 La Rochelle (zone H2) 21,7 1844,5 Nice (Zone H3) 18,1 1538,5 Tableau 4: Hypothèses 3CL sur les apports internes 3.3.4 APPORTS SOLAIRES La méthode 3CL calcule les apports solaires comme le produit d'un ensoleillement vertical Sud pendant la période de chauffage et une surface sud équivalente (surface de paroi verticale Sud fictive, totalement transparente et sans ombrage, qui induirait les mêmes apports solaires que les parois du logement considéré). Pour les régions étudiées et la surface habitable de la maison, les apports solaires considérés dans 3CL sont donnés au tableau 5.

12/81 Zone climatique Surface sud équivalente [m²] Ensoleillement vertical sud pendant la période de chauffage Apports solaires annuels [kwh/an] Trappes (zone H1) 2,38 418 994,84 La Rochelle (zone H2) 2,38 440 1047,2 Nice (Zone H3) 2,38 527 1254,2 Tableau 5: Apports solaires considérés dans la méthode 3CL 3.3.5 DEGRES HEURE ET DEGRES JOURS UNIFIES (DJU) Pour chaque climat étudié les degrés heures utilisés sont donnés dans le tableau 6. Zone climatique Degrés heures [ C] Degrés jours unifiés [ C] Trappes (zone H1) 66000 2750 La Rochelle (zone H2) 48000 2000 Nice (Zone H3) 31000 1291 Tableau 6: Degrés jours unifiés par climat 3.3.6 INERTIE Dans la méthode 3CL, l'inertie des matériaux est fixée à une valeur forfaitaire moyenne. Selon la note explicative de la méthode 3CL, l'ensemble des bâtiments sont considérés avec une inertie «moyenne» : le coefficient intervenant dans le calcul de la couverture des apports gratuit (exposant) est fixé à 2,9, correspondant à ce niveau d'inertie. 3.4 MODELISATION DU BATIMENT AVEC PLEIADES+COMFIE 3.4.1 LE BATI 3.4.1.1 Géométrie et enveloppe du bâtiment Les pièces chauffées sont regroupées dans une unique zone considérée comme thermiquement homogène. Les combles perdus ont été modélisés comme une zone thermique non occupée.

13/81 3.4.1.1.1 Maison en pierre Le plan 2D et la représentation 3D Alcyone de la maison en pierre sont donnés figure 1-a et 1- b. Les plans détaillés sont donnés en annexe 3. (b) (a) Figure 1: La maison en pierre 3.4.1.1.2 Maison bioclimatique Le plan 2D et la représentation 3D Alcyone de la maison bioclimatique sont donnés figure 2-a et 2-b. Les parois exposées au sud sont modifiées, et leur taux de surface vitrée est augmenté. On passe d'une surface vitrée au sud de 7,7 m² (une porte-fenêtre + 2 fenêtres) à 25 m² (4 portes-fenêtres) : l objectif est de tester la validité des calculs simplifiés sur un cas extrême.

14/81 (b) (a) Figure 2: La maison bioclimatique 3.4.1.2 Compositions des parois 3.4.1.2.1 Maison en pierre et bioclimatique Les tableaux 7 et 8 renseignent la composition des parois de l'enveloppe de la maison en pierre et de la maison bioclimatique, respectivement, avant et après rénovation. Les couches de matériaux d'une composition sont énumérées de l'extérieur vers l'intérieur. Coefficient de Désignation Composition Épaisseur [cm] transfert thermique global U 1 [W.m - ².K. -1 ] Mur extérieur Pierre calcaire (60 cm) conductivité :1,4 W/(m.K) ; masse volumique 1950 kg/m 3 ; chaleur spécifique : 800 J/(kg.K) 50 1,88 Cloison intérieure légère Plâtre (5 cm) 5 2,5 Plancher bas sur cave non chauffée Terre (60cm) + Dalle béton (10 cm) 70 0,83 Plafond Plâtre (5 cm) 5 2,94 Tableau 7: Caractéristiques thermiques de l'enveloppe avant rénovation

15/81 Les résistances superficielles utilisées pour le calcul du coefficient de transfert thermique global sont données en annexe 4. Coefficient de Désignation Composition Épaisseur [cm] transfert thermique global 1 U [m².k.w -1 ] Mur extérieur isolé par l'intérieur Pierre calcaire (60 cm) + laine de roche (20 cm) + parement (non modélisé car d influence négligeable) 80 0,18 Plancher en dalle flottante sur cave Terre (60cm) + Polystyrène expansé (10 cm) + Dalle béton (10 cm) 80 0,26 Plafond isolé Laine minérale (20 cm) + Plâtre (5 cm) 25 0,19 Tableau 8: Caractéristiques thermiques de l'enveloppe après rénovation Le choix du procédé d'isolation dans les maisons anciennes en pierre se tourne la plupart du temps vers une isolation par l'intérieur afin de conserver les pierres apparentes à l'extérieur. Ceci à pour principal inconvénient de réduire la surface habitable. Pour une isolation par l'intérieur de 10 cm, la surface habitable passe de 85 m² à 81 m², soit une diminution d'environ 5 % de surface habitable., une isolation par l'intérieur de 20 cm la réduit de 10%. 3.4.1.3 Caractéristiques des ouvertures Les tableaux 9 et 10 présentent les caractéristiques des ouvertures: fenêtres, portes-fenêtre et portes, avant et après travaux. 1 Le coefficient de transfert thermique global d'une paroi intègre les échanges thermiques superficiels intérieurs et extérieurs

16/81 Désignation Matériau FSg 2 Ug 3 [W.m -2.K -1 ] Uf 4 [W.m -2.K -1 ] % vitrage FSmoyen5 Umoyen 6 [W.m -2.K -1 ] Fenêtres Simple vitrage, menuiserie bois 0,9 4,95 2,4 66 0,59 4,08 Portes-fenêtres Simple vitrage, menuiserie bois 0,9 4,75 3 63 0,57 4,1 Portes extérieure Bois - - - - - 5 Tableau 9: Caractéristiques thermiques des ouvrants avant rénovation Désignation Matériau FSg Ug [W.m -2.K - 1 ] Uf [W.m - 2.K -1 ] % vitrage FSmoyen Umoyen [W.m - 2.K -1 ] Fenêtres Double vitrage peu émissif, lame argon, menuiserie PVC 0,85 1,1 2 66 0,56 1,24 Portes-fenêtres Double vitrage peu émissif, lame argon, menuiserie PVC 0,85 1,1 2 74 0,63 1,24 Portes extérieure PVC - - - - - 2,5 Tableau 10: Caractéristiques thermiques des ouvrants après rénovation Les surfaces des portes fenêtres au sud et à l'est dans la maison bioclimatique sont (de gauche à droite par rapport à la figure2-a) : (a) 4 x 2,04 ; (b) 3,8 x 2,04 ; (c) 1,8 x 2,04 (x2). Les autres dimensions sont sur les plans de l'annexe 3. 3.4.1.4 Ponts thermiques Compte tenu du fait que la maison n est pas du tout isolée avant rénovation, les ponts thermiques aurait pu être considérés comme négligeables. Mais dans la méthode 3CL, les ponts thermiques sont pris en compte. Les ponts thermiques par défaut sont donc considérés 2 FSg: facteur de la vitre seule 3 Ug (glass) coefficient de transfert thermique de la vitre seule 4 Uf (frame): coefficient de transfert thermique du cadre seul 5 FSmoyen: facteur solaire moyen (vitre + cadre) 6 Umoyen: coefficient de transfert thermique moyen (vitre + cadre), parfois appelé Uw (window)

17/81 dans les hypothèses de COMFIE. Ils sont pris forfaitairement sur l'ensemble des liaisons entre parois verticales et horizontales à 0,7 W.m -1.K -1. (Valeur par défaut proposé par Pléiades+COMFIE). Dans les cas d'étude, les ponts thermiques totaux représentent 29 W/K, contre 23 W/K pour la méthode 3CL, soit 18% de moins, mais leur influence est négligeable sur la totalité des déperditions : de l'ordre de 300 kwh sur la saison de chauffe pour le climat de Trappes, par rapport à un total de plus de 40 000. 3.4.1.5 Bilan des surfaces opaques et vitrées Désignation Maison en pierre Maison bioclimatique 3CL COMFIE7 Écart (%) 3CL COMFIE8 Écart (%) Murs (m²) 90,6 90,68 0,09 79,65 75,2 5,59 Plancher (m²) 85 85,87 1,01 85 85,87 1,01 Plafond (m²) 85 86 1,16 85 86 1,16 Menuiseries (m²) 11,34 12,33 8,03 28,56 27,81 2,63 Total (m²) 271,94 274,88 1,07 278,21 274,88 1,2 Tableau 11: Comparaison du bilan de surface 3CL et COMFIE 3.4.1.6 Autres éléments On considère qu'il n'existe aucun masque proche ou lointain dans l'environnement du bâtiment. 3.4.2 LES SCENARIOS D'UTILISATION DU BATIMENT 3.4.2.1 Scénario d'occupation standard Pléiades+COMFIE On suppose que la maison est occupée par 4 personnes de façon intermittente. Chaque occupant représente une source de chaleur d'une puissance moyenne supposée de 80 W. On se ramène à un nombre d'occupant par mètre carré de surface habitable afin d'appliquer le même scénario à chaque zone thermique. Dans le cas d'une maison de 85 m², occupée par 4 personnes, on obtient un nombre d'occupant par m² de 0,05. Le scénario d'occupation est par exemple le suivant: 100% d'occupation de 18h à 7h; 50% de 11h à 13h; 25% de 7h à 11h et de 13h à 18h; Dans cette configuration les occupants libèrent 44 kwh/semaine. Sur une saison de chauffe qui s'étend du 1er octobre au 20 mai, soit 33 semaines, les apports internes dus aux occupants sont de 1450 kwh/an. 3.4.2.2 Scénario de puissance dissipée standard Pléiades+COMFIE Le scénario de puissance dissipée considère que l'énergie dissipée par l'ensemble des systèmes consommateurs d'énergie intérieurs (éclairage, électroménager) s'élève à environ 1500 kwh sur la saison de chauffe (1er octobre au 20 mai, soit 33 semaines). Cette hypothèse correspond

18/81 à un logement moyen, où la consommation annuelle d électricité est de l ordre de 3000 kwh. En considérant une saison de chauffe de 33 semaines et qu une partie (environ un quart) de cette consommation ne constitue pas d apport interne (par exemple de l électricité est utilisée pour chauffer l eau dans un lave linge, mais l eau chaude est évacuée avant de pouvoir céder sa chaleur au bâtiment), les apports internes sur la saison de chauffe sont de l ordre de 1500 kwh. On se ramène à une puissance par mètre carré délivrée chaque heure. Dans le cas d'un maison de 85 m², on arrive à une puissance de 3,2 W/m². 3.4.2.3 Bilan et ajustements des apports internes par rapport à 3CL Les apports internes (occupation + puissance dissipée) représentent sur la saison de chauffe un total de 2950 kwh. Le tableau 12 donne les écarts par rapport aux apports internes considérées dans 3CL. Zone climatique Apports internes annuels 3CL [kwh/an] Apports internes annuels COMFIE [kwh/an] Écart par rapport aux données 3CL [%] Trappes (zone H1) 1950 2950 52 La Rochelle (zone H2) 1850 2950 60 Nice (Zone H3) 1550 2950 92 Tableau 12: Écart sur les apports internes Les apports internes (occupation + puissance dissipée) des scénarios considérés dans les calculs effectués avec COMFIE sont bien supérieurs à ceux considérés dans la méthode 3CL. Les paramètres de la méthode 3CL étant figés, on se propose d harmoniser les entrées de COMFIE avec les paramètres de 3CL. Ratio du scénario Ratio du scénario Apports internes Zone climatique d'occupation COMFIE d'apport internes totaux considéré [personne/m²] COMFIE [W/m²] dans COMFIE Trappes (zone H1) 0,029 2,33 1950 La Rochelle (zone H2) 0,028 2,2 1850 Nice (Zone H3) 0,023 1,84 1550 Tableau 13: Ajustement des ratios des scénarios d'occupation et de puissance dissipée dans COMFIE 3.4.2.4 Scenario de consigne de chauffage La consigne de température dans la méthode 3CL n'est pas un paramètre. Elle apparaît cependant dans l'expression des DJU. La base 18 est utilisée, ce qui correspond à une

19/81 température de chauffage d environ 19 C : du fait des apports solaires et internes, il n est plus nécessaire de chauffer le bâtiment dès que la température extérieure dépasse 18 C. La comparaison des DJU18 utilisés dans la méthode 3CL et ceux recalculés à partir des fichiers météo utilisés par COMFIE est donnée tableau 14. On constate que sur la même base, les DJU calculés à partir des fichiers météo de COMFIE sont inférieurs à ceux de la méthode 3CL sauf pour le climat de Nice. Climat DJU18 3CL pour la saison de chauffe DJU18 COMFIE pour la saison de chauffe Trappes La Rochelle Nice 2750 2438 2000 1881 1291 1340 Tableau 14: Comparaison et ajustements des DJU Pour l'ensemble des climats, une température de consigne constante de 19 C a été considérée. 3.4.2.5 Scénario d'occultation On fait l'hypothèse qu'en plein été, les occupants baissent leurs volets de 8h à 20h, réduisant le facteur solaire de 70%. La résistance thermique additionnelle est négligée. 3.4.2.6 Scénario de ventilation 3.4.2.6.1 Hiver Avant rénovation, la maison est ventilée naturellement. La valeur de la méthode 3CL pour cette configuration est fixée à 1,03 volume par heure. Le débit de renouvellement d'air de COMFIE sera donc fixé à cette valeur, 24h/24. Après rénovation, deux configurations sont étudiées. Le passage de la ventilation naturelle à une VMC classique, et le passage de la ventilation naturelle à une ventilation double flux. Dans le premier cas, on considère qu'un effort particulier a été fourni sur l'étanchéité à l'air du bâtiment. On suppose que le débit de renouvellement d'air considéré sera équivalent à celui proposé dans la méthode 3CL pour la VMC (VMC<=1983) de 0,67 volume par heure, 24h/24. Dans le cas de la mise en place d'une VMC double flux, le méthode 3CL ne considère pas d'efficacité d'échangeur. Elle fixe le débit de renouvellement d'air à 0,29 volume par heure. Cela correspondrait à un ventilation double flux assurant un débit de 0,67 volume par heure, avec une efficacité moyenne de l'échangeur de 56% (par exemple une efficacité de l échangeur de 80%, mais une partie de l air provenant des infiltrations et donc n étant pas préchauffé dans l échangeur). Ces mêmes hypothèses seront considérées dans la simulation dans le cas de la ventilation double flux.

20/81 3.4.2.6.2 Été En soirée, et la nuit (19h à 8h) une sur-ventilation naturelle est supposée à 3 volumes par heure, correspondant à l'ouverture des fenêtres la nuit afin de rafraîchir la maison. 3.4.3 ÉQUIPEMENTS Aucun équipement de climatisation ou de rafraîchissement n'est considéré. 3.5 SIMULATIONS 3.5.1 RECAPITULATIF DES HYPOTHESES ET VARIANTES ETUDIEES Maison en pierre Maison bioclimatique Enveloppe, Coefficients U [W.m -2.K -1 ] Murs 1,88 1,88 Plafond 0,83 0,83 Plancher 2,94 2,94 Vitrage 4,1 4,1 Ventilation Naturelle (1,03 vol/h) Naturelle (1,03 vol/h) Tableau 15: Caractéristiques de l'existant Maison en pierre Maison bioclimatique Enveloppe, Coefficients U [W.m -2.K -1 ] Murs 0,18 0,18 Plafond 0,26 0,26 Plancher 0,19 0,19 Vitrage 1,24 1,24 Ventilation VMC (0,67 Double flux VMC (0,67 Double flux vol/h) (0,67 vol/h et vol/h) (0,67 vol/h et 56% d'efficacité 56% d'efficacité d'échangeur) d'échangeur) Tableau 16: Variantes étudiées

21/81 Climat DJU18 3CL pour la saison de chauffe DJU18 COMFIE pour la saison de chauffe Trappes La Rochelle Nice 2750 2438 2000 1881 1291 1340 Tableau 17: DJU par climat dans 3CL et COMFIE 3.5.2 RESULTATS 3.5.2.1 Méthode 3CL Les résultats de l'application de la méthode 3CL sont donnés dans les tableaux 18 et 19, respectivement pour la maison en pierre et pour la maison bioclimatique. Maison en pierre Besoins de chauffage [kwh] Avant réhabilitation Après réhabilitation Ventilation Naturelle VMC Double flux Trappes La Rochelle Nice 27960 6165 4475 19914 3980 2800 15781 2965 2043 Tableau 18: résultats de la méthode 3CL pour la maison en pierre, besoins de chauffage en kwh Maison bioclimatique Besoins de chauffage [kwh] Avant réhabilitation Après réhabilitation Ventilation Naturelle VMC Double flux Trappes 29197 7003 5319 La Rochelle 20720 4573 3386 Nice 16519 3434 2499 Tableau 19: résultats de la méthode 3CL pour la maison bioclimatique, besoins de chauffage en kwh

22/81 3.5.2.2 Pléiades+COMFIE Les résultats de simulation avec Pléiades+COMFIE sont données dans le tableau 20 et 21 respectivement pour la maison en pierre et pour la maison bioclimatique. Maison en pierre Besoins de chauffage [kwh] Avant réhabilitation Après réhabilitation Ventilation Naturelle VMC Double flux Trappes 34783 6475 4772 La Rochelle 25813 4296 3022 Nice 17303 2468 1595 Tableau 20: résultats de la simulation COMFIE pour la maison en pierre, besoins de chauffage en kwh Maison bioclimatique Besoins de chauffage [kwh] Avant réhabilitation Après réhabilitation Ventilation Naturelle VMC Double flux Trappes 34877 5559 4002 La Rochelle 25172 3124 2037 Nice 15992 1163 637 Tableau 21: résultats de la simulation COMFIE pour la maison bioclimatique, besoins de chauffage en kwh 3.5.2.3 Comparaisons des résultats : 3CL vs COMFIE 3.5.2.3.1 Calcul des besoins de chauffage Maison en pierre La figure 3 présente les résultats du calcul des besoins de la méthode 3CL et COMFIE, pour les 3 régions climatiques. Au premier abord les tendances de réduction des besoins semblent les mêmes avec l'une ou l'autre méthode de calcul.

23/81 40000 35000 30000 TRAPPES (78) LA ROCHELLE (17) NICE (06) 25000 20000 15000 10000 5000 0 3CL Comfie 3CL Comfie 3CL Comfie Avant réhabiliation Après réhabiliation (VMC) Après réhabiliation (DF) Figure 3: Résultats des besoins de chauffage pour la maison en pierre pour les 3 zones climatiques La mise en place des packages de réhabilitation (présentés dans les tableaux 8 et 10) sur l'enveloppe et le système de ventilation permet de réduire les besoins de chauffage. La figure 4 présente le facteur de division des besoins après réhabilitation en fonction de la méthode de calcul. Dans le climat de Trappes, le méthode 3CL indique qu'après réhabilitation avec mise en place d'une VMC les besoins de chauffage sont réduit d'un facteur 4,6, contre un facteur 5,3 pour COMFIE. Dans le cas de la réhabilitation avec mise en place d'une double flux, les facteurs sont de 6,2 pour 3CL, contre 5,8 pour COMFIE. Pour la maison en pierre, la tendance de réduction des besoins de chauffage par la mise en place d'amélioration de l'enveloppe et du système de ventilation semble être conservée pour l'une et l'autre des méthodes.

24/81 Facteur de division des besoins après réhabilitation 12 10 8 6 4 2 0 TRAPPES (78) LA ROCHELLE (17) NICE (06) 3CL Comfie 3CL Comfie Après réhabilitation (VMC) Après réhabilitation (DF) Figure 4: Facteur de division des besoins après réhabilitation pour les deux méthodes de calcul Même si les tendances sont conservées, des écarts persistent entre les deux méthodes. La figure 5 présent les écarts des besoins de COMFIE par rapport à ceux de 3CL. Avant réhabilitation les besoins calculés par COMFIE sont supérieurs de 20 à 30% par rapport à ceux de 3CL, sauf pour le climat de Nice où l'écart est seulement de 10%. On constate que l'écart est inférieur à 10% après réhabilitation, sauf pour Nice où il peut atteindre 20%. 40,00% 30,00% TRAPPES (78) LA ROCHELLE (17) NICE (06) 20,00% 10,00% 0,00% Avant Rehab Après réhabiliation (VMC) Après réhabiliation (DF) -10,00% -20,00% -30,00% Figure 5: Écart sur les besoins de chauffage de la maison en pierre calculés avec COMFIE par rapport à la méthode 3CL

25/81 Maison bioclimatique Comme pour la maison en pierre, les tendances de réduction des besoins de chauffage par la mise en place d'amélioration sur l'enveloppe et le système de ventilation semblent cohérentes entre les deux méthodes (figure 6). Des écarts subsistent, mais de façon encore plus prononcée. En effet la maison bioclimatique dispose des mêmes caractéristiques thermiques que la maison en pierre, mais d'un taux de vitrage exposé au sud beaucoup plus important. Les apports solaires, déjà bien supérieurs dans COMFIE ( 5.2.3.b.) par rapport à 3CL dans le cas de la maison en pierre, vont accentuer les écarts sur le calcul des besoins de chauffage d'une maison de type bioclimatique avec une grande surface vitrée au sud. Besoins de chauffage (kwh) 40000 35000 30000 25000 20000 15000 10000 TRAPPES (78) LA ROCHELLE (17) NICE (06) 5000 0 3CL Comfie 3CL Comfie 3CL Comfie Avant réhabiliation Après réhabiliation (VMC) Après réhabiliation (DF) Figure 6: Résultats des besoins de chauffage pour la maison bioclimatique pour les 3 zones climatiques La figure 7 présente les facteurs de réduction des besoins de chauffage suite à l'amélioration de l'enveloppe et du système de ventilation de la maison. Les ordres de grandeur des facteurs de réduction semblent conservés, quoique un peu supérieurs dans le cas de COMFIE. De gros écarts sont à constater pour le climat de Nice, principalement dus à la différence sur les apports solaires. Les apports solaires de COMFIE pour le climat de Nice sont 120% supérieur à ceux de 3CL ( 5.2.3.b.).

26/81 Facteur de division des besoins après réhabilitation 30 25 20 15 10 5 0 TRAPPES (78) LA ROCHELLE (17) NICE (06) 3CL Comfie 3CL Comfie Après réhabilitation (VMC) Après réhabilitation (DF) Figure 7: Facteur de division des besoins de la maison bioclimatique après réhabilitation pour les deux méthodes de calcul Ainsi les mêmes remarques que pour la maison en pierre peuvent être faites. Avant réhabilitation les besoins calculés par COMFIE sont supérieurs de 20% par rapport ceux de 3CL pour les climats de Trappes et La Rochelle. Pour le climat de Nice et après réhabilitation, les écarts sont encore plus prononcés du fait des forts apports solaires par les vitrages sud dans le cas de la maison bioclimatique. 40,00% 20,00% TRAPPES (78) LA ROCHELLE (17) NICE (06) 0,00% Avant Rehab Après réhabiliation (VMC) Après réhabiliation (DF) -20,00% -40,00% -60,00% -80,00% Figure 8: Écart sur les besoins de chauffage de la maison bioclimatique calculés avec COMFIE par rapport à la méthode 3CL

27/81 3.5.2.3.2 Calcul des apports solaires Certaines différences de résultats sur le calcul des besoins sont imputables au calcul des apports solaires. La méthode 3CL, calcule les apports solaires sur la base d'un ensoleillement vertical sud, et d'une surface sud équivalente forfaitaire par m² de surface habitable. COMFIE de son côté calcule l'ensoleillement heure par heure sur chaque orientation par rapport à des données de fichiers météo (fichier TRY, Test reference year, moyennes statistiques sur 10 années réelles), fournissant heure par heure le rayonnement solaire global et direct horizontal. COMFIE calcule ainsi heure par heure le rayonnement direct transmis à travers les parois vitrées en tenant compte de l'incidence du rayonnement sur le vitrage et du facteur solaire réel de ce dernier. Les résultats sont présentés figure 9. 3000 2500 TRAPPES (78) LA ROCHELLE (17) NICE (06) Apports solaire (kwh/saison) 2000 1500 1000 500 0 3CL avant réhab Comfie Avant Rehab 3CL après rahab (VMC ou DF) Comfie apres Rehab (VMC ou DF) Figure 9: Comparaison des résultats du calcul des apports solaires selon les deux méthodes pour la maison bioclimatique Les écarts dans le calcul des apports solaires sont importants et sont présentés figure 10. On observe des écarts entre les résultats des apports solaires de COMFIE et ceux de 3CL pouvant aller de 80 à 120% selon les climats. Ces écarts peuvent expliquer les différences constatées sur le calcul des besoins.

28/81 140,00% 120,00% Comfie Avant Rehab Comfie apres Rehab (VMC ou DF) 100,00% 80,00% Ecart 60,00% 40,00% 20,00% 0,00% TRAPPES (78) LA ROCHELLE (17) NICE (06) 3.5.2.3.3 Calcul des déperditions Figure 10: Ecart sur les apports solaires de COMFIE par rapport à 3CL Certains écarts sur le calcul des besoins de chauffage peuvent s'expliquer par des écarts sur le calcul des déperditions de chaleur par l'enveloppe et le renouvellement d'air. La figure11 présente les résultats du calcul des déperditions selon les deux méthodes. 45000 40000 Besoins de chauffage (kwh) 35000 30000 25000 20000 15000 10000 5000 TRAPPES (78) LA ROCHELLE (17) NICE (06) 0 3CL Comf ie 3CL Comf ie 3CL Comf ie Avant réhabiliation Après réhabiliation (VMC) Après réhabiliation (DF) Figure 11: Résultats des déperditions de chaleur (enveloppe+renouvellement d'air) pour les deux méthodes La figure 12 présente les écarts du calcul des déperditions par COMFIE par rapport à ceux de 3CL. Pour le climat de Trappes et La Rochelle les écarts semblent raisonnables : inférieurs à 10% pour Trappes et inférieurs à 15% pour La Rochelle. L'écart est plus important pour le climat de Nice, de 20 à 30%.

29/81 35,00% 30,00% 25,00% 20,00% Ecart 15,00% 10,00% TRAPPES (78) LA ROCHELLE (17) NICE (06) 5,00% 0,00% -5,00% Avant Rehab Après réhabiliation (VMC) Après réhabiliation (DF) -10,00% Figure 12: Écart sur le calcul des déperditions de chaleur de COMFIE par rapport à 3CL 3.6 CONCLUSIONS Le but de ce travail était d'étudier le comportement de la méthode 3CL sur des maisons à forte inertie et à fort apports solaires, dans un contexte de réhabilitation, pour ainsi évaluer la possibilité d'utilisation de cette méthode pour des maisons de ce type. Les résultats de l'outil 3CL ont été comparés à ceux de l'outil Pléiades+COMFIE, dans le but de valider ou non les tendances d'évolution des résultats dans le cadre d'un scénario de réhabilitation de l'enveloppe et du système de ventilation. Les caractéristiques thermiques et géométriques de deux maisons (l'une en pierre et l autre bioclimatique) ont été définies, et les entrées et hypothèses pour chacun des outils ont été présentées. L'outil 3CL étant fermé, et ne laissant que peu de possibilités d'ajustement de certains paramètres (apports internes et ventilation notamment), l'ajustement de ces paramètres a pu être réalisé avec COMFIE dans le but de limiter les écarts sur le calcul des besoins de chauffage, qui pourraient gommer certains aspects du comportement de chacun des outils. Les résultats montrent des écarts relativement important entre les deux outils. Ces écarts sont principalement dus : (a) à la prise en compte de l'inertie des matériaux dans l'outil COMFIE ; (b) aux calculs des apports solaires, bien supérieurs dans COMFIE par rapport à 3CL pour la maison fortement vitrée. Compte tenu de ces résultats, l'utilisation de la méthode 3CL ne semble pas adaptée : (a) aux bâtiments à très forte inertie, (b) aux bâtiments situés dans des régions ensoleillées et disposant de grandes surfaces vitrées bien exposées au sud. Ainsi l'extrapolation de l'utilisation de la méthode 3CL, et indirectement de l'outil ODMIR4, pour des bâtiments à très forte inertie et/ou fortement vitrés, semble délicate. Les tendances d'évolution des résultats lors de la mise en place de scénarios de réhabilitation semblent correctes mais l'évaluation des besoins de chauffage semble peu réaliste.

30/81 L'utilisation des outils basés sur 3CL ne semble pas adaptée aux maisons à forte inertie et/ou fortement vitrées. Dans les calculs ODMIR4, un correctif a été apporté sur les apports solaires. Une adaptation pourrait aussi être proposée sur le paramètre d inertie. D autres limites dans la modélisation sont également à signaler. La méthode 3CL considère des pertes nulles dans le cas d un plancher sur terre plein. Une correction a été apportée pour prendre en compte ces pertes, mais une évaluation précise nécessiterait l étude détaillée du sol au cas par cas, ce qui n est pas réaliste. La configuration considérée correspond à un sol sec (déperditions peu importantes), de manière à obtenir un intervalle entre ce cas et celui des planchers sur vide sanitaire (déperditions maximales). Certaines maisons anciennes disposent d une cave, ce qui constitue un cas intermédiaire. Une évaluation précise des infiltrations d air pour l ensemble des techniques constructives n est pas possible dans le cadre de ce projet. Une valeur forfaitaire est alors considérée. Cette valeur influence en particulier le bilan dans le cas d une ventilation double flux. De même, la réduction des consommations liée à la mise en œuvre d une ventilation hygro-réglable est liée au scénario d occupation : la réduction du débit d air ne sera pas la même si la maison est occupée par des personnes en activité ou par des personnes âgées qui restent davantage chez elles. Il est donc difficile de généraliser les résultats comparatifs obtenus entre ventilation double flux et ventilation hygro-réglable. Les résultats de mesures comparatives sur deux maisons identiques par ailleurs (projet Castor et Pollux) pourraient permettre une avancée des connaissances sur ce point. L utilisation d une valeur annuelle moyenne de coefficient de performance (COP) pour les pompes à chaleur (PAC) est moins précise que la simulation horaire : en effet le COP varie en fonction des températures des sources froide et chaude, donc en particulier de la température extérieure. Une PAC fonctionne le plus souvent en régime non nominal, donc l utilisation d une valeur nominale donnée par les fabricants n est pas pertinente. Des mesures sur bancs d essais sont en cours dans différents laboratoires pour évaluer un COP moyen annuel de manière plus précise. La conductivité, la masse volumique et la chaleur massique de certains matériaux anciens ou de certaines compositions de parois (moellons liés par un mortier de chaux par exemple) sont difficiles à évaluer. En ce qui concerne l évaluation des émissions de CO 2 et l application du facteur 4, les facteurs d équivalence du DPE ont été considérées selon le type d énergie et, pour l électricité, selon les usages. Or le mix de production d électricité varie heure par heure. A chaque heure, il est possible d évaluer les émissions globales de CO 2 en fonction de ce mix. Pour comparer les émissions d une pompe à chaleur et d une chaudière gaz, il faut ensuite répartir les émissions globales sur les différents usages (chauffage, eau chaude sanitaire, éclairage, autres usages bâtiments, transports, industrie ) ce qui est complexe (étape d allocation dans l analyse de cycle de vie). Remplacer une chaudière gaz existante par une pompe à chaleur augmente l énergie consommée en pointe, dans ce cas le choix d une approche «marginale» serait sans doute plus pertinent (cf. note RTE-ADEME du 04/10/2007, Le contenu en CO 2 du kwh électrique : avantages comparés du contenu marginal et du contenu par usages sur la base de l historique). Le bilan CO 2 correspond à l impact d un bâtiment en termes de réchauffement global. Or il existe d autres impacts environnementaux qui peuvent être influencés par une opération de réhabilitation (épuisement des ressources, génération de déchets, en particulier radioactifs, acidification, smog, toxicité, atteinte à la biodiversité ). Les outils d analyse de cycle de vie