bilan de la performance énergétique du bâtiment k de la cité ......2016/11/30 · analyse du...
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Bilan de la performance énergétique du bâtiment K de la Cité Verte: Ce qu’il faut en
retenir
CIRCERBChaire industrielle de recherche sur la construction écoresponsable en
bois
Jean Rouleau, ing. jrÉtudiant 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.
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CIRCERB
• Thèmes de recherche abordés:
Conception intégrée;
Analyse de cycle de vie et écoconception;
Matériaux;
Systèmes constructifs;
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• 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;
Logistiques;
Durabilité;
Efficacité.
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.
Source: Matériaux maisons passives Source: Smartlam Source: SRG
Les enveloppes de bâtiments en bois
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Paramètres mesurésDonnées Pour 8 logements Pour les 32 autres
logementsPour le bâtiment aucomplet
Température de l’air [°C] X
Humidité de l’air [%] X
Contrôle du système de ventilation [On/Off]
X
Contrôle des fenêtres [On/Off] X
Température des murs de l’enveloppe [°C]
X
Humidité des murs de l’enveloppe [%]
X
Flux thermique à travers les murs de l’enveloppe [W/m2]
X
Énergie pour le chauffage [kWh] X X X
Énergie pour l’eau chaude domestique [kWh]
X X X
Quantité d’eau chaude domestique [m3]
X X
Électricité consommée [kWh] X X
Énergie pour le chauffage du sous-sol [kWh]
X
Électricité consommée par la salle mécanique [kWh]
X
Données météo X5
Paramètres mesurés
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Données mesurées sur l’enveloppe
7
La performance énergétique du bâtiment k
8
*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 grandeurapproximatives et ne prétendent pas être exactes. La consommation totale provient des donnéesd’Hydro-Québec et la répartition entre les secteurs a été calculée selon les moyennes québécoises.
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
Chauffage Eau chaudedomestique
Électricité Total
Éner
gie
con
som
mée
[kW
h/m
2]
Prévu Mesuré* Bâtiment multi-résidentiel moyen**
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 moyennesquébécoises.
Un hiver plus doux que prévu.
La température extérieure
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
25Te
mp
érat
ure
ext
érie
ure
mo
yen
ne
[°C
]PHPP
Mesuré
Pour un hiver « standard », on s’attend à
une augmentation de 5% de la demande
en chauffage du bâtiment.
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Température intérieure
considérée dans PHPP: 20°C
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.
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%.
10
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
18 et moins 19 20 21 22 23 et plus
Pro
po
rtio
n d
e la
po
pu
lati
on
[%
]
Température du thermostat [°C]
Moyenne canadienne* = 20.9°C
Moyenne québecoise* = 21.1°C
Moyenne du bâtiment K** = 23.7 ± 1.8 °C
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
55
20
25
Moyenne québécoise pour un appartement*
Répartition de la consommation énergétique
12
28.23
29.73
42.04
Bâtiment K - Prévu
24.96
34.95
40.09
Bâtiment K - Mesuré
*D’après le rapport État de l’Énergie au Québec de HEC Montréal.
La demande en chauffage du bâtiment
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La demande en chauffage du bâtiment
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0
5
10
15
20
00:00 04:00 08:00 12:00 16:00 20:00
Co
nso
mm
atio
n m
oye
nn
e d
e ch
auff
age
par
su
rfac
e d
e p
lan
cher
[W
/m2]
Heure de la journée
OSB CLT
Le profil quotidien moyen de la demande en chauffage d’un logement durant le mois de Janvier 2016:
On n’observe pas de réelles différences entre les logements en bois lamellé-croisé et ceux en ossature légère.
La demande en énergie du bâtiment
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Les occupants du bâtiment K
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• 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.
02468
1012141618
No
mb
re d
'occ
up
ants
Âge
La consommation unitaire de chaque logement
17
020406080
100
Co
nso
mm
atio
n d
e ch
auff
age
[kW
h/m
2]
Orientation de la façade
020406080
100120
1erétage
2e étage 3e étage 4e étageCo
nso
mm
atio
n d
e ch
auff
age
[kW
h/m
2]
Étage
L’influence des occupants étant forte, ilest difficile de percevoir une différencepour le chauffage des logements selonleur position et leur enveloppe.
-10
10
30
50
70
90
CLT OSB
Co
nso
mm
atio
n d
e ch
auff
age
[kW
h/m
2]
Composition de l'enveloppe
Le confort thermique estival
1er étage 4e étage
Nord-Est
Les températures intérieures des logements en ossature légère versus les températures limites de confort
adaptatif pour une semaine en Juillet.
Sud-Ouest
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Le confort thermique estival
1er étage 4e étage
Nord-Est
Sud-Ouest
Les températures intérieures des logements en CLT versus les températures limites de confort adaptatif
pour une semaine en Juillet.
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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.
20
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28
CLT OSB Nord-Est Sud-Ouest
1erétage
4e étage
Tem
pér
atu
re o
pér
ativ
e m
oye
nn
e [°
C]
CLT OSB Nord-Est Sud-Ouest 1er étage 4e étage
Température maximale [°C] 27.5 24.8 25.8 26.5 25.3 26.9
Outil modélisant le comportement des occupants
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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.
Analyse du comportement hygrothermique
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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)
Analyse du comportement énergétique
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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: TRNSYS)
(source: Modèle PHPP de Poly-Énergie)
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.
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Conclusions
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• 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.
Remerciements
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Architectes:
BMD Architectes
Ingénieurs:
Partage de données:
Clients et accès au bâtiment:
