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Comment réussir un bâtiment d’activité à Energie Positive
L’exemple des bureaux de l’Agence Rennaisede SOPREMA ENTREPRISES
Emmanuel de SURY
Points clés de la conception d'un bâtiment à structure métallique à énergie positive.
• Bâtiment à Energie Positive ( BEPOS )
« Un bâtiment produisant plus d’énergie qu’il n’en consomme. »
Minimisation des besoins énergétiques
Compensation par une production de photovoltaïque
• Bâtiment Basse Consommation ( BBC ) sans production photovoltaïque
« Un bâtiment réellement économe en énergie. »
Renforcement de l’enveloppe thermique du bâtiment
Choix d’équipements faiblement énergivores
• Démarche HQE Intégration lors de la conception de cibles HQE telles que:
- Gestion de l’énergie
- Qualité sanitaire des espaces
- Qualité sanitaire de l’air
Objectifs
COMMENT RÉUSSIR UN BÂTIMENT D’ACTIVITÉ À ÉNERGIE POSITIVE?
• Orientation du bâtiment Rechercher une orientation de la façade principale au sud dans la mesure du réalisable
• Espaces tampon au Nord
Exposition nord des pièces de service (Sanitaires, local technique, archives, …)
• Optimisation des ouvrants au Sud
Favoriser les apports solaires gratuits par l’implantation des fenêtres sur la façade sud le plus possible
Réduire les déperditions thermiques en minimisant les surfaces vitrées au nord
• Compacité du bâtiment.
Concevoir une forme de bâtiment compacte pour réduire les surfaces déperditives
• Isolation
Minimiser les déperditions des parois extérieures.
Une Conception Énergétiquement Sobre
La RT 2012 – Attention aux écarts/dérives constatés sur les bâtiments BBCExtrait de l’article du moniteur du 18 février 2011
- « des écarts parfois gigantesques entre les calculs des bureaux d’études et la réalité du terrain »
- « les anomalies techniques , au premier rang desquelles les ponts thermiques non pris en compte et les défauts d’ étanchéité à l’air »
Il n’y avait pas
de contrôlea posteriori
L’étanchéité à l’air
Exemple d’un ouvrage
performant construit en 2002
Impact de la perméabilité
Malgré une très bonne isolation thermique :
L’étanchéité à l’air n’est pas bonne
• Bilan : Q4>>3
• Les principaux points de fuite :
Angles de bardageLiaison bardage / toiture / longrineLanterneaux et voûtesPortes sectionnellesJonction bardage / menuiserieMenuiserieLèvres de plateaux
L’étanchéité à l’air Objectifs
• Perte énergétique : besoin en chauffage multiplié
par 2 ou 3
• Qualité de l’air intérieur médiocre
• Le rendement de la VMC double flux passe de
0,9 à 0,5 voir 0
• Les débits de VMC calculés à 20Pa sont
impossibles à garantir
• Risque important de condensation dans la
paroi
Impact de la perméabilité
COMMENT RÉUSSIR UN BÂTIMENT D’ACTIVITÉ À ÉNERGIE POSITIVE?
• Etanchéité à l’air Eviter l’entrée incontrôlée d’air neuf dans le bâtiment et la fuite d’air chaud dans l’environnement extérieur.
Maîtrise du coefficient d’infiltration d’air du bâtiment: Q4
Influence du coefficient Q4 sur les consommation énergétiques:
L’exigence sur le coefficient Q4 entraine un gain de l’ordre de 70% sur le bilan énergétique par rapport au même bâtiment présentant une étanchéité plus conventionnelle.
Une isolation de bâtiment de qualité doit être accompagnée d’un bon traitement de l’étanchéité pour optimiser les gains énergétiques.
Une Conception Énergétiquement Sobre
Bâtiment SOPREMA
Bâtiment Standard
Coefficient i4 [m3/m².h] 0,3 3
Consommations (Chauf+ écl+aux) [kWhep/m².an] 43 74
Gain énergétique (Energie primaire) 19 225 kWhep/an
Gain énergétique (Energie finale) 7 450 kWhep/an
Bâtiment SOPREMA
Bâtiment Standard
0
10
20
30
40
50
60
70
80
Consommations de chauffage
COMMENT RÉUSSIR UN BÂTIMENT D’ACTIVITÉ À ÉNERGIE POSITIVE?
• Etanchéité à l’air Exemple de traitement de l’étanchéité à l’air
Problèmes de continuité au droit des refends et des dalles intermédiaires
Risques d’association scotch/parement
Risques d’oubli non visible après la pose des plaques de plâtres
Risques de détériorations
Coordination entre les lots
Bâtiment SOPREMA Bâtiment Standard
Parfaitement hors d’air
Indépendant des autres lots
Essai de la perméabilité à l’air en cours de chantier
Gain planning; travaux de bardage indépendants des travaux de plâtrerie / peinture
Une Conception Énergétiquement Sobre
COMMENT RÉUSSIR UN BÂTIMENT D’ACTIVITÉ À ÉNERGIE POSITIVE?
• Isolation thermique
Ponts thermiques traités au maximum par le principe de double isolation
→ Ubat = 0,465 W/m².K soit plus de 30% de gain par rapport à la référence.
• Ventilation Ventilation double flux haute efficacité.
Récupération de plus de 90 % de la chaleur de l’air extrait.
• Eclairage LED pour l’éclairage des circulations et des sanitaires
Consommation très faibles
Sondes de détection de présence
Murs Extérieurs 150 + 140 mm de laine de roche R=9,17 m².K/W Isolation périph verticale 80 mm de polystyrène extrudé sur 50 cm de hauteur R=2,30 m².K/W Toiture terrasse végétale 90 + 90 mm de polyuréthane + substrat de culture R=7,58 m².K/W Toiture bac acier 140 + 90 mm de laine de roche R=7,75 m².K/W Vitrages Double vitrage Aluminium à rupteurs de ponts thermiques Uw= 1,5 W/m².K
Des matériaux performants
COMMENT RÉUSSIR UN BÂTIMENT D’ACTIVITÉ À ÉNERGIE POSITIVE?
• Prise en compte des apports solaires gratuits Favoriser les apports solaires en hiver afin de réduire
les consommations de chauffage
Se protéger des apports solaires en été afin de garantir un confort thermique sans besoin de climatisation
• Ventilation Un réglage fin des débits de renouvellement d’air
• Chauffage Un système de chauffage venant en appoint étant donné la performance
de l’enveloppe et la prise en compte des apports gratuits.
• Simulation thermique Dynamique Accepte le bâtiment comme un objet vivant, réactif aux
éléments extérieurs, et non comme un objet inerte.
Mesure la réaction des matériaux à des variations d’apports thermiques internes ou externes (inertie thermique).
Permet une maîtrise des apports solaires en évaluant les gains solaires utiles et en contrôlant la surchauffe estivale: Contrôle de la température intérieure heure par heure.
Besoins de Chauffage
Apports Solaires
Surchauffe
Un dimensionnement adapté
COMMENT RÉUSSIR UN BÂTIMENT D’ACTIVITÉ À ÉNERGIE POSITIVE?
Mise en place d’une GTB « Gestion Technique du Bâtiment » Mutualisation de la gestion des équipements énergétiques.
• Ventilation Réduit nocturne de ventilation ou sur ventilation nocturne l’été pour rafraichir le bâtiment
Un renouvellement d’air adapté à l’utilisation des locaux
Mise en place de détecteurs de présence contrôlant les débits de ventilation
Mise en place de sonde à détection de CO2 dans les locaux à occupation multiple (type salle de réunion)
Contrôle des consommations de la centrale
• Eclairage Un éclairage des locaux à luminosité constante, s’adaptant aux variations de l’éclairage naturel
Un éclairage régulé par détection de présence et de luminosité
Maitrise des consommations d’éclairage
• Chauffage Gestion automatique de la température intérieure des locaux
Réduit nocturne permettant une baisse des consommations
Relance programmable afin d’assurer un confort thermique
Une Gestion énergétique intelligente
COMMENT RÉUSSIR UN BÂTIMENT D’ACTIVITÉ À ÉNERGIE POSITIVE?
• Consommations en chauffage
Soit 9,7 kWh d’énergie finale par m² par an
• Consommations d’éclairage
• Consommations auxiliaires
• Consommations Totales
Le bâtiment SOPREMA présente un gain énergétique d’environ 48% par rapport à un bâtiment similaire présentant des équipements de référence moyens
L’objectif de bâtiment Basse consommation est respecté, avec une marge très confortable.
Référence Bâtiment Théorique Bâtiment réel Gain68 kWep/m²/an 27 kWhep/m².an 39 kWhep/m².an 42 %
Référence Bâtiment Théorique Bâtiment réel Gain35 kWhep/m²/an 8 kWhep/m².an 16 kWhep/m².an 54 %
Référence Bâtiment Théorique Bâtiment réel Gain 15 kWhep/m².an 8 kWhep/m².an 6 kWhep/m².an 60 %
Référence Bâtiment Théorique Bâtiment réel Gain 118 kWhep/m².an 43 kWhep/m².an 61 kWhep/m².an 48 %
Les résultats de la simulation énergétique
COMMENT RÉUSSIR UN BÂTIMENT D’ACTIVITÉ À ÉNERGIE POSITIVE?
• Intégration de la production Photovoltaïque. Mise en place de 130 m² de capteurs photovoltaïques intégrés en toiture et en façade.
Production annuelle estimée: 21 140 kWh /an
Soit 89 kWhep/m².an théorique (108 en réel)
En tenant compte de la production d’électricité par les capteurs photovoltaïques, le bilan énergétique du bâtiment devient positif.
Le bâtiment produit environ 2 fois plus d’énergie qu’il n’en consomme.
Référence Bâtiment Théorique Bâtiment réel Gain
118 kWhep/m².an -47 kWhep/m².an -46 kWhep/m².an 140 %
Les résultats de la simulation énergétique
Un Bâtiment à ENERGIE POSITIVELa nouvelle Agence SOPREMA ENTREPRISES de Rennes
Orientation plein Sud
Toiture photovoltaïque Brise soleil et pergolahorizontaux au Sud
Brise Soleil extérieurs orientablesÀ l’Est et à l’Ouest
Etanchéité à l’airde l’ensemble des façades
Terrasse végétalisée
bardage photovoltaïque
Power Management System
Application de gestion active de la demande d’énergie
Jean-Noël DESNE SCHNEIDER ELECTRIC
• Objectifs du démonstrateur
• Effacement des pointes (auto-alimentation)• Fonctionnement iloté du bâtiment en cas de black-out• Lissage de la courbe de charge réseau• Détourer toutes les contraintes (techniques,
économiques, juridique…)• Utilisation des batteries pour fournir de la puissance
au réseau de distribution
• Aspect économique
• Autoconsommation le plus souvent possible• Revente du surplus d’énergieIdentifier les nouveaux modèles économiquesIndustrialisation de l’innovation
PMS: Architecture de principe
Power Management System
Charges prioritaires
Véhicule to grid
Stockage réversible
Charges non prioritaires
Charges sécurisées
Batteries
PV Eolien
Fournisseur Energie
126 kWc 4,1 kW
Bornes de recharge
Saft Li Ion 56 kWh
45 kWh
Gestion optimisée de la production PV
Optimisation de la puissance souscrite
Pilotage et valorisation des effacements
Gestion et pilotage de la surconsommation
Rénovation énergétique de logements sociaux dans le cadre du Pacte Electrique BretonDouarnenez Habitat
Jan DE HOOG
Sommaire
• Contexte
• Présentation du projet
• Mission du BET
• RT Existant
• Scénarios de rénovation
• Analyse technico-économique
Contexte• Pacte Electrique Breton
- Partenaires : Etat, Région Bretagne, RTE, ADEME & ANAH- 3 Constats :
Situation péninsulaire bretonne Faible autoproduction (8%) Dynamisme démographique et économique
- 3 Actions : Renforcer la maîtrise de la demande en électricité (MDE) Développer les EnR Sécurisation de l’alimentation électrique (production et réseaux)
• Appel à Projet FEDER (Fonds Européen de développement régional) « Réhabilitation thermique des logements sociaux en chauffage électrique »- Diminution de 40% des consommations- Consommation après travaux Cep < 230 kWhEP/m².an
Présentation du projet
• 16 Logements - Gourlizon (29)- Construction : 1988- Typologie : 6 T2 (70 m²), 6 T3 (90 m²) et 4 T4 (100 m²)- Mode constructif :
Dalle béton sur TP avec isolation périphérique Murs en maçonnerie traditionnelle, isolation intérieure Plafonds (rampants et combles), isolation laine minérale Menuiseries PVC, double vitrage
- Equipements techniques Chauffage effet joule (convecteurs et accumulateurs) ECS Electrique VMC Simple Flux Autorèglable
Mission du BET
• Etudes préliminaires- Diagnostic de l’existant- Définitions de scénarios travaux- Analyse technico-économique
• Maîtrise d’œuvre- Etudes de conception (AVP & PRO)- Analyse des offres (ACT)- Suivi de chantier (VISA, DET & AOR)
RT Existant
Evaluation de 3 critères avant et après travaux :- Ubât : Coefficient de déperditions du bâti (W/m².°C)- Cep : Consommation d’énergie primaire (kWhEP/m².an)
Usages : Chauffage, ECS, Climatisation, Eclairage et Auxiliaires- Tic : température conventionnelle intérieure (°C) Etat initial :
Logement Type 2
Logement Type 3
Logement Type 4
Scénarios de rénovation
Scénarios 1 : Travaux d’isolation d’enveloppe- Remplacement des menuiseries et portes d’entrée- Isolation extérieure- Renforcement isolation des combles- Mise en place d’une ventilation simple flux hygro B
Scénarios 2 : Changement d’énergie- Mise en place de PAC Air/Eau pour le Chauffage & ECS avec réseau de
chauffage BT- Mise en place d’une ventilation simple flux hygro B
Scénarios de rénovation
Scénarios 1 : Performance après travaux
Scénarios 2 : Performance après travaux:
T2: T3: T4:
T2: T3: T4:
Analyse technico-économique
Investissements :- Scénario 1 : 490 000 € HT (soit 30 625 € HT/logement)- Scénario 2 : 219 000 € HT (soit 13 960 € HT/logement)
Consommations énergétiques (Chauffage, ECS & Auxiliaires) : - Référence : 220 000 kWh/an 20 500 € TTC/an- Scénario 1 : 113 000 kWh/an 10 500 € TTC/an- Scénario 2 : 70 000 kWh/an 6 500 € TTC/an
Temps de retour actualisé :- Scénario 1 : > 30 ans- Scénario 2 : 15 ans