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CCCooonnnssstttrrruuuccctttiiiooonnn ddduuu bbbâââtttiiimmmeeennnttt IIINNNEEESSS

Exigences spécifiques énergétiques : Dossier technique à rendre

2 MARS 2007

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1 Introduction .................................................................................................. 4

2 Objectifs de performances et exigences ............................................................ 4

2.1 Exigences et principes pour la conception énergétique............................... 4

2.2 Outils de calcul et simulation ........................................................................... 4

2.1 Structure du bâtiment ....................................................................................... 5

2.1.1 Objectifs : Structure à forte inertie thermique...................................... 5

2.2 Eclairage (Lumière naturelle et artificielle).................................................... 7

2.2.1 Eclairage naturel et vitrages..................................................................... 7

2.2.2 Zones de bureau......................................................................................... 7

2.2.3 Zones de circulation ..................................................................................12

2.2.4 Energie pour l’éclairage artificiel.............................................................14

2.3 Enveloppe du bâtiment ....................................................................................17

2.3.1 Objectifs : Vitrage à hautes performances ...........................................17

2.3.2 Objectifs : Etanchéité de l'enveloppe.....................................................23

2.3.1 Objectifs : Protection solaire optimale ...................................................23

2.4 Equipement de chauffage, ventilation, climatisation ..................................27

2.4.1 Production de chaleur ...............................................................................27

2.4.2 Distribution de chaleur .............................................................................30

2.4.3 Système de distribution hydraulique......................................................31

2.4.4 Système de chauffage statique ...............................................................33

2.4.5 Installations de ventilation mécanique ..................................................35

2.4.6 Ventilation mécanique des zones de bureau ........................................39

2.5 Bilan énergétique chaleur du bâtiment (modèle bâtiment administratif)46

2.5.1 Bilan énergétique sans tenir compte des zones de laboratoire .........46

2.6 Bilan énergétique spécifique des zones laboratoires, plateau technique 47

2.7 Méthodes de contrôle climatique estival et refroidissement des zones spécifiques .....................................................................................................................47

2.7.1 Scénarios de charge internes ..................................................................47

2.7.2 Refroidissement passif, Ventilation naturelle........................................47

2.7.3 Méthodes de refroidissement hybride ....................................................47

2.8 Refroidissement actif ........................................................................................47

2.8.1 Froid actif à base d’énergie solaire .........................................................47

2.8.2 Refroidissement par froid à compression ..............................................47

2.8.3 Free-cooling hydraulique ..........................................................................47

2.9 Energie électrique .............................................................................................47

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2.9.1 Energie pour les installations techniques ..............................................47

2.10 Installation solaire photovoltaïque .................................................................47

2.11 Installation solaire thermique .........................................................................47

2.12 Régulation...........................................................................................................47

2.13 Gestion technique centralisée et énergie ......................................................47

2.14 Analyse de cycle de vie ....................................................................................47

3 Conditions du site .........................................................................................47

4 Présentation de la conception et des performances énergétiques ........................47

4.1 Processus de conception ..................................................................................47

4.1 Synthèse de la conception ...............................................................................47

4.1.1 Conception bioclimatique .........................................................................47

4.1.2 Ventilation naturelle, contrôle climatique estival .................................47

4.2 Eclairage naturel................................................................................................47

4.3 Protections solaires ...........................................................................................47

4.4 Plans ....................................................................................................................47

4.4.1 Coupe de la structure et des façades pour un bureau type (échelle 1 :20) 47

4.4.2 Structure et façades..................................................................................47

4.4.3 Intégration des systèmes de distribution d’énergie chaleur (et froid le cas échéant) ..........................................................................................................47

4.5 Performances énergétiques .............................................................................47

4.5.1 Bilan énergétique des besoins de chaleur selon EN Standards: EN13790 .....................................................................................................................47

4.6 Contrôle climatique ...........................................................................................47

4.6.1 Contrôle climatique des zones bioclimatiques ......................................47

4.7 Installations techniques ...................................................................................47

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1 Introduction

Ce document décrit et spécifie les informations à rendre.

Les renvois aux figures sont celles qui sont dans le document « Exigences spécifiques énergétiques ».

2 Objectifs de performances et exigences

2.1 Exigences et principes pour la conception énergétique

Les principes énumérés dans ce chapitre ne sont en aucun cas limitatifs, les participants sont libres de proposer d’autres solutions pour autant qu’il soit démontré qu’elles sont équivalentes ou supérieures en terme énergétique et en terme de confort et respectent les exigences.

2.2 Outils de calcul et simulation

Pour le calcul du bilan thermique mensuel chaleur, on suivra la norme européenne EN 13790 (programmes validés uniquement, i.e. Leso-Sai, …).

Exigence 1) Les programmes de calcul de simulation du bâtiment pour les calculs de contrôle climatique estival acceptés sont les suivants : TRNSYS-TRNFLOW, TAS ou équivalents et validés. Ils doivent intégrer un couplage thermo-aéraulique (simulation thermique et aéraulique couplée)

=> Informations à fournir:

Nom du programme utilisé : TRNSYS

Version : 16

Description du programme :

Le TRNSYS Simulation Studio est un environnement de simulation de nouvelle génération dédié au calcul des performances thermiques des bâtiments multizones et de leurs équipements, ainsi que des systèmes thermiques en général. Quelques 50 familles de composants, disponibles en standard dans une bibliothèque, permettent de simuler, en régime transitoire, les bâtiments (mono ou multi-zonal), les systèmes de chauffage et de climatisation, les plus simples comme les plus complexes, y compris les systèmes solaires innovants. Des composants utilitaires permettent de coupler la simulation avec les conditions météorologiques, des plans d'occupation, d'utilisation de différentes formes d'énergie, et de générer les fichiers de résultats souhaités. Source : CSTB.

Adresse Web d’un site décrivant le programme de simulation utilisé :

http://software.cstb.fr/soft

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Exigence 2) Programmes de calcul d’éclairage naturel : Superlite, Radiance (radiosité), Relux 2006 Professional ou équivalent et validé. Lightscape non accepté pour les calculs d’éclairage naturel


Nom du programme utilisé : Relux + Ecotect couplé à radiance

Version : 2006

Description du programme :

Le programme Relux est un programme de calcul d'éclairage basé sur le procédé des projections angulaires, et destiné au calcul :

- de l'éclairage artificiel (EN 12464),

- de l'éclairage naturel (radiation diffuse ou ciel clair selon DIN 5034),

- de l'éclairage artificiel et naturel,

- du rendement de la rentabilité optique,

- du potentiel d'économies d'énergie en cas d'exploitation de la lumière naturelle conjointement avec la lumière artificielle,

- de l'éclairage extérieur,

- de l’éclairage routier (DIN 5044 > projet prEN13201).

Adresse Web d’un site décrivant le programme de simulation utilisé :http://www.relux.ch.

2.1 Structure du bâtiment

2.1.1 Objectifs : Structure à forte inertie thermique

Afin d'éviter au maximum les risques de surchauffe, le bâtiment aura une structure à grande inertie thermique.

Exigence 3) L’inertie directement accessible des zones du bâtiment devra être au moins équivalente à une surface de plancher et plafond en béton de 20 cm d’épaisseur (inertie rapportée à la surface de plancher : capacité calorifique spécifique par m2 de plancher > 600 kJ/m2-K).

Le projet est basé sur le principe d’une construction lourde isolée par l’extérieure.

L’inertie est essentiellement localisée dans les planchers :

- plancher béton de 20 cm d’isolant en rez de chaussée,

- planchers intermédiaires de 25 cm de béton. Cela permet d’affecter 12,5 cm de béton pour chaque niveau. Cette épaisseur est un optimum pour amortir les fluctuations journalières de charges,

- dernier niveau plancher de haut de 20 cm de béton.

Les façades contribuent de façon notable à l’inertie thermique. Elles sont constituées de voile béton d’épaisseur 18 cm isolée par l’extérieur.

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Le cloisonnement intérieur est réalisé en cloisons de type 98/48 comprenant 4 plaques de plâtre (Deux épaisseur de BA13 + isolant phonique+deux épaisseurs de BA13) contribuant modestement à l’inertie thermique globale.

Le calcul de la capacité calorifique est détaillé pour les différents niveaux :

Niveau intermédiaire Dalle basse dalle haute Mur façade Cloison Totalépaisseur 0,125 0,125 0,18 0,026Chaleur spécifique KJ/(m3.K) 2020 2020 2020 790Ratio de surface ramenée au m2 de plancher 1 1 0,6 2,5Capacité calorifique en kJ/m2/K 252,5 252,5 218,16 51,35 774,51

Rdc ou dernier niveau Dalle basse dalle haute Mur façade Cloison Totalépaisseur 0,2 0,125 0,18 0,026Chaleur spécifique KJ/(m3.K) 2020 2020 2020 790Ratio de surface ramenée au m2 de plancher 1 1 0,6 2,5Capacité calorifique en kJ/m2/K 404 252,5 218,16 51,35 926,01

NB : Pour les cloisons intermédiaires (plancher et cloisons), on n’affecte à la zone considérée que la moitié de la capacité calorifique.

Dessin : Coupe de principe avec les différents matériaux, épaisseur, capacité calorifique pour le local n° 4.

Bureau en Façade Est

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2.2 Eclairage (Lumière naturelle et artificielle)

2.2.1 Eclairage naturel et vitrages

Exigence 4) Les vitrages auront une transmission lumineuse de plus de 70%

Exigence 4

Vitrage Saint Gobain SGG Climaplus planitherm futur ou techniquement équivalent

Spécifications des vitrages choisis :

- Valeur U (W/m2-K) :1,1

- Valeur g : 0,63. %

- Transmission lumineuse : 75%

2.2.2 Zones de bureau

Exigence 5) La conception architecturale sera effectuée de telle manière que le Facteur de Lumière du Jour (FLJ= Quotient du niveau d’éclairement sur un plan dans le local divisé par le niveau d’éclairement à l’extérieur) à 2.5 m de la façade soit dans tous les cas supérieur à 5%.


Un calcul présentant les niveaux d’éclairement pour un ciel couvert CIE pour une zone type sera présenté, en tenant compte des couleurs proposées (coefficient de réflexion des surfaces).

Les programmes utilisés seront les suivants :

- Relux professional 2006. - Ecotect version 5.20 (avec l’extension radiance) pour l’estimation de l’atténuation des

protections solaires extérieures. Ces logiciels permettent d’évaluer les facteurs moyens de lumière du jour (éclairage naturel) et d’autonomie d’après les données saisies relatives :

- au contexte géographique (données climatiques, orientation),

- à la configuration des locaux : dimensions des pièces simulées, couleur des parois,

- aux caractéristiques des baies vitrées : dimensions, transmission lumineuse et coefficient de réflexion des vitrages, protections solaires de type pare-soleil.

Zone concernée

Bureau du Rez-de-Chaussée.

Largeur : 4,16 mètres Profondeur : 4,25 mètres

Hauteur : 3,70 mètres Façade Ouest

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Données géographiques :

Chambéry Latitude : 45,34° Longitude : 5,55°

Hypothèses de calcul:

Concernant les vitrages, elles seront les suivantes :

- Facteur d’atténuation de souillure : 0,88 (afin de simuler les pare soleil de la façade Ouest).

- Facteur d’atténuation de compartimentage : 0,90. - Transmission lumineuse du vitrage : 75 %.

Concernant les coefficients de réflexion des parois, elles seront les suivantes :

- Mur : 50 %. - Plancher : 30 %. - Plafond : 70 %.

Les simulations ont été réalisées dans les conditions de ciel couvert CIE à 80 cm du sol (hauteur standard pour un plan de travail).

Concernant l’évaluation de l’autonomie lumineuse des bureaux façade Ouest, elles seront les suivantes :

- Horaires de travail : 8-17 heures (et une pause de 12 à 13 heures) - Calcul réalisé pour les jours ouvrés seulement (du lundi au vendredi) - Intensité lumineuse minimale choisie : 425 lux - Quotient moyen d’éclairage naturel : 5 % - Probabilités d’ensoleillement (40 % en moyenne sur l’année) - Intensité lumineuse extérieure nécessaire : 8500 lux

Dimensions vitrage selon le projet initial:

Largeur :2,84 m

Hauteur : 1,80 m

Allège :1,20 m

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A 2,5 mètres de la façade, le Facteur de Lumière Jour (FLJ )est compris entre 3,3-3,6 %(au centre de la pièce) et 2,8 à 3%maximum au fur et à mesure que l’on se rapproche des murs.

Une simulation a également été effectuée avec les mêmes dimensions de vitrage mais avec une allège de 1,40 m (au lieu de 1,20 m) sans que les résultats ne tendent davantage vers l’obtention d’un FLJ de 5 % à 2,5 m. de la façade. Il paraît donc inutile de chercher à améliorer les résultats en surélevant les baies.

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Evaluation de l’autonomie lumineuse de la pièce :

(pourcentage de l’horaire de travail (8 h-17h) pour lequel l’éclairage naturel est suffisant)

Sur l’année, l’autonomie lumineuse de la pièce atteint un bon niveau (89,2 %) sachant que l’intensité lumineuse minimale sur laquelle se base cette simulation découle des recommandations de l’AFE – l’Association Française de l’Eclairage. D’après les niveaux d’éclairement moyen à maintenir dans une pièce en fonction de l’activité future de cette pièce, l’éclairement à maintenir est de l’ordre de 425 lux pour les bureaux de travaux généraux.

Nous nous sommes ainsi basés sur ce niveau exigent (425 lux) pour estimer l’autonomie lumineuse d’une pièce type du rez-de-chaussée.

Des simulations ont également été réalisées avec d’autres dimensions de vitrages (variantes n°1,2 et 3) afin d’évaluer l’évolution du Facteur de Lumière Jour et du niveau d’autonomie lumineuse de la pièce :

Dimensions du vitrage : (L)

pour largeur et (H) pour la

hauteur

Facteur de Lumière Jour (FLJ) Moyen

FLJ à 2,50 mètre de la

façade vitrée

Moyenne annuelle de l’autonomie

lumineuse de la pièce (pour les heures de

travail)

Remarques

Solution de base :

(L) : 2,84 m

(H) : 1,80m

5,1%

Mini : 1,5 %

Maxi : 13,9%

3,6 % max au centre de la pièce et 3 % max près des

murs

89,2%

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Dimensions du vitrage : (L)

pour largeur et (H) pour la

hauteur

(suite)

Facteur de Lumière Jour (FLJ) Moyen

(suite)

FLJ à 2,50 mètre de la

façade vitrée

(suite)

Moyenne annuelle de l’autonomie

lumineuse de la pièce (pour les heures de

travail)

(suite)

Remarques

(suite)

Variante n°1 :

(L) : 2,84

(H) : 2,50

6,4%

Mini : 2%

Maxi : 18,5 %

Entre 4,3 % (au centre de la pièce) et 3,4 % près des murs

89,2 %

Nette amélioration par rapport à la solution initiale mais l’exigence des 5% à 2,5 m de la façade n’est toujours pas atteint

Variante n°2

(L) : 3,50

(H) : 1,80m

5,9 %

Mini : 1,8 %

Maxi : 14,9 %

Entre 3,8% au centre de la pièce et 3,1 % près des murs

89,2 %

Le fait d’élargir les baies vitrées est une solution moins efficace que la variante n°1.

Variante n°3

(L) : 2,84m

(H) : 3,70 m

7,5%

Mini : 2,6%

Maxi : 19,6%

Entre 5,3 % au centre de la pièce et 4,3 % près des murs

89,2%

On obtient enfin un FLJ de 5 % à 2m50 de la façade au centre de la pièce mais on descend à nouveau en deçà de ce seuil d’exigence à proximité des murs.

Conclusions :

En termes de Facteur de Lumière Jour, il semblerait que la solution optimale consiste à jouer sur la hauteur des vitrages tout en conservant leur largeur initiale (2x1,42m). C’est avec une hauteur de vitrages de 2m50 et 3m 70 que nous nous approchons le plus de l’exigence de 5% à 2m50 de la façade, sans l’atteindre pour autant sur la largeur entière.

Même avec des vitrages de 3,7 mètres de haut, soit la hauteur totale du mur , les simulations montrent que le FLJ moyen atteint 7,5 % mais une fois encore, le facteur de lumière jour demeure en deçà de 5% à 2m50 de la façade lorsque l’on se rapproche des murs.

Notons enfin qu’entre les dimensions du projet initial (vitrage 180 cm de haut et 284 cm de large) et les différentes variantes, on ne constate aucune différence en terme de moyenne annuelle d’autonomie lumineuse. Cela signifie que durant les mois ou les heures où l’éclairage naturel ne suffira pas à répondre aux besoins de lumière de bureaux (les mois d’hiver notamment), le fait d’avoir opté pour des vitrages plus grands ne réduira pas pour autant les besoins d’éclairage artificiel.

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Ainsi, les surcoûts qui seraient induits par la fourniture et la pose de grands vitrages ne seraient pas compensés par d’éventuelles économies en énergie (électricité pour l’éclairage artificiel).

Le choix le plus rationnel, tant vis-à-vis des aspects économiques que des aspects liés au confort visuel est donc de conserver les dimensions initiales des vitrages sachant que même si nous ne pouvons atteindre l’exigence du cahier des charges, un Facteur de Lumière Jour Moyen compris entre 4 et 7 % est tout à fait convenable en termes d’impressions visuelles de clarté et d’ambiance.

2.2.3 Zones de circulation

Dans les zones de circulation, et lorsque la configuration le permet, le Facteur de Lumière du Jour sera supérieur à 2 %.


Principe d’éclairage des zones de circulation

L’éclairement naturel des circulations est assuré de trois manières différentes suivant la situation de celles-ci :

Au RdC et au1er niveau : jours latéraux obtenus par des respirations aménagés entre les locaux desservis (côté atrium ou côté extérieur + éclairage en second jour à travers les parties vitrées des cloisons séparatives entre les locaux et les circulations.

Au dernier niveau, des puits de lumière en toiture viennent compléter ces dispositifs.

Le bâtiment dispose dans la plupart des cas d’une circulation centrale (Cf flexibilité) d’une largeur de 2 mètres environ, bénéficiant régulièrement de prise de lumière naturelle directe en façade principale ou sur l’Atrium central ainsi qu’une prise de lumière en second jour à partir des bureaux et laboratoires. Des segments de circulations dans la largeur de l’atrium peuvent être éclairés directement en façade sur l’atrium.

Ces deux dispositifs permettent d’atteindre une autonomie en éclairage naturel particulièrement intéressante comme le montre les simulations suivantes :

Hypothèses de calcul

Concernant les vitrages, elles seront les suivantes :

- Vitrage propre - Menuiserie : 25 % (soit 75 % de vitrage) - Transmission lumineuse du vitrage : 75 % - Transmission lumineuse réelle du vitrage : 0,75 x 0,75 = 0,56

Concernant la réflexion des parois, elles seront les suivantes :

- Mur : 50 % - Plancher : 30 % - Plafond : 70 %

Un ciel diffus est pris en compte, avec des simulations à 80 cm du sol (hauteur standard pour un plan de travail).

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Couloir Sud et Ouest du R+1

Transmission lumineuse des fenêtres des bureaux vers le couloir : 0,80

Autonomie moyenne : 73,20 %

Facteur de lumière du Jour moyen : 3,55 %

Sud

Ouest

Ouest

Sud

Sud

Ouest

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2.2.4 Energie pour l’éclairage artificiel

Figure 1 : Exigences de puissance spécifique pour l’éclairage

Commerces, bureaux

12

10

7.5

0

2

4

6

8

10

12

14

France SIA 380/4 300 lux (valeur limite) SIA 380/4 300 lux (valeur cible)

Commerces, bureaux

Figure 2: Puissance installée selon les différentes recommandations techniques

(exemple pour 300 lux).

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Exigence 6) Valeur de puissance installée inférieure ou égale aux exigences normales de la table ci-dessus (voir Figure 1 : Exigences de puissance spécifique pour l’éclairage).


Implantation des luminaires et puissances des luminaires, puissances spécifiques (W/m2) pour le local n° 4.

La puissance installée est inférieur aux valeurs cibles SIA 380/4 pour un niveau d’éclairement exigé de 400 lux.

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2.3 Enveloppe du bâtiment

Exigence 7) L'isolation thermique du bâtiment sera extérieure ou dans le cas contraire, on apportera la démonstration de l’équivalence technique de la solution alternative (traitement des ponts thermiques, inertie)


Le principe adopté est une isolation extérieure de 20cm sur toutes les parois extérieures y compris les façades côté atrium.

� Murs verticaux : béton 18 cm + 20 cm d’isolant soit un U de 0,19 W/m2.K.

� Toiture : béton 18 cm + 20 cm d’isolant soit un U de 0,19 W/m2.K.

� Plancher bas : béton 20 cm + 20 cm d’isolant soit un U de 0,19 W/m2.K.

Traitement des ponts thermiques planchers :

- poutres, acrotères et longrines en plancher bas du RdC : par recouvrement par l’isolant.

- pieux verticaux : recouvrement partiel sur une hauteur de 1m.

- rupteurs thermiques industrialisés type SCHÖCK pour planchers sur murs pignon de la façade Nord.

2.3.1 Objectifs : Vitrage à hautes performances

Exigence 8) Les valeurs des coefficients des éléments à respecter sont (valeurs inférieures ou égales à celles présentées sur la Figure 3):

Coefficients U (W/m2-K)Mur extérieurs 0.2Plancher sur ext 0.2Plancher sur vide 0.2Fenêtre et portes-fenêtres sur ext 1.1Façade rideau 1.1

Figure 3 : Valeurs maximales de coefficients U à respecter


Liste des composants principaux de l’enveloppe du bâtiment :

Vitrage Saint Gobain SGG Climaplus planitherm futur :

Ug=1,1 W/(m2.K)

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Coefficients U Coefficients à respecter Projet

Murs extérieurs 0,2 0,19Plancher sur ext 0,2 0,19plancher sur vide 0,2 0,19Vitrages fenêtres et portes fenêtres sur ext 1,1 1,1Vitrages Façade rideau 1,1 1,1

unite W/(m2.K)

- Mur de façade extérieure en béton armé, ép18cm, isolé thermiquement par

l’extérieur, ép200mm avec bardage rapporté (cassette métallique en acier laqué ), avec menuiseries aluminium à rupture de pont thermique équipée de vitrage faiblement émissif.

- Mur de façade sur atrium en béton armé, ép18cm, isolé thermiquement par l’extérieur, ép200mm avec bardage rapporté en panneaux de bois multiplis, avec menuiseries bois équipée de vitrage faiblement émissif.

- Mur pignon Nord isolé thermiquement par l’intérieur avec contre-cloison à ossature métallique associé à 200mm de laine minérale semi rigide.

- Dalle portée sur isolant faiblement compressible (polystyrène extrudé ou verre cellulaire) ép200mm.

- Toiture terrasse étanchée accessible avec isolant faiblement compressible (polystyrène extrudé ou verre cellulaire) ép200mm.

- La verrière de l’Atrium reprend le principe constructif des serres horticoles, avec un simple vitrage feuilleté, faiblement émissif (et auto nettoyant)

- Traitement des ponts thermiques : Longrines, acrotères et longrines en plancher bas du RdC : habillage en

retombée et en sous face avec isolant à cellules fermées ; Pieux verticaux : recouvrement partiel sur hauteur de 1m avec isolant à

cellules fermées ; Rupteurs thermiques type Schöck pour planchers sur mur pignon de la façade

Nord.

- Mur de façade extérieure en béton armé, ép18cm, isolé thermiquement par l’extérieur, ép200mm avec bardage rapporté (cassette métallique en acier laqué ), avec menuiseries aluminium à rupture de pont thermique équipée de vitrage faiblement émissif.

- Mur de façade sur atrium en béton armé, ép18cm, isolé thermiquement par l’extérieur, ép200mm avec bardage rapporté en panneaux de bois multiplis, avec menuiseries bois équipée de vitrage faiblement émissif.

- Mur pignon Nord isolé thermiquement par l’intérieur avec contre-cloison à ossature métallique associé à 200mm de laine minérale semi rigide.

- Dalle portée sur isolant faiblement compressible (polystyrène extrudé ou verre cellulaire) ép200mm.

- Toiture terrasse étanchée accessible avec isolant faiblement compressible (polystyrène extrudé ou verre cellulaire) ép200mm.

- La verrière de l’Atrium reprend le principe constructif des serres horticoles, avec un simple vitrage feuilleté, faiblement émissif (et auto nettoyant)

- Traitement des ponts thermiques : Longrines, acrotères et longrines en plancher bas du RdC : habillage en

retombée et en sous face avec isolant à cellules fermées ; Pieux verticaux : recouvrement partiel sur hauteur de 1m avec isolant à

cellules fermées ; Rupteurs thermiques type Schöck pour planchers sur mur pignon de la façade

Nord.

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Exemple de fenêtre :

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Parois opaques

Désignation de l'élément Composition épaisseur Valeur hi et he Conductivité Valeur R Valeur Um W/(m2.K) W/(m.K) (m2.K)/W W/(m2.K)

Intérieur 7,692 0,130Béton 0,200 1,750 0,114Isolation 0,200 0,040 5,000Extérieur 25,000 0,040

1 Mur façade E/O/S 0,400 5,284 0,189

Intérieur 7,692 0,130Isolation 0,200 0,040 5,000Béton 0,200 1,750 0,114Extérieur 25,000 0,040

2 Mur Nord 0,400 5,284 0,189


3 Mur atrium 0,400 5,374 0,186


4 Toiture 0,400 5,254 0,190


5 Dalle rez de chaussée 0,400 5,334 0,187

Exigence 9) Les calculs de ponts thermiques seront joints au dossier. Valeur totale des ponts thermiques < 15% du total des pertes par transmission sans pont thermique


Note de calcul des ponts thermiques de l’enveloppe du bâtiment

Note de calcul des ponts thermiques de l’enveloppe du bâtiment

Le projet présente trois types de ponts thermiques :

- les longrines sur lequel le bâtiment vient se poser,

- les acrotères,

- le contact avec les pieux.

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Les longrines sont traitées par recouvrement.

Ce pont thermique est simple à évaluer :

ψ= 0,19x(0,80+0,80)=0.3 W/(m.K)

Les acrotères sont traités de la même manière :

ψ= 0,19x(0,76+0,76)=0.29 W/(m.K)

Ponts thermiques de contact avec les pieux

Le point de contact avec les pieux se fait sur une section de 0,282 m2 , soit un pont thermique ponctuel évalué à :

χ= 0,282x1/(0,11+ 0.8/1,75)= 0,5 W/K

Pont thermique du mur Nord

Le passage d’une isolation intérieure à extérieure est corrigée par un rupteur de pont thermique pour les murs verticaux et les dalles haute et basse.

65 cm

80 cm

0,20 cm

0,20 cm

60 cm

76 cm

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Les données du fabricant pour une correction avec 8 cm d’isolant sont de :

- ψ= 0,20 pour les liaison verticales des murs en béton de 20 cm.

- ψ= 0,20 pour les liaison dalles béton 20cm / mur en béton de 20 cm.

Pont thermique d’angle

ψ=0.14 W/(m.K) selon abaque TR 2000.

Calcul des pertes totales par pont thermiques :

P= 0,3 x56x14 + 0,29 x (104+160) +0.5*63 + 0.14*52 + 0,20*115 =373 W/K

Les besoins du bâtiment sont évalués à 4533 W/K ce qui correspond à une perte par ponts thermiques structurels de l’ordre de 8,5 %.

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2.3.2 Objectifs : Etanchéité de l'enveloppe

Exigence 10) Le coefficient de perméabilité de la façade maximal admis est de 0.5 m3/m2-h sous 4 Pa de différentiel de pression. (Les mesures constructives spécifiques pour répondre à cette exigence seront explicitées dans le dossier) Le test sera effectué avec un différentiel de pression de 50 Pa pour des raisons de précision de mesure. Le taux de fuite d’air de l’enveloppe du bâtiment sous un différentiel de pression de 50 Pa ne devra pas dépasser 0.8 [h-1]


Description des principes de résolution d’étanchéité de l’enveloppe du bâtiment pour les paroi opaques, vitrages, façade rideau etc..

L’étanchéité à l’air du bâtiment dépend exclusivement de l’étanchéité de la menuiserie et de son interface avec l’enveloppe compte tenu de la réalisation du mode constructif retenu.

Les menuiseries, caractérisées par leur classement A*E*VE*, bénéficieront d’un classement A*3 minimum : Les châssis coulissants ainsi que les systèmes d’occultations par volets roulants ont par ailleurs été évités.

Les menuiseries extérieures seront posées en applique extérieure, sur précadre en acier galvanisé. Une bande d’étanchéité à l’air et à l’eau, en complément de la mise en œuvre d’un cordon de mousse pré-imprégné, comprimé de type COMPRIBAND, sera réalisé sur le pourtour de la menuiserie. Le cordon sera protégé par un joint à la pompe.

Les sorties directement sur l’extérieur sont limitées et bénéficient toutes de sas.

- sas en forme d’équerre sur hall d’entrée au Nord (tenant compte du régime de vents dominants).

- Sas livraison au Sud.

2.3.1 Objectifs : Protection solaire optimale

Exigence 11) Protection solaire extérieure dont la valeur g (ou FS Facteur solaire) (gains thermiques global des vitrages et des stores) sera inférieure à 15 %. Variante alternative acceptée avec démonstration à l’aide d’un dossier technique de calcul et garanties de solidité.


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Description du système de protection solaire choisi (avec représentation schématique):

Les calculs de facteur solaire sont effectués selon la norme EN 13363

1) Façade ouest

La façade Ouest est protégée par un brise soleil constitue de lames verticales motorisées.

La motorisation suit la course du soleil de façon à occulter la partie directe de l’ensoleillement et laisser passer la partie diffuse du rayonnement solaire.

En position fermée, les lames verticales recouvrent 84% de la façade.

En effet les lames sont d’une largeur de 90 cm avec 8 cm de vide de chaque côté. L’espace résiduel entre la façade et le brise soleil est de 40 cm.

Les lames sont blanches donc particulièrement réfléchissantes.

Calcul du facteur solaire total

Le facteur solaire du vitrage est de 0,63.

Les lames ont les caractéristiques suivantes :

- lames opaques

- facteur de réflexion 0,8

- facteur d’absorption 0,2

- le pourcentage de vide est de 16/106 x 100% = 0,15

Facteur solaire sur la partie non occultée

g1= 0,63

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Facteur solaire sur partie occulté

g2 = 0.02

Facteur solaire total

g= 0.15x0,63+0.85x0,02 = 0,109

Facteur solaire sur les façades à l’est et au sud

Les ouvertures à l’Est et à sud sont constituées :

- d’une étagère à lumière position au quart supérieur de la fenêtre

- un store extérieur sur la partie sous l’étagère à lumière.

Ce dispositif permet :

- d’avoir un éclairage naturel permanent pour les bureaux

- de gérer efficacement les problèmes d’éblouissement

- de constituer une protection solaire efficace

Calcul du facteur solaire total

Le facteur solaire du vitrage est de 0,63.

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Les lames ont les caractéristiques suivantes :

- lames opaques



Facteur solaire sur la partie en allège

La partie en allège est atténuée par le tableau (facteur de 0.7) et le facteur solaire du vitrage (g= 0,63 )

g1 = 0,63*0,7 =0.441

Facteur solaire de la partie courante

Le vitrage est protégé par le store. Le calcul du facteur d’atténuation vitrage + store aboutit à 0,02. Si l’on prend en compte de l’atténuation de l’étagère à lumière (0.7), la partie courante a un facteur solaire de

g2=0,7*0,02=0.015

Le facteur solaire global de la baie vitrage est de :

G=0,25*0.441 + 0.015*0,75 =0,123

Facteur solaire sur le vitrage côté Atrium

Les vitrages sont protégés de façons multiples :

- par l’ombrage apportée par les vis à vis (ombrage mutuel des façade intérieures)

- filtrage par le velum pour les périodes très chaude et ensoleillées

- par des screens installés en extérieur

Les screens suffisent presque à atteindre les objectifs de protection solaire

Caractéristiques des screens :

- lames translucide de transmission 0,2



g =0,164 (vitrage+ screen)

Comme l’atténuation des masques dus aux vis à vis est selon les orientations d’au moins 0.8, le facteur solaire global est inférieur à 0.131.

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2.4 Equipement de chauffage, ventilation, climatisation

2.4.1 Production de chaleur

Exigence 12) Intégration d’une installation solaire thermique couvrant au moins 40% des besoins de chaleur du bâtiment (surface à optimiser pour atteindre 40% de taux de couverture solaire des besoins de chaleur). Valorisation de la chaleur d’origine solaire disponible en été pour du refroidissement.


Description du concept de production de chaleur :

La production de chaleur sera réalisée par un système mixte composé :

- D’un ensemble de capteurs solaires plans, - D’une chaudière bois permettant d’utiliser des combustibles de type granulats

(appoint). Concernant le système solaire, deux types sont principalement rencontrés :

1er type - Le système par hydro-accumulation

L’énergie produite dans les capteurs est stockée dans un volume d’eau tampon dans lequel on vient puiser en fonction des besoins.

L’énergie est distribuée dans le bâtiment, les émetteurs terminaux doivent impérativement être des émetteurs basse-température (plancher ou plafond chauffant, radiateurs, convecteur, UTA…).

Les avantages d’une telle solution sont les suivants :

- Permettre un choix large d’émetteur et donc de conserver une bonne modularité du bâtiment,

- Grande réactivité et faible inertie (meilleure gestion des différents régimes de fonctionnement – normal, réduit et arrêt).

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2ème type – Le plancher solaire direct (PSD)

L’énergie produite dans les capteurs est transférée directement au réseau d’un plancher chauffant. Ce plancher sert à la fois d’émetteur et de stockage d’énergie.

Le principal avantage de cette solution est la simplification du schéma de principe par rapport à la solution à hydro-accumulation (notamment au niveau de la gestion de la stratification dans le volume tampon et surtout l’absence de volume tampon).

Par contre, ce système impose d’avoir recours à un plancher chauffant, ce qui présente un inconvénient par rapport à la modularité souhaitée des bâtiments.

D’autre part cette technique s’accommode mal d’une occupation par intermittence. L’énergie diffusée la nuit par le plancher l’est à pure perte.

Le système retenu

En solution de base, nous proposons donc un système à hydro-accumulation permettant de couvrir 40 % des besoins de chauffage. Cependant, dans l’hypothèse où notre équipe serait retenue sur ce projet, nous vous proposons d’étudier plus en détails les deux solutions décrites ci-dessus.

Les chaudières bois alimenteront la partie haute du troisième ballon tampon (voir schéma de principe sur planche technique).

Schéma de principe de la production de chaleur : (=> voir planche technique)

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Schéma de principe de la production mixte solaire/bois

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Caractéristiques techniques de la production de chaleur :

Les principales caractéristiques l’installation de production de chaleur seront les suivantes (cf. schéma de principe) :

Pour la partie chaufferie bois

- Deux chaudières d’une puissance nominale de 100 kW (pour une optimisation du rendement et une possibilité de secours),

- Type de combustibles : Granulés, - Volume de stockage combustible : environ 20 m3.

Pour la partie solaire :

- Surface de capteurs : 300 m², - Type de capteurs : capteurs plans, sélectif, - Orientation : Sud avec une inclinaison de 30°, - Caractéristiques minimums des capteurs : B > 0,73 ; K < 4,26 W/m².°C, - Volume de stockage : 90 000 litres réalisés au moyen de 3 ballons verticaux de

volume unitaire 30 000 litres, - Isolation par 30 cm de laine minérale, - Constante de refroidissement < 0,012 Wh/jour.l.°C - Circulateurs primaire et secondaire à moteur ventilé, avec label Europump classe A

dont les caractéristiques principales seront les suivantes : Circulateur primaire : Salmson SIL 404-17 – débit nominal : 12 m3/h, Hm : 10

mCE - Puissance électrique : 0,75 kW soit 0,5 % de la puissance nominale des capteurs solaires (pour un delta T de 50°C),

Circulateur secondaire : Salmson SIL 403-15 – débit nominal : 12 m3/h, Hm : 5,5 mCE - Puissance électrique : 0,37 kW soit 0,25 % de la puissance nominale des capteurs solaires (pour un delta T de 50°C).

- Echangeur à plaques Inox et joint EPDM, Puissance : 210 kW.

Nota : Pour plus de précisions, consulter le schéma de principe présenté sur planche technique.

2.4.2 Distribution de chaleur

Le choix du fluide de distribution de chaleur sera restreint à l’eau et à l’air


Description du concept de distribution d’énergie chaleur retenu :

A partir du réseau de distribution primaire de chaleur issu de la production mixte évoquée précédemment, seront ensuite mis en place des départs régulés et indépendants en fonction :

- Du type d’émetteur (centrales de traitement d’air, radiateurs, etc.), - De la situation des zones concernées (orientation, étage, etc.), - Du type d’occupation des locaux.

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L’ensemble des réseaux hydrauliques sera de type basse température (départ à 45°C maximum).

Les réseaux seront équipés de pompes à débit variable afin d’ajuster le débit d’eau chaude aux besoins réels (réduction des consommations électriques).

Seront mis en place les réseaux de distribution suivant :

- Un réseau à température régulée en fonction de la température extérieure pour les convecteurs basse température de la façade ouest,

- Un réseau à température régulée en fonction de la température extérieure pour les convecteurs basse température de la façade est,

- Un réseau à température régulée en fonction de la température extérieure pour le plancher chauffant du hall,

- Un réseau à température constante pour les panneaux rayonnants du plateau technique,

- Un réseau à température constante pour les batteries terminales, - Un réseau à température constante pour les centrales de traitement d’air.

Chaque réseau sera muni de sous-comptages spécifiques.


2.4.3 Système de distribution hydraulique

Tout système de distribution hydraulique sera conçu à basse température (température de départ maximum de 45 °C) afin de réduire les pertes de distribution d’une part et de maximiser le potentiel de récupération de chaleur ou de l’apport de sources d’origine solaire.

Les conduites seront isolées, les pertes thermiques non contrôlées ne dépassant par 10 % des besoins de chaleur.


Schéma de principe avec débits, températures, explication des cas de fonctionnement

Concernant le schéma de principe des systèmes de distribution hydraulique, consulter la planche technique.

Descriptif de fonctionnement

A partir du réseau de distribution primaire de chaleur issu de la production mixte évoquée précédemment, seront ensuite mis en place des départs régulés et indépendants en fonction :

- Du type d’émetteur (centrales de traitement d’air, radiateurs, etc.), - De la situation des zones concernées (orientation, étage, etc.), - Du type d’occupation des locaux.

Le mode de fonctionnement sera tel que spécifié ci-dessous :

Principe de régulation du circuit primaire

Régulation du débit de la pompe à débit variable en fonction d’une sonde de pression différentielle placée en amont des collecteurs de distributions. Régulation à ∆P constant.

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Principe de régulation des circuits convecteurs eau chaude

Régulation du débit de la pompe à débit variable en fonction d’une sonde de pression différentielle placée en amont des collecteurs de distributions. Régulation à ∆P constant. Une vanne pressostatique permettra d’assurer un débit minimal de circulation.

Régulation de la température de départ et de retour du circuit de chauffage eau chaude, en fonction des conditions extérieures par action progressive sur une vanne trois voies motorisé, recevant un signal de commande de 0….10 volts, qui fait varier la température du circuit chauffage en fonction des besoins thermiques et de l’occupation (gestion de l’intermittence).

Cette régulation sera pourvue d’un programme d’abaissement de régime selon programmation horaire et hebdomadaire.

Régulation en fonction de la température extérieure avec une courbe de température de départ eau chaude et une courbe de température de retour eau chaude du circuit de chauffage par :

- Une courbe FTE de la température de départ d’eau chaude aux convecteurs « dite principale »

- Une courbe FTE de la température de retour d’eau chaude des convecteurs « dite corrective » afin d’optimiser la boucle de chauffage, cette courbe aura une autorité d’influence parallèle sur la courbe « principale » du départ, en fonction de son hystérésis entre sa valeur consignée et sa valeur enregistrée en plus ou en moins.

L’augmentation de la courbe « principale » inférée par la courbe « corrective » n’excédera pas la température de départ consignée, soit : 45°C.

Principe de régulation du circuit plancher-chauffant (Hall d’entrée)


Régulation de la température de départ et de retour du circuit de chauffage eau chaude, en fonction des conditions extérieures et de la température ambiante par action progressive sur une vanne trois voies motorisé, recevant un signal de commande de 0….10 volts, qui varie la température du circuit chauffage en fonction des besoins thermiques et de l’occupation (gestion de l’intermittence).

Cette régulation sera pourvue d’un programme d’abaissement de régime selon programmation horaire et hebdomadaire.

Régulation en fonction de la température extérieure avec une courbe de température de départ eau chaude et une courbe de température de retour eau chaude du circuit de chauffage par :

- Une courbe FTE de la température de départ d’eau chaude au plancher « dite principale »

- Une courbe FTE de la température de retour d’eau chaude du plancher « dite corrective » afin d’optimiser la boucle de chauffage, cette courbe aura une autorité d’influence parallèle sur la courbe « principale » du départ, en fonction de son hystérésis entre sa valeur consignée et sa valeur enregistrée en plus ou en moins.

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Principe de régulation des circuits panneaux rayonnants eau chaude (Hall thermique)

Réseau à température constante (fonction de la température extérieure et/ou intérieure).


La régulation des réseaux dédiés aux panneaux rayonnants sera de même type que pour les circuits dédiés aux convecteurs à la différence près que la régulation se fera par mesure de la température résultante à l'aide de sondes d’ambiance adaptées et par gestion de l’intermittence par programmation horaire et hebdomadaire qui agiront sur des vannes Tout ou Rien montée en décharge (irrigation totale ou by-pass du panneau).

Principe de régulation des circuits batteries eau chaude des centrales de traitement d’air

Réseau à température constante (fonction de la température extérieure et/ou intérieure et de l’occupation – Gestion de l’intermittence par programmation horaire et hebdomadaire).


L’irrigation des batteries eau chaude sera asservie à des sondes de température sur air soufflé qui agiront sur des vannes deux voies montées en décharge.

Principe de régulation des circuits batteries eau chaude des batteries terminales

Réseau à température constante (fonction de la température extérieure et/ou intérieure et de l’occupation – Gestion de l’intermittence par programmation horaire et hebdomadaire).


L’irrigation des batteries terminales eau chaude sera asservie à des sondes de température sur air repris qui agiront sur des vannes deux voies montées en décharge.

Principe de régulation du circuit eau chaude sanitaire (si production centralisée)


Réseau à température constante, débit variable par action sur une vanne motorisée à deux voies.

2.4.4 Système de chauffage statique

La conception du système de chauffage statique sera à basse température (convecteurs). La régulation sera assurée par des vannes thermostatiques dans chaque zone.

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Exigence 13) En cas de réseau hydraulique, système de chauffage à basse température (45 °C par –11 °C extérieur) avec régulation thermostatique par zone


Schéma de principe du système de chauffage à basse température, caractéristiques de dimensionnement

Généralités

De façon générale, les émetteurs de chaleur (hors hall – voir ci-dessous) seront très réactifs et sans inertie. Ceci afin de permettre de répondre de façon quasiment immédiate à la demande et ainsi limiter la consommation d’énergie aux périodes d’occupation des locaux.

Ils fonctionneront en basse température et permettront d’atteindre les conditions ambiantes requises avec une alimentation à 45°C pour une température extérieure de -11°C.

Hall

Cas particulier, dans le hall, le chauffage de base sera assuré par un plancher chauffant. Ceci pour des raisons architecturales et en raison de la surface importante à traiter.

Plateau technique

Dans le plateau technique, le chauffage de base sera assuré par un système de type panneaux rayonnants afin de ne pas chauffer inutilement l’air et d’assurer un confort optimal malgré les hauteurs sous dalles hautes importantes.

Laboratoires

Le chauffage des laboratoires sera assuré par la ventilation double flux. Des batteries à eau chaude terminales permettront d’ajuster la température de soufflage afin d’obtenir la température ambiante requise.

Bureaux

Hors laboratoires, plateau technique et hall d’accueil, le chauffage du bâtiment sera réalisé par l’intermédiaire de convecteurs basse température. Ceux-ci seront conçus pour un régime de type basse température (45°C / 30°C).

Cette solution présente de nombreux avantages :

- Température ambiante stable et homogène dans toute la pièce, réglable pièce par pièce,

- Convection faible, pas de développement de poussières, ni de noircissement des murs,

- Plus de sécurité, suppression des risques de brûlures ou d’accidents, - Plus grand souplesse en matière d’évolutivité par rapport à une solution de type

« plancher chauffant », - Plus grand souplesse en matière de régulation par rapport à une solution de type

« plancher chauffant ».

Les convecteurs seront systématiquement équipés de robinets thermostatiques afin de limiter les risques de surchauffe localisée.

La conception des convecteurs sera optimisée en phase APS à l’aide de simulation numériques qui seront réalisées sur logiciel de type Flovent ou techniquement équivalent.

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2.4.5 Installations de ventilation mécanique

2.4.5.1 Ventilation des laboratoires (information de base)

2.4.5.2 Hottes de laboratoires

Des hottes d’extraction sont réparties dans les différentes zones de laboratoire.

Le débit d’extraction maximal de toutes les hottes est de plus de 45'000 m3/h.

Largeur ouverture 1.8 m liln/hotteNbre de hottes 39 -Longueur totale d'ouverture 70.2 mHauteur 0.3 mSurface frontale 21.06 m2Vitesse frontale 0.6 m/secDébit 12.6 m3/secDébit 45490 m3/h

Figure 4

Figure 5 : Schéma de principe de hottes de laboratoire avec l’apport d’air régulé en fonction des débits d’extraction

Exigence 14) Système de ventilation des laboratoires avec débit variable en fonction de la position des sas des hottes(vitesse frontale garantie), récupération de chaleur (efficacité thermique > 70%) sur l’air évacué avec by-pass


Schéma de principe avec descriptif de fonctionnement

Les laboratoires seront traités par des centrales de traitement d’air de type « tout air neuf », à débit variable avec récupération d’énergie by-passable sur air extrait (type à définir en phase APS en fonction de la compatibilité avec effluents gazeux).

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Le traitement aéraulique répondra aux caractéristiques suivantes :

- Le renouvellement maximal sera de l’ordre de 7 Vol/h, il permettra d’assurer une température maximale de 25°C en été et la compensation de l’air extrait par les sorbonnes du local,

- Le renouvellement d’air minimal sera adapté aux activités du laboratoire, - Les laboratoires seront en dépression permanente. Un registre à débit variable

asservie à une sonde de pression différentielle permettra d’ajuster le débit d’extraction de façon à réguler le niveau de dépression entre les laboratoires et les circulations.

Le mode de fonctionnement en hiver sera le suivant :

- Soufflage à température neutre (20°C), - Les boites à débit variable sur le soufflage permettront d’ajuster le débit de soufflage

en fonction du nombre de sorbonnes en fonctionnement (ajustement du débit d’extraction de façon à assurer une vitesse frontale permanente),

- Des batteries terminales à eau chaude permettront d’ajuster la température de soufflage de façon à atteindre les conditions ambiantes requises.

Le mode de fonctionnement en été sera le suivant :

- Soufflage entre 18 et 20°C, - Les boites à débit variable permettront d’ajuster le débit de soufflage en fonction :

De la température ambiante (augmentation du débit de soufflage et du débit d’extraction du local si dépassement de la température de consigne),

Du nombre de sorbonnes en fonctionnement (ajustement du débit de, soufflage de façon à assurer une vitesse frontale permanente).

En cas d’effluents gazeux inertes (une étude de faisabilité sera réalisée en phase APS), il sera possible de relier le réseau d’extraction des sorbonnes à la centrale de traitement d’air double-flux. Le cas échéant, les sorbonnes seront associées à des extracteurs spécifiques individuels ou collectifs dans les conditions suivantes :

- Les systèmes de régulation et d’isolement des gaines d’extraction préviendront des risques de refoulement d’effluents gazeux dans une sorbonne à l’arrêt,

- Les dispositifs d’extraction d’effluents gazeux basiques et acides seront indépendants.

Les installations fonctionneront en régime réduit hors périodes d’occupation (débit hygiénique).

Nota 1 : Les rejets d'air vicié seront éloignées prises d'air neuf.

Nota 2 : Pour plus de précisions, consulter le schéma de principe présenté sur planche technique.

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8

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Débits d’air prévus avec les guillotines des chapelles fermées, ouvertes à 100%

Les débits d’air soufflé au niveau des laboratoires seront tels que décrits ci-dessous :

Débit max. toutes guillotines ouvertes

(en m3/h)

Débit max. avec 20% des

sorbonnes en fonctionnement

(en m3/h)

Débit max. toutes guillotines fermées

(en m3/h)

R+2 CTA L1 Labo caractérisation 1

1 400 1 400 1 400

Labo mesures PV 1 120 1 120 1 120

Labo optique laser

1 260 1 260 1 260

Labo RMN 2 286 2 286 1 237

Sous-total 6 066 6 066 5 017

R+2 CTA L2

Labo ATG 2 892 1 026 793

Labo caractérisation 3

1 680 1 680 1 680

Labo CES 560 560 560

Labo de synthèse 4

5 784 2 053 1 586

Labo de synthèse 5

5 784 2 053 1 586

Labo hydrogénation

3 918 1 120 770

Labo inactinique 3 172 1 306 1 073

Labo micro chromato

2 752 886 653

Labo perméation 560 560 560

Labo prepa membrane

2 752 886 653

Labo techno cellules 1

2 800 2 800 2 800

Labo techno cellules 2

2 800 2 800 2 800

Sous-total 35 454 17 731 15 515

CTA L3 Labo caractérisation 2

1 400 1 400 1 400

Labo chimie acides

4 338 1 540 1 190

Labo chimie solvants

4 898 2 100 1 750

Labo de synthèse 1

5 784 2 053 1 586

Labo de synthèse 2

5 784 2 053 1 586

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Débit max. toutes guillotines ouvertes

(en m3/h) (suite)

Débit max. avec 20% des

sorbonnes en fonctionnement

(en m3/h) (suite)

Débit max. toutes guillotines fermées

(en m3/h) (suite)

Labo de synthèse 3

5 784 2 053 1 586

Labo pour DDL 420 420 420

Sous-total 28 408 11 618 9 519

Total 69 928 35 414 30 051

Nota : Consulter schéma de principe CTA sur planche technique pour plus de précisions.

=> Sur Planche Technique Schéma conceptuel explicatif sur une coupe des zones de laboratoire (voir planche)

2.4.6 Ventilation mécanique des zones de bureau

2.4.6.1 Energie thermique

Les ventilations seront équipées de système à double flux avec récupération de chaleur.

Exigence 15) Toutes les installations de ventilation mécanique seront obligatoirement équipées de récupération de chaleur dont l’efficacité thermique dépassera 70% et devront présenter la possibilité d’être régulée en débit variable. La récupération de chaleur devra être équipée d’un système de by-pass pour les conditions de fonctionnement estivales.


Liste des installations de ventilation mécanique avec caractéristiques principales :

Tertiaire

Les bureaux et autres locaux « tertiaire » (salles de réunions, hall, etc.) seront ventilés par des centrales de traitement d’air de type « tout air neuf », à débit variable avec récupération d’énergie by-passable sur air extrait (échangeurs rotatifs).

Des registres motorisés asservies à des sondes de détection de CO2 (teneur maximale 10%) permettront d’ajuster le débit de ventilation (soufflage et extraction) en fonction de l’occupation dans les locaux suivants :

- Salles de réunion, - Salles de cours, - Bibliothèque, - Documentation.

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Les salles informatiques (dégagements internes important) disposeront d’unités de ventilation double flux indépendante. Elles permettront ainsi d’optimiser le mode de fonctionnement « free-cooling » et de limiter par conséquent les risques de surchauffe dans ces locaux (température de soufflage plus basse que dans les autres locaux afin de prendre en compte les dégagements thermiques du matériel informatique).

Ces installations fonctionneront en régime réduit hors périodes d’occupation.

Autres

Les locaux à pollution spécifique tels que sanitaires, vestiaires, stocks divers (armoires ventilées, etc.) seront mis en dépression par l’intermédiaire de caissons d’extractions spécifiques.

Ces installations seront à fonctionnement permanent.

Nota : Pour plus de précisions, consulter le schéma de principe de traitement d’air présenté sur planche technique.

=> Sur Planche Technique Surface desservie par chacune des installations représentées sur un plan avec des zones coloriées

LEGENDE DU ZONING VENTILATION

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ZONING VENTILATION RDC

42/98

ZONING VENTILATION R+1

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ZONING VENTILATION R+2

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8

45/9

8

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2.5 Bilan énergétique chaleur du bâtiment (modèle bâtiment administratif)

2.5.1 Bilan énergétique sans tenir compte des zones de laboratoire

Afin de comparer les bilans énergétiques chaleur de manière cohérente, le bilan énergétique du bâtiment sera effectué sans tenir compte des installations techniques des laboratoires.

Le scénario d’occupation à prendre en compte pour tout le bâtiment (selon standard européen EN 13790) est présenté ci-dessous. Les données de charge internes à prendre pour le calcul du bilan sont les suivantes :

administrationtempérature intérieure 19 oC surface par personne 20 Ap m2 /P chaleur moyenne dégagée par une personne 80 Q W/P durée de présence des per-sonnes par jour 6 tP h consommation d’éléctricité par année 80 QE MJ/m2 facteur de réduction des apports de chaleur des installations éléctriques 0.9 fE – débit d’air neuf 0.7 V˙/SRE0 m3/h·m2 besoins de chaleur pour l’eau chaude sanitaire par année et par SRE0 25 Qww MJ/m2

Figure 6 : Conditions de calcul pour le bilan EN 13790

Exigence 16) L’énergie de chaleur annuelle maximale à fournir par la production de chaleur est de 27 kWh/m2-an


Calcul détaillé du bilan mensuel (selon EN 13790, zone H1) avec les hypothèses utilisées.

=> Sur Planche Technique Diagramme de flux selon EN 13790 (intégrant l’apport d’énergie solaire)

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2.6 Bilan énergétique spécifique des zones laboratoires, plateau technique

En complément au bilan énergétique standardisé (voir ci-dessus), un bilan thermique détaillé par typologie de zones et par installation de ventilation sera présenté.

Exigence 17) Utilisation maximale de la récupération de chaleur (air extrait-air frais), débits d’air variables en fonction des besoins


=> Sur Planche Technique Description schématique des installations de ventilation pour les zones de laboratoire

Stratégies communes

Installations solaires thermiques assurant une couverture de 40 % IST

Chauffage bois granulés assurant le complément (60 %) CBG

Ventilation double flux généralisée sur l’ensemble du bâtiment des locaux VDF

Rafraîchissement par dessicant cooling pour les locaux exigeant une température inférieure à 25°C RDC

Bureaux

Chauffage IST+CBG

Ventilation double flux avec récupération d’énergie sur air extrait dont l’efficacité sera supérieure de 70%

Compensation des pertes statiques par l’intermédiaire de convecteurs de type basse température

Ajustement du niveau de température par by pass progressif de l’échangeur de l’air hygiénique de la VDF

Mise en œuvre de la ventilation nocturne naturelle à partir d’un certain niveau de température à par des ’ouvrant mécanisés

Rafraîchissement par ventilation nocturne par l’intermédiaire d’ouvrants mécanisés et automatisés

Consignes de fermetures des ouvrants manuels le jour pour les séquences météo sévères (plusieurs journées au delà de 30°C)

Proposition d’un arrêt des centrales de ventilation hygiénique d’été en assurant une ventilation hygiénique par ouvrants mécanisés maintenus en position minimale entrebâillée

Laboratoires climatisés


Régulation terminale de la température ambiante par l’intermédiaire de batteries terminales eau chaude de type basse température (source


Mise en œuvre d’une sur ventilation mécanique nocturne à partie d’un certain niveau de température

Selon la charge climatique, régulation terminale de la température ambiante par boîtes à débit variable (soufflage entre 18 et 20°C en sortie de centrale - RDC)

Réduction de la charge par surventilation nocturne (1 à 4 vol/h)

2 Rafraîchissement par

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IST+CBG) roue dessicant cooling !?

Laboratoire avec contrôle climatique estival avec ventilation renforcée

Chauffage IST+CBG


Régulation terminale de la température ambiante par l’intermédiaire de batteries terminales eau chaude de type basse température (source IST+CBG)

Compensation et récupération de la chaleur de l’air vicié des hottes via les centrales doubles flux pour les laboratoires (excepté certains laboratoires à effluents agressifs)


Mise en œuvre d’une sur ventilation mécanique nocturne à partie d’un certain niveau de température

Selon la charge climatique, régulation terminale de la température ambiante par boîtes à débit variable (soufflage entre 18 et 20°C en sortie de centrale - RDC)

Réduction de la charge par surventilation nocturne (1 à 4 vol/h)

Laboratoire

Avec ventilation renforcée

Dito précédemment



Rafraîchissement par ventilation nocturne par l’intermédiaire d’ouvrants automatisés

Consignes de fermetures des ouvrants manuels le jour pour les séquences météo sévères (plusieurs journées au delà de 30°C)

Proposition d’un arrêt des centrales de ventilation hygiénique en été en assurant une ventilation hygiénique par l’intermédiaire d’ouvrants mécanisés et automatisés maintenus en position minimale entrebâillée

Réunion

Chauffage IST+CBG



Niveau de ventilation ajusté au nombre de



Rafraîchissement par ventilation nocturne par l’intermédiaire d’ouvrants mécanisés et automatisés

Possibilité d’une surventilation mécanique (4 à 5 volume) en cas d’utilisation intensive (occupation) des salles (charges à évacuer) grâce à la mis en place d’unités de ventilation spécifiques

49/98

personne par sonde de détection du niveau de CO2

Salles informatiques

Chauffage IST+CBG



Niveau de ventilation ajusté au nombre de personne par sonde de détection du niveau de CO2

Compte tenu des forts apports internes ces locaux ont une centrale dédiée (débrayage saisonnier de l’échangeur plus tôt que les autres zones)

Ajustement du niveau de température par by pass progressif de l’échangeur sur air extrait de la VDF

Selon la charge climatique et apports internes:

1) Régulation de température par by pass de l’échangeur

2) Surventilation nocturne (5 à 4 vol/h)

3) Rafraîchissement par dessicant cooling

50/98

2.7 Méthodes de contrôle climatique estival et refroidissement des zones spécifiques

2.7.1 Scénarios de charge internes

Pour les charges internes, on utilisera les données suivantes :

(applicable au local n° 4 dans les fiches locaux (bureau à deux personnes))

Surface 18 m2

Chaleur Chaleur80 100

W/personne W/ordinateurHeure du jour

Personnes (nombre)

Chaleur dégagée par les personnes (Watt)

Ordinateurs (nombre)

Chaleur dégagée (Watt)

Total des gains (Watt)

Total des gains spécifiques (W/m2)

1 0 0 0 0 0 02 0 0 0 0 0 03 0 0 0 0 0 04 0 0 0 0 0 05 0 0 0 0 0 06 0 0 0 0 0 07 0 0 0 0 0 08 1 80 1 100 180 109 1.5 120 1.5 150 270 15

10 2 160 2 200 360 2011 2 160 2 200 360 2012 2 160 2 200 360 2013 0 0 0 0 0 014 0.5 40 0.5 50 90 515 2 160 2 200 360 2016 2 160 2 200 360 2017 1 80 1 100 180 1018 0 0 0 0 0 019 0 0 0 0 0 020 0 0 0 0 0 021 0 0 0 0 0 022 0 0 0 0 0 023 0 0 0 0 0 024 0 0 0 0 0 0

Energie dégagée par les gains internes

140 Wh/m2-24h

Scénario de charges internes pour un bureau à deux personnes

Figure 7 : Scénario de gains internes

(on ne prend pas en compte l’éclairage artificiel pour les conditions estivales)

Exigence 18) Les candidats utiliseront le scénario de gains internes ci-dessus pour les calculs de confort thermique estival et de bilans thermiques de refroidissement

Nous confirmons bien l’utilisation du scénario de gains internes définis ci-dessus pour le calculs de confort thermique estival et de bilans thermiques de refroidissement.

51/98

2.7.2 Refroidissement passif, Ventilation naturelle

Le refroidissement passif (ventilation naturelle) sera appliqué partout où il peut l’être techniquement.

Les stratégies appliquées seront détaillées sur des planches explicatives (voir section présentation des résultats).

Exigence 19) Le concept de ventilation naturelle doit être compatible avec les besoins de flexibilité ultérieurs

2.7.2.1 Stratégie


=> Sur Planche Technique Le concept de ventilation naturelle et son fonctionnement estival diurne et nocturne sera explicité par des planches (2 coupes, une en mode diurne, une en mode nocturne)

Suite à l’étude thermique préliminaire (voir § suivant), notre concept de ventilation privilégie clairement la ventilation nocturne. L’objectif est d’atteindre un renouvellement de 4 vol/h la nuit pour :

- refroidir efficacement les locaux

- stocker cette fraîcheur grâce à l’inertie très importante des locaux.

Dans ce but, le projet prévoit :

- des ouvrants mécanisés manœuvrés par un automat

- des ouvrants manoeuvrables manuellement par les usagers.

- des grilles de transfert entre les locaux pour développer une ventilation traversante grâce aux gradients de pression ente les façades

Les ouvrants automatiques sont positionnés en allège pour les orientations est et verticalement pour la façade Ouest. Le dimensionnement des ouvrants est prévu pour assurer un refroidissement efficace même en l’absence de vent, par échange sur une même façade par gradient thermique. Notons que la plupart du temps des locaux sont équipés de deux ouvrants pour faciliter les échanges de flux d’air frais et chaud (voir schéma).

Fonctionnement diurne :

On distinguera deux types de conditions climatiques :

- séquences climatiques avec température extérieure inférieure à 28 °C :

� Une ventilation permanente est possible : les usagers sont autorisés à ouvrir les fenêtres.

- séquences climatiques avec des températures extérieures supérieures à 30 °C.

� La stratégie d’ouverture des fenêtres le jour est contre productive (si toutefois les protections solaires sont en place). L’ouverture des ouvrants par les usagers est contre indiquée.

52/98

Fonctionnement nocturne

La forte amplitude thermique diurne du climat doit nous inciter à la prudence quant à la gestion de la ventilation nocturne. L’allure des courbes de températures montre que l’abaissement moyen de température est de 4 à 5 °C lorsque l’on arrive à un débit nocturne moyen de 4 vol/h. Aussi la commande des ouvrants ne devra s’actionner que l’on que le local dépasse 24 ou 25 °C la journée. Un déclenchement sur une température plus basse risque de générer un inconfort (locaux trop froid le matin).

Dans tous les cas de figures, les ouvrants sont prévus de se refermer lorsque la température intérieure est descendue à 20°C.

Le fonctionnement de la ventilation nocturne sera requis dès que la température des locaux dépassera les 25°C à l’intérieur ou lorsque la température extérieure dépasse en cours de journée 29°C.

53/98

Dimensionnement aéraulique des ouvertures

Sur un bâtiment similaire de par sa géométrie et la nature des activités, les résultats en ventilation naturelle pour le bâtiment PROBE (Belgique), validés par une instrumentation sur le site, donne les valeurs suivantes

Taux de renouvellement d'air moyen obtenu dans "PROBE" en fonction de la stratégie de ventilation nocturne appliquée

Ventilation transversale : fenêtres (avec grille) et portes ouvertes en grand (ratio ouverture au m2 : 1,7%)

13 [vol/h]

Ventilation par bureau : fenêtres (avec grille) ouvertes en grand et portes fermées

(ratio ouverture au m2 : 1,7% à 1,7%)

3,4 [vol/h]

54/98

Les ouvrants automatisés adoptés dans le cadre du projet INES sont :

- à l’ouest :

Les ouvertures verticales 0,7 x 1,80 au nombre une ou deux par bureau selon les cas de figures . La surface d’un bureau banalisée étant de 18 m2 le pourcentage d’ouvrant ramené au m2 est d’au moins 7%

- A l’est (laboratoire)

Les ouvrants automatisés sont situés en impose au niveau de l’étagère à lumière. Ces ouvertures on pour dimension : 0.45x1,40. pour un laboratoire banalisé de 31 m2 trois ouvrants automatisés sont possibles soit un pourcentage d’ouvrant de 6%.

- Entre zone

Des grilles de transfert permettent à l’air de circuler d’une façade à l’autre. Les sections adoptées correspondent à des sections reprenant a minima les sections passante des façades.

Si l’on se réfère aux recommandations issues de recherche et de norme de pays européens :

Ouvertures minimum nécessaires à la ventilation naturelle intensive en % de la surface au sol des locaux

NBN D50-001 pour les locaux d'hébergement

Projet NATVENT

Ventilation par des ouvertures sur une

seule façade 6,4 % 4 %

Ventilation par des ouvertures sur des façades opposées

3,2 % 2 %

On s’aperçoit que notre projet INES se situe au delà de ces recommandations et que le projet peut fonctionner indifféremment en mono façade ou en ventilation traversante.

Selon les cas de figure, et pour éviter un surinvestissement inutile en ouvrants mécanisés, nous staturons définitivement sur les modes de fonctionnement après une étude aéraulique approfondie.

- avec des simulations couplant la thermique et la ventilation sur l’ensemble des locaux (TRNFLOW°

- avec une simulation du fonctionnement l’atrium conçu pour créer une dépression pour évacuer l’air stratifié (logiciel flovent).

Ces études effectuées en phase ultérieure permettront d’optimiser les sections des ouvrants.

55/98

2.7.2.2 Ouvertures de ventilation

Le bâtiment sera conçu de manière à assurer une ventilation naturelle optimale sur la base d'ouvertures en façade et/ou en toiture, dont le dimensionnement devra être explicité par un dossier technique.

Exigence 20) Calcul des températures dans les zones de bureau (prendre le local n° 4 dans les fiches locaux) avec la courbe d’ensoleillement type fourni sur la figure 32. La température dans la zone de doit pas dépasser 23 °C, en prenant une température extérieure constante de 20 °C. On utilisera les scénarios de charges internes définis à la figure 29.


Calcul de la température résultante d’un local tel que le local n°4 avec température extérieure constant de 20°C.

56/9

8

57/98

Nous avons simulé ce local pour deux niveaux de ventilation : 2 et 4 vol/h pour situer le niveau de ventilation à obtenir pour évacuer correctement la surchauffe.

Le niveau de 2 vol/h se situe au dessus de 23°C.

Comme le montre clairement les figures qui suivent, le niveau de ventilation minimal permettant de répondre à cette exigence est 4 Vol/h

L’optimisation aéraulique devra viser cette valeur pour tous les locaux quelque soit les conditions climatiques.

NB : dans graphique qui suivent Tamb (rouge) désigne la température extérieure

58/9

8

Sim

ulat

ion

avec

un

nive

au m

oyen

de

vent

ilatio

n de

2 V

ol/h

59/9

8

Sim

ulat

ion

avec

un

nive

au m

oyen

de

vent

ilatio

n de

4 V

ol/h

60/98

Fonctionnement de la ventilation naturelle

Exigence 21) Simulation dynamique d’une zone de bureau (prendre le local n° 4 dans les fiches locaux) avec la météo fournie de Chambéry2005. Démontrer que la température des locaux pendant la période d’occupation dépasse 27 °C pendant moins de 100 heures par an, en tenant compte des échanges thermiques avec les autres zones (conduction, convection, ventilation naturelle). On utilisera les scénarii de charges internes défini à la figure 29.


Description du modèle de simulation utilisé (configuration).

L’objectif de nos simulations est de rechercher la meilleure stratégie de ventilation compte tenu du profil climatique de Chambery. Pour cela, nous proposons de procéder en deux phases :

- une première phase d’optimisation thermique :

� l’objectif de rechercher le niveau ventilation nécessaire pour l’évacuation de la surchauffe du aux apports internes et solaires. Dans un second temps, on recherchera le profil idéal de ventilation pour optimiser les conditions de confort et notamment la manière d’atteindre l’objectif de se placer en dessous des 100 heures à plus de 27°C.

- une seconde phase d’optimisation aéraulique :

� dans un second temps, on étudie et dimensionne les dispositifs architecturaux pour approcher le profil idéal dégagé dans la phase précédente.

Le parti pris de simulation de raisonner sur niveau entier de bâtiment. Nous avons choisi le R+1, car le plus représentatif de l’ensemble du bâtiment. Le modèle simule le local N°4 (un bureau type LM08) dans lequel est intégré un environnement constitué ::

- la zone laboratoire rafraîchie par dessicant cooling,

- une zone de bureaux et laboratoire en évolution libre.

Le logiciel utilisé est TRNSYS avec les bases de données fournis dans le programme.

La série de graphique présente les résultats de simulation du local 4 sur quatre niveau moyen de ventilation : 2 vol/h, 4 vol/h et 6 vol/h .

Comme le montre la série de graphiques, le choix d’une ventilation permanente atteint son optimum à 4 vol/h (ce qui confirme l’analyse précédente).

Au delà, le gain n’est pas probant notamment sur les journée les plus chaudes. En effet, un niveau élevé de ventilation tend à annuler l’avantage de l’inertie forte et de rapprocher les conditions intérieures des conditions extérieures.

61/9

8

Sim

ulat

ion

avec

un

nive

au m

oyen

de

vent

ilatio

n de

2 V

ol/h

62/9

8

Sim

ulat

ion

avec

un

nive

au m

oyen

de

vent

ilatio

n de

4 V

ol/h

63/9

8

Sim

ulat

ion

avec

un

nive

au m

oyen

de

vent

ilatio

n de

6 V

ol/h

65/98

Exigence 22) Les résultats des analyses de confort estival seront présentés par des profils horaires et par des histogrammes de températures (voir figure ci-dessus)


Histogrammes de températures selon l’exemple du dossier « Exigences spécifiques énergétiques »

Cette analyse des histogrammes de températures conforte le constat de d’une limite de l’approche par une ventilation permanente :

Niveau de température / nombre d'heures

correspondantes

25,0026,0027,00

28,0029,0030,0031,00

32,0033,00

0 50 100 150 200 250

Heures correspondantes

Niv

eau d

e tem

péra

ture

Text

Tint

Simulation local n°de 2 vol/h


correspondantes

25,00

26,00

27,00

28,00

29,00

30,00

31,00

32,00

33,00

0 50 100 150 200 250

Nombres d'heures

Niv

ea

u d

e t

em

pé

ratu

re

Text

Tint

Simulation local n°4 à 4 vol/h

66/98


correspondantes

25,00

26,00

27,00

28,00

29,00

30,00

31,00

32,00

33,00

0 50 100 150 200 250

Nombres d'heures

Niv

ea

u d

e t

em

pé

ratu

re

Text

Tint

Simulation local n°4 à 6 vol/h

La valeur de température dépassée 100 heures par an correspond à :

- à 28,40 °C pour une ventilation de 2 vol/h



La limite d’une stratégie de ventilation permanente apparaît nettement ici :

le gain entre 4 et 6 vol/h est de 3 centièmes de température ! .

C’est la raison pour laquelle, nous nous sommes orientés vers une stratégie différentiée de la ventilation naturelle.

Nous avons d’abord simulé la situation d’une ventilation consistante à ouvrir les fenêtres la journées et fermer tous les ouvrants la nuit.


correspondantes

25,00

26,00

27,00

28,00

29,00

30,00

31,00

32,00

33,00

0 50 100 150 200 250

Nombres d'heures

Niv

ea

u d

e t

em

pé

ratu

re

Text

Tint

67/98

On aboutit à un résultat contre productif, puisque la température correspondant aux 100 heures dépassées passe à 29,24 °C ; Ce scénario (catastrophe) correspond à une absence de ventilation nocturne (4 vol/h le jour et 1 vol/h la nuit).

Nous avons simulé un scénario favorisant la ventilation nocturne (4vol/h la nuit et 2 vol/ le jour) :


correspondantes

25,00

26,00

27,00

28,00

29,00

30,00

31,00

32,00

33,00

0 50 100 150 200 250

Nombres d'heures

Niv

eau

de t

em

péra

ture

Text

Tint

Le résultat est probant et répond aux objectifs fixés par la maîtrise d’ouvrage. En effet

la température de 27°C est dépassée sur un volume horaire correspondant à 100 heures .

Cette étude permet donc de déterminer notre stratégie de ventilation :

- dimensionner les ouvrants de façon à atteindre un renouvellement d’air de l’ordre de 4 vol/h pour tous les locaux ventilés naturellement

- mécaniser les dispositifs d’ouvertures automatiques

- programmer et gérer à l’aide de la GTB les scénarii d’ouverture des ouvrants. (voir §).

2.7.3 Méthodes de refroidissement hybride

Dans les zones où les exigences de confort thermique ne peuvent pas être satisfaites (voir ci-dessus) sans un refroidissement actif, on cherchera en premier à utiliser des moyens de refroidissement hybride sans machine de froid.


=> Sur Planche Technique Schéma de principe conceptuel du système de refroidissement passif/hybride (voir planche technique)

68/98

Exigence 23) En cas de proposition d’un système utilisant l’échange thermique avec l’aquifère comme source d’énergie, une simulation dynamique horaire justifiant le bilan énergétique sur une année sera présentée

SANS OBJET

Exigence 24) En cas d’utilisation d’un puits canadien (ou provençal), fournir une simulation dynamique du fonctionnement sur une année et fournir les détails techniques assurant l’étanchéité du système et la qualité de l’air


SANS OBJET

69/98

2.8 Refroidissement actif

Dans les zones où il n’est pas possible de répondre aux spécifications thermiques sans un refroidissement actif, on appliquera des méthodes de refroidissement actives à hautes performances.

Exigence 25) Les zones de laboratoire (voir fiche locaux pour les valeurs, par exemple le local n°19, labo de synthèse, température <= 25 °C en été) devront être contrôlées thermiquement sans dépasser une température estivale de 25 °C


Principe du refroidissement des laboratoires, caractéristiques techniques

Les capteurs solaires thermiques prévus pour assurer en partie le chauffage des locaux durant la période hivernale seront utilisés en été pour climatiser les laboratoires concernés.

La technologie retenue est le rafraîchissement évaporatif par dessiccation (communément appelé Dessiccan Cooling).

Sur ce type d’installation, le fluide caloporteur utilisé est l’air qui est traité par une centrale de traitement d’air (CTA).

Le principe d’une telle CTA est présenté ci-dessous :

Ces centrales de traitement d’air ne comporte de batteries froides à eau glacée (ou à détente directe). Elles ne contiennent donc pas gaz à effet de serre, mais elles sont équipées d’une roue dessicatrice contenant un gel de silice. Ce gel a le pouvoir d’absorber la vapeur d’eau contenue dans l’air entrant.

L’air entrant (dont la teneur en humidité a diminué) est ensuite refroidi une première fois dans l’échangeur de chaleur (échangeur sur l’air extrait) puis dans l’humidificateur (l’évaporation de l’eau provoquant une diminution de la température).

La capacité d’absorption de la roue dessicatrice est limitée. Une fois la saturation atteinte, il convient de régénérer le gel de silice en élevant sa température. Cette élévation de température s’effectue principalement à partir des capteurs solaires.

Dans le cas présent, nous avons considéré une température de régénération de 69°C.

Production d’appoint

L’installation solaire ne pouvant assurer 100 % des besoins de rafraîchissement durant la saison estivale, il est nécessaire de prévoir une production énergétique d’appoint.

70/98

Sur ce projet, la solution retenue consiste à prévoir un appoint intégré à l’installation de dessiccan cooling (afin d’éviter d’avoir recours à du refroidissement à compression).

Cette énergie complémentaire sera fournie par la chaudière bois (raccordement du réseau d’appoint sur le départ vers les CTA, afin de garantir une température de régénération de 69°)

Utilisation de l’énergie solaire en intersaison

Durant l’intersaison (ou en été, en absence de besoin frigorifique), l’énergie solaire sera valorisée au niveau des ballons tampon du chauffage solaire.


Caractéristiques techniques de la production de froid à base d’énergie solaire :

Les caractéristiques des installations seront les suivantes :

- Surface de capteurs : 300 m², - Volume de stock tampon : 5 000 litres, - température de régénération des roues dessicatrice : 69°C, - Température du stock : 70°C, - Débit circuit capteurs : 12 m3/h, - Débit circuit CTA : 28 m3/h, - Nombre de CTA intégrant une roue dessicatrice : 3.

Les principales caractéristiques des CTA seront les suivantes :

CTA L1

- Débit d’air : 6 100 m3/h, - Puissance frigorifique : 10 kW.

CTA L2


CTA L3



71/98

2.8.1 Froid actif à base d’énergie solaire

Dans le cadre du budget, il est prévu d’intégrer des capteurs solaires thermiques. La surface des capteurs devrait permettre d’assurer une fonction estivale de source de chaleur pour du refroidissement solaire (froid à absorption ou froid à dessiccation). Les candidats proposeront une solution intégrant du froid solaire actif dans le respect du budget imparti.


=> Sur Planche Technique Concept du système de refroidissement solaire (voir planche technique et Schéma 2.4.1)

� Intégration avec le système de chauffage solaire

i. Schéma de principe, grandeurs caractéristiques ( voir planche)

� Résultats de simulation sous forme de profils horaires de températures et puissances (semaine du 18 au 25 juin 2005), et bilans énergétiques sous forme de bilans mensuels

Profil de puissance appelée et charge frigorifique annuelle

La charge frigorifique des laboratoires climatisés à 25 °C a été simulée à partir de TRNSYS.

Les résultats obtenus aboutissent à :

- une puissance maximale appelée de 63 W/m2

- un bilan énergétique de demande de froid de 50 kWh/m2

72/98

Charges frigorifiques Laboratoires

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

Mai Juin Juillet aout septembre

Le profil horaire des 2 journées les plus chaudes (22 et 23 juin) est le suivant :

Profil de charge de la journée la plus chaude

0

10

20

30

40

50

60

70

0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00

heures de l'année

W/m

2

L’analyse des résultats aboutit à une consommation en froid relativement élevée :

De l’ordre de 50 kWh / m2. Si l’on se réfère au ratio de chauffage de 27 kWh, on aboutit sur les zones climatisées à une demande en froid de l’ordre du double par rapport au chauffage.

73/98

Optimisation de la demande de froid

Pour diminuer les consommations d’énergie globale, nous avons cherché à coupler ventilation nocturne et dessicant cooling sur un mode de fonctionnement alternée :

- sur ventilation nocturne la nuit

- dessicant cooling fonctionnant sur les capteurs solaires le jour

Une surventilation nocturne (20 h à 6h ) réglée à deux volumes par heure la nuit permet de réduire la demande de froid de 50 kWh/m2 à 31 kWh/ m2 comme le montre le graphique suivant.


0

2

4

6

8

10

12

14


kW

h/m

2

Si l’on poursuit le raisonnement en réglant la surventilation nocturne à 4 vol/h ont aboutit à réduire la demande de froid à 23.50 kWh / m2 . Le gain est nettement plus faible pour le passage de 2vol/ à 4 vol/l soit -25% que le passage de 1 à 2 vol/h soit -38 %/

Le graphique suivant montre que la demande en froid dessicant disparaît les mois de mai et septembre.


-4

-2

0

2

4

6

8

10

12

14


kW

h/m

2

74/98

Cependant comme la surventilation mécanique nocturne consomme de l’énergie électrique par les ventilateurs (proportionnellement au débit d’air), il existe donc un optimum énergétique.à rechercher sur la consommation total d’énergie électrique du au dessicant cooling + la surventilation mécanique. Cette optimum se situe probablement entre de 2 vol/ h et 3 vol/h ( optimisation à peaufiner en phase ultérieure) .

On préconise donc un fonctionnement mixte :

- surventilation nocturne des laboratoires sur la base d’un renouvelemnt d’air à optimiser (au tour de 2 volumes/heures)

- le dessicant cooling la journée

1) Profils pour la semaine du 18 au 25 juin 2005 :

Les résultats présentés ci dessous sont issus d'un pré-dimensionnement préparé à l'aide du logiciel SolAC (http://www.iea-shc-task25.org/english/hps6/index.html) issu du programme AIE Tâche 25.

15

17

19

21

23

25

27

29

31

33

35

18 18 18 19 19 19 20 20 21 21 21 22 22 22 23 23 24 24 24 25 25 25

Température extérieure (°C) Température air intérieur (°C)

Profils de température extérieure et intérieure du bâtiment INES avec fonctionnement du système DEC

75/98

0

20

40

60

80

100

120

18 18 18 19 19 19 20 20 21 21 21 22 22 22 23 23 24 24 24 25 25 25

Pui

ssan

ce fr

igor

ifiqu

e (k

W)

Profils de puissance frigorifique totale (récupération + refroidissement) obtenue grâce au système DEC

2) Bilan énergétique annuel et calcul du COP

L'analyse des besoins frigorifiques font apparaître une charge durant les 3 mois d'été à savoir juin, juillet et août.

Le tableau ci dessous montre les valeurs mensuelles issues du bilan énergétique du système DEC étudié :

Juin Juillet Août TOTAL

Besoins frigorifiques (kWh) 10 600 9 420 2 970 22 990

Energie solaire utile (kWh) 11 270 7 670 6 540 25 480

Production frigorifique DEC (kWh) 10 425 9 200 1 693 21 318

Consommation électrique auxiliaires (kWh) 1 140 867 829 2 837

COP 9,1 10,6 2 7,5

Rendement thermique DEC 93% 120% 26% 84%

Taux de couverture solaire moyen 98% 98% 57% 93%

Il apparaît que le COP annuel moyen du système est de 7,5 en mode de production de froid. Cette valeur de COP est calculée en effectuant le ratio entre la production frigorifique du système et la consommation électrique des auxiliaires nécessaires à son fonctionnement (ventilateurs essentiellement).

76/98

Le rendement thermique DEC indiqué dans le tableau correspond au ratio entre la production frigorifique DEC et l'énergie solaire utilisée à l'entrée du système.

Le taux de couverture solaire moyen correspond au ratio mensuel entre la charge frigorifique et la production frigorifique DEC/

2.8.2 Refroidissement par froid à compression

1) Machines de froid à compression à hautes performances avec refroidissement du condenseur à hautes performances. Les machines seront choisies de telle manière à présenter des performances croissantes à charge partielle

2) Réseau d’eau glacée sera conçu pour fonctionner à la température la plus élevée possible et variable en fonction des conditions météorologiques

3) Utilisation de refroidissement direct par « free-cooling » hydraulique

4) Tous les composants seront conçus et gérés en vitesse variable par variation de fréquence (machine de froid, système de refroidissement, pompes)

Exigence 26) Système d’eau glacée à « haute température », dimensionnement des composants pour une température aller-retour 12-17 °C

SANS OBJET

2.8.3 Free-cooling hydraulique

Exigence 27) Dans le cas d’utilisation de tours de refroidissement, les tours de refroidissement devront présenter une température d’approche maximale de 4°C par rapport au bulbe humide

SANS OBJET

Exigence 28) Performances des installations de refroidissement actives supérieures ou égales aux valeurs indiquées sur les courbes ci-dessus

SANS OBJET

Exigence 29) Les installations de refroidissement du bâtiment devront présenter un coefficient de performance (COP) moyen supérieur ou égal à 6 sur l’année. Le calcul du COP sera documenté.


Calcul du COP du système de refroidissement à puissance nominale et Calcul du COP annuel

Voir ci-avant Bilan énergétique annuel et calcul du COP.

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2.9 Energie électrique

2.9.1 Energie pour les installations techniques

2.9.1.1 Energie électrique pour les installations de ventilation

Exigence 30) Valeur de rendement des ventilateurs au moins égale ou supérieure aux valeurs de la courbe de la figure 40


Liste de ventilateurs avec leur rendement (si les rendements sont déjà présentés dans le chapitre sur la ventilation, simplement mentionner où l’information se trouve) :

Les caractéristiques des principaux équipements aérauliques seront les suivantes :

CTA L1

- Débit d’air : 6 100 m3/h, - Mode d’entraînement : direct, - Puissance frigorifique : 10 kW, - Puissance batterie chaude : 65 kW, - Rendement système moteur + entraînement + ventilateur : 73%.

CTA L2


CTA L3


CTA T1

- Débit d’air : 2 500 m3/h, - Mode d’entraînement : direct, - Puissance frigorifique : sans objet, - Puissance batterie chaude : 64 kW, - Rendement système moteur + entraînement + ventilateur : 73%.

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CTA T2

- Débit d’air : 3 250 m3/h, - Mode d’entraînement : direct, - Puissance frigorifique : sans objet, - Puissance batterie chaude : 68 kW,

Rendement système moteur + entraînement + ventilateur : 82%.

Exigence 31) La puissance spécifique électrique des installations de ventilation de transport d’air en pulsion et reprise ne dépassera pas 2 W/m2 de zone traitée à débit nominal et sera inférieure à 0.5 W/(m3/h) d’énergie de transport à débit nominal. Les zones de laboratoire ne devront pas dépasser une puissance spécifique d’énergie électrique de transport de 0.7 W/(m3/h)


Schémas de principe simplifié avec les installations, leur puissance électrique, les débits, surfaces desservies, et les puissances spécifiques (W/(m3/h)) et W/m2

Concernant le schéma de principe, consulter la planche technique et synoptique 2.4.5

Ci-dessous les puissances spécifiques des principaux équipements de ventilation pour la zone tertiaire :

CTA T1 CTA T2

Soufflage Reprise Soufflage Reprise

Débit maximal (en m3/h)

2 430 2 430 3 220 3 220

Mode d’entraînement Direct Direct Direct Direct

Pertes statiques (en Pa) 750 500 750 500

Puissance utile ventilateur (en kW)

506 338 671 447

Puissance utile normalisée (en kW)

550 350 675 450

Rendement système moteur + entraînement + ventilateur (en %)

64 64 68 68

Puissance nominale absorbée (en kW)

859 547 993 662

Facteur de puissance - Cos (en %)

85 85 85 85

Puissance électrique nominale apparente (en kVA)

1 011 643 1 168 779

Surface desservie (en m²) 1 050 1 050 1 000 1 000

Ratio puissance électrique nominale apparente (en kVA/m²)

0.96 0.61 1.17 0.78

Total 1.58 1.95

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CTA T1 CTA T2

Soufflage

(suite) Reprise (suite)

Ratio puissance électrique nominale apparente (en kVA/(m3/h))

0.42 0.26 0.36 0.24

Conclusion : On observe que la puissance spécifique électrique des installations de ventilation de transport d’air en pulsion et reprise ne dépasse pas les 2 W par m² de zone traitée.

Ci-dessous les puissances spécifiques des principaux équipements de ventilation pour la zone laboratoire :

CTA L1 CTA L2 CTA L3

Soufflage Reprise Soufflage Reprise Soufflage Reprise

Débit maximal (en m3/h)

6 100 6 100 18 000 18 000 12 000 12 000

Mode d’entraînement Direct Direct Direct Direct Direct Direct

Pertes statiques (en Pa) 1 000 750 1 000 750 1 000 750

Puissance utile ventilateur (en kW) 1 694 1 271 5 000 3 750 3 333 2 500

Puissance utile normalisée (en kW)

1 750 1 500 5 000 3 750 3 500 2 500

Rendement système moteur + entraînement + ventilateur (en %)

73 73 82 82 78 78

Puissance nominale absorbée (en kW)

2 397 2 055 6 098 4 573 4 487 3 205

Facteur de puissance - Cos (en %)

85 85 85 85 85 85

Puissance électrique nominale apparente (en kVA)

2 820 2 417 7 174 5 380 5 279 3 771

Surface traitée (en m²) 175 175 475 475 265 265

Ratio puissance électrique nominale apparente (en kVA/m²)

16 14 15 11 20 14

Ratio puissance électrique nominale apparente (en kVA/(m3/h))

0.46 0.40 0.40 0.30 0.44 0.31

Conclusion : On observe que les zones de laboratoire ne dépassent pas une puissance spécifique d’énergie électrique de transport de 0.7 W/(m3/h).

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Exigence 32) Pour toutes les installations de ventilation à l’exception des zones de laboratoire, la consommation d’énergie électrique spécifique de transport ne dépassera pas 4 kWh/m2-an


Calcul des consommations d’énergie électrique avec les hypothèses et méthodes de calcul décrites en détail

2.9.1.2 Installations de ventilation mécanique spécifiques

Les installations de ventilation des zones ayant des spécifications particulières seront traitées dans le même esprit que celles décrites au paragraphe précédent.


Documentation des installations spécifiques le cas échéant

Dans le cas où la nature des effluents gazeux ne permette pas de se raccorder aux réseaux d’extraction des centrales de traitement d’air double-flux, les équipements seront associés à des extracteurs spécifiques individuels ou collectifs dans les conditions suivantes du type suivant :

Type A (extracteur centrifuge) :

- Extracteur spécifique centrifuge, monté sur socle en extérieur, turbine et volute en polypropylène, entraînement direct, moteur IP 55, à débit variable,

- La variation de vitesse se fera par un variateur de tension asservi à une sonde mesurant la vitesse frontale de l’air,

- Débit nominal : de 800 à 1 200 m3/h selon la taille de la sorbonne.

Utilisation : sorbonnes labos.

Type B (extracteur centrifuge) :

- Extracteur spécifique centrifuge, monté sur socle en extérieur, turbine et volute en polypropylène, entraînement direct, moteur IP 55, à débit fixe,

- Spécificité : Moteur ADF, - Débit nominal : Selon local.

Utilisation : stockage, solvants, etc.

Type C (extracteur centrifuge) :

- Extracteur spécifique centrifuge, monté sur socle en extérieur, turbine et volute en polypropylène, entraînement direct, moteur IP 55, à débit variable,

- La variation de vitesse se fera par un variateur de tension piloté par une sonde de pression montée à l'aspiration (fonctionnement à pression constante),

- Débit nominal : selon secteur desservi.

Utilisation : Extraction centralisée des capteurs.

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2.9.1.3 Systèmes de pompages

Exigence 33) Les pompes de circulation de chauffage, froid, et solaires auront un rendement au moins égal aux valeurs de la courbe sur la figure 42. Les pompes de circulation seront systématiquement équipées de variation de fréquences, les systèmes de variation de vitesse à accouplement magnétique ne sont pas acceptables. Les pompes de circulation devront avoir le label À EUROPUMP (voir Figure 43)


Liste des équipements hydrauliques, aérauliques de régulation en variation de fréquence.

L’ensemble des équipements hydrauliques et aérauliques seront à débits variables à l’exception des équipements suivants :

- Les extracteurs pour ventilation mécanique contrôlée des locaux à pollution spécifique tels que vestiaires, sanitaires, etc. (fonctionnement à deux vitesses – vitesse nominale lors de l’occupation des locaux, réduite en inoccupation),

Les extracteurs des armoires à solvants (fonctionnement permanent).

2.9.1.4 Systèmes hydrauliques

Dans le but d’éviter des débits de circulation inutiles, les systèmes hydrauliques seront conçus à débit variable.

Exigence 34) Les systèmes hydrauliques seront conçus en débit variable avec contrôle des débits et régulation par vannes 2 voies uniquement (système à injection 2 voies). Les vannes 3 ou 4 voies ne sont pas acceptées


Schémas de principe des systèmes hydrauliques et descriptifs de fonctionnement

Dito § Système de distribution hydraulique.

2.10 Installation solaire photovoltaïque

Exigence 35) Intégration de composants solaires photovoltaïques d’environ 3 kW peak dans le concept architectural


Description des composants/systèmes photovoltaïques proposés

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Sur le projet du bâtiment de l’Ines, il est proposé la mise en œuvre d’un générateur photovoltaïque connecté au réseau public.

Le principe général sera le suivant :

Actuellement, compte tenu d’un prix de rachat de 30,0 c€ kWh pour les installations non-intégrées au bâtiment et 55,0 c€/kWh pour les installations intégrées au bâtiment (suivant les dispositions du décret), il est recommandé de favoriser la revente totale de l’énergie.

Les capteurs proposés devront permettre de bénéficier d’un tarif de rachat à 55 c€/kWh.

Les modules photovoltaïques retenus seront de type polycristallin semi-transparent. Ils seront utilisés comme des éléments à part entière de la verrière de l’Atrium.

Ils seront de type Optisol de marque Scheuten (ou équivalent). Le taux d’opacité sera de 50 %, ce qui conduit à une surface de capteurs d’environ 39 m².

Un soin tout particulier sera accordé aux raccordements des modules. Les sorties de câbles s’effectueront en partie haute des modules et les câbles chemineront au niveau de la structure de la verrière (de telle sorte à ne pas être visibles par les utilisateurs du bâtiment).

Les modules photovoltaïques seront raccordés à un ensemble de 4 onduleurs de type Sunny Boys SWR (ou équivalent). Ils seront installés en local technique.

Communication

La mise en œuvre d’un générateur photovoltaïque est souvent associée à une opération de communication sur les énergies renouvelables et sur la maîtrise de l’énergie.

Un afficheur de grande taille (taille mini. du panneau de 50 x 100 cm) pourrait être aisément installé dans un lieu à convenir avec le maître d’ouvrage (par exemple le hall d’entrée avec un objectif pédagogique).

Le panneau affiche alors en permanence les données suivantes:

- Puissance instantanée fournie au réseau (en W), - Energie produite depuis la mise en service (en kWh), - Quantité de CO2 évitée depuis la mise en service (en kg).

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- Exemple d’afficheur -

Bilan énergétique des installations photovoltaïques

Le bilan énergétique des installations photovoltaïque sera le suivant :

Surface de modules

(m²)

Puissance installée

(kWc)

Energie solaire

(kWh/an)

Montant opération

(€ HT)*

Vente d’électricité

€/an

39 3 2 929 31 000 1 611

* le montant de l’opération inclut la fourniture et la pose de l’ensemble de l’installation photovoltaïque (modules, onduleurs, raccordements électriques).

Impact environnemental

Cette installation permettra de limiter le dégagement de gaz à effet de serre dans l’atmosphère.

Une installation photovoltaïque de 39 m² permet d’éviter le dégagement de 300 kg de CO2 par an.

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2.11 Installation solaire thermique

Le circuit de capteurs solaires thermiques (primaire et secondaire) devra présenter un ratio puissance thermique / puissance électrique élevée.

Exigence 36) La puissance électrique des pompes de l’installation solaire (pompe(s) du circuit capteur et pompe(s) du circuit secondaire) ne devra pas dépasser 1.5% de la puissance thermique nominale des capteurs solaires (puissance thermique pour un différentiel de 50 K entre la température moyenne des capteurs solaires et la température ambiante extérieure). Les pompes seront réglées en variation de fréquence


Schéma de principe de l’installation solaire avec les débits, pertes de charges, principes de réglage des débits, puissance électrique hydraulique des pompes.

Consulter planche technique et schéma 2.4.1

2.12 Régulation


Descriptif du concept de régulation, gestion technique centralisée

Consulter planche technique.

La régulation permettra une programmation journalière et hebdomadaire pour prise en compte de l’inoccupation de certains locaux ou plus largement de la possibilité de modifier le traitement climatique des locaux suivant certaines plages horaires.

Nota : la chaufferie, les locaux techniques et les équipements de ventilation pourront être liaisonnés par un bus spécifique.

Elle devra permettre d’assurer les fonctionnalités suivantes :

- Permettre une modularité par façade et par zone homogène en hiver et en été (locaux climatisés afin :

De répondre de manière souple et optimisée selon besoins spécifiques, Optimiser la prise en compte des conditions environnementales (occupation,

éclairage, conditions extérieures, ensoleillement, etc.), Limiter les consommations énergétiques et les dérives éventuelles.

L'ensemble des installations sera piloté et géré par des automates autonomes et régulateurs numériques supervisés par une interface utilisateur situé dans le local chaufferie et assurant les fonctions suivantes :

- Mesure des paramètres globaux, - Régulation, programmation et asservissement des différents équipements par

l’intermédiaire de régulateurs, capteurs et actionneurs spécifiques, - Contrôle de fonctionnement et visualisation des alarmes des différents équipements, - Comptabilisation des heures de fonctionnement des équipements.

Des dérogations seront possibles pour mise en fonctionnement normal des installations hors périodes usuelles (commutateurs, boutons poussoirs, etc.).

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Principe du système de gestion centralisée

Généralités

Le système de Gestion Technique Centralisée sera basé sur un concept d’ensemble intégré et cohérent dont les domaines d’intervention portent sur toutes les installations techniques du site.

Le système de GTC sera décomposé en deux systèmes :

- 1/ Gestion technique : GT - 2/ Gestion de bâtiment : GTB

L’évolution du système ne devra en aucun cas remettre en cause l’architecture matérielle ou logicielle.

Les terminaux de dialogue ne seront pas dédiés et l’accès aux informations sera déterminé par les privilèges de chaque opérateur.

L’organisation de la base de données s’adaptera aux critères d’exploitation du site. L’accès à cette base de données pourra se faire en mode textuelle ou graphique.

Le système de GTC devra permettre d’intégrer en un seul ensemble les différentes fonctions de GT et de GTB.

Gestion technique

Elle concernera :

- Les fluides (T°, pression, débit, comptage,...), - Les alarmes process (laboratoires, plateau technique, plateformes techniques, etc.), - L’aide à la conduite et à la maintenance.

Gestion technique du bâtiment

Elle concernera :

- Le contrôle des installations CVC (climatisation, ventilation, chauffage), - Le contrôle des installations ELECTRICITE, - Le contrôle des installations de fluides, - L’asservissement des éléments de contrôle solaire et de ventilation - La gestion des énergies, - La gestion des accès, intrusions, sécurité, L’aide à la conduite et à la maintenance.

2.13 Gestion technique centralisée et énergie

Le système de gestion technique centralisée devra permettre de mettre en œuvre le suivi des performances énergétiques.

Exigence 37) Comptage d’énergie chaleur (séparation de la partie laboratoires), froid et électricité (par technique)


Schéma de principe et descriptif des comptages d’énergie prévus

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Généralités

Des dispositifs de comptage et relevé seront mis en place sur les installations suivantes :

Dispositifs divers :

- Sur la consommation de bois (chaufferie bois),

Dispositifs hydrauliques :

- En aval de la chaufferie bois et en aval de la production solaire, - En aval des ballons de stockage, - Au niveau des réseaux de distribution secondaire eau chaude chauffage, les

dispositifs de comptage permettant de différencier les consommations énergétiques propres aux laboratoires des autres secteurs du bâtiment,

- Au niveau des réseaux de distribution secondaire eau chaude sanitaire, - Au niveau des centrales de traitement d’air principales, - Etc.

Dispositifs électriques :

- Alimentation générale, - Armoires locaux techniques, - Armoires de zones, les dispositifs de comptage permettant de différencier les

consommations électriques propres aux laboratoires des autres secteurs du bâtiment,

- Centrales de traitement d’air principales, - Etc.

Nota : L’ensemble des ces points feront l’objet d’une mise au point en phase APS.

Point particulier : chauffage et climatisation solaire

L’installation de chauffage et climatisation solaire fera l’objet d’un système de suivi énergétique et fonctionnel spécifique. Les différentes fonctions de ce système seront les suivantes

Fonction du télécontrôle

La fonction d'un télécontrôleur interrogeable à distance par le réseau téléphonique commuté est double :

- Assurer un contrôle permanent des performances de l'installation et du fonctionnement de

- tous ses organes, - Informer immédiatement, par renvoi d'alarmes sur un ou plusieurs numéros de

téléphone, de - toutes défaillances ou mauvais fonctionnement de l'un des appareils de l'installation.

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Description des mesures

Le matériel proposé sera interrogeable à distance, il permettra d’assurer les fonctions suivantes :

- Mesure de l'énergie solaire récupérée au moyen d'un compteur volumétrique à émetteur d'impulsions sur le départ vers les capteurs et de deux sondes, l'une sur le départ et l'autre sur le retour des capteurs avec :

mesure du débit, mesure de la température départ capteurs, mesure de la température retour capteurs.

- Mesure de la différence de pression au niveau des 2 ventilateurs (air neuf et air extrait) avec sonde type Halstrup-Walcher / P82R ou similaire (par CTA),

- Mesure combinée de la température et de l’humidité avec sonde type Rotronik Hygomer / FT4V-31P-010W-10 ou similaire dans les points suivants (par CTA) :

A l’extérieur, A l’intérieur, En aval du ventilateur dans le conduit de l’air extrait, En aval de la roue de déshumidification dans le conduit air neuf, En aval de l’échangeur chauffage dans le conduit air neuf, En amont du filtre dans le conduit air extrait, En amont de la roue de déshumidification dans le conduit air extrait.

- Mesure de la température uniquement avec sonde type Pt1000 pour les points suivants :

En aval de la roue de déshumidification dans le conduit air extrait, En aval de la roue de récupération de chaleur dans le conduit air neuf, En aval de l’humidificateur dans le conduit air neuf.

- Contrôle de l’état (marche/arrêt) des circulateurs primaire et secondaire solaire, DEC et des 2 ventilateurs de la CTA (par CTA).

Suivi

L'installation sera interrogée toutes les semaines, les informations collectées seront stockées et traitées. Les données traitées seront éditées en fin de mois sous forme d'un relevé qui sera "diffusé" à l'ensemble des partenaires. Ces relevés ont pour but de matérialiser les performances de l’installation.

Point particulier : installation photo-voltaïque

Voir chapitre traitant des installations photovoltaïques.

Concept de suivi des consommations d’énergie

Les consommations énergétiques seront comptabilisées par jour, semaine, mois et année, et les bilans produits seront archivés sous forme de fichiers texte utilisables par des applications externes pour une analyse à la demande.

Ces différentes informations permettront d’effectuer un suivi efficace des consommations énergétiques, d’optimiser le fonctionnement des installations et de détecter d’éventuelles dérives.

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2.14 Analyse de cycle de vie

Les candidats présenteront une analyse de cycle de vie (ACV (en anglais LCA)).

Exigence 38) Analyse de cycle de vie du bâtiment à présenter dans le dossier technique


Analyse du cycle de vie du bâtiment

Les calculs ont été effectué sur la base de données communiqués par B.PEUPORTIER- ARMINES PARIS, y compris pour une installation de 3KWc de panneaux photovoltaïques.

Les données relatives aux panneaux solaire thermiques relèvent d’une étude comparative en panneaux solaire et panneaux photovoltaÏques établis par l’IPAE (Suisse)

Un premier bilan sur la consommation d’énergie, liées à l’élaboration des produits de construction, nous amène au constat suivant : l’énergie grise des matériaux de construction représente une part importante de l’énergie totale d’un bâtiment très performant thermiquement (1683KWh/m2 de SDO) Elle est d’ailleurs concentrée dans la structure, les planchers et l’enveloppe qui sont réalisés en béton armé, un des modes constructifs qui requiert le plus d’énergie grise d’autant plus que le béton doit être associé à des armatures en acier (ratio de 60Kg/m3 en zone sismique). Ce poids prépondérant de 66% s’explique d’une part par la présence de fondations spéciales et d’autre part par la double exigence d’une inertie lourde et d’hauteurs libres sous plafond important. Il est à noter la part significative de l’isolation polystyrène, utilisé pour ses propriétés de résistance à la compression ( sous dalle du RdC et en toiture terrasse). A noter que nous retrouverions le même poids énergétique en remplaçant le polystyrène par du verre cellulaire qui présente toutefois d’autres avantages.

On constate que l’énergie nécessaire à la construction du bâtiment représente environ 10 années d’exploitation, ce qui représente 12.5% de l’énergie totale sur une durée de vie de 80 ans du bâtiment, justifiant le parti pris inertiel et énergétique du projet

Quant aux émissions de CO2, on retrouve la même distribution liée à la proéminence du béton, de l’acier et du polystyrène. (384 Kg de CO2/m2 de SDO)

2 pistes seraient à explorer pour limiter l’impact environnemental, tout en respectant les données du programmes sur l’inertie lourde et la performance thermique de l’enveloppe :

• une optimisation des structures et des fondations profondes,

• le remplacement du polystyrène par un autre isolant résistant à la compression, (verre cellulaire par exemple)

En phase d’exploitation, la performance thermique de l’enveloppe, des équipements et des appareillages donne de bons résultats (153KWh/m2 de SDO.an). On relève la part prépondérante de la consommation de la bureautique dans son ensemble. Une optimisation de la charge énergétique lié à la bureautique intégrant tous les équipements annexes ainsi que le réseau ondulé permettrait d’améliorer encore les performances de consommations et d’émission de G.E.S.

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En phase d’exploitation, le bâtiment est « zéro énergie fossile» et «zéro CO2» pour la production de chaleur. Il est quasiment « zéro fluide frigorigène » dont les gaz sont à très fort pouvoir réchauffant et à longue durée de vie dans la mesure où seule une installation multisplit de classe A+ est réservée au local informatique.

L’élimination des matériaux de construction ne représente qu’une part négligeable dans l’écobilan global. Il est à noter que l’ensemble des constituants du bâtiment sont entièrement dissociables, permettant de faciliter une déconstruction sélective.

3 Conditions du site

Exigence 39) Le fichier météo fourni (voir figure 44) sera utilisé pour les simulations dynamiques et autres argumentations techniques pour les choix de type bio-climatique et techniques


Confirmation que le fichier météo utilisé pour les simulations est bien Chambéry 2005 tel que fourni dans le dossier de candidature.

Nous confirmons bien l’utilisation du fichier météo de Chambéry 2005, qui nous a été communiqué dans le dossier de consultation.

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4 Présentation de la conception et des performances énergétiques

4.1 Processus de conception


=> Sur Planche Technique Le processus de conception énergétique (étapes ayant amené au projet proposé) sera décrit à l’aide d’un logigramme et d’un texte explicatif.

PRINCIPES DE CONCEPTION Nous n’avons pas voulu appliquer à la conception classique d’un édifice ce que certains appellent les “contraintes solaires“ ou environnementales (faible consommation, surisolation, peu ou pas d’énergies fossiles, bioclimatisme, etc…). Par un processus dialectique, nous nous sommes attachés au contraire à déconstruire et reconstruire les principes de la conception architecturale et technique d’un édifice pour aboutir à une nouvelle cohérence de notre méthode conceptuelle. Nous avons refusé l’arbitraire et le compromis. Une telle démarche impose un travail d’équipe associant en permanence architectes et bureaux d’études dans l’exploration de tous les scénarios possibles menant à l’excellence performancielle. C’est ainsi qu’après avoir exploré les possibilités de construire un bâtiment « zéro énergie », nous avons opté pour un bâtiment « zéro énergie fossile », « zéro fluides frigorigènes » et « zéro CO2 sur le chauffage et rafraîchissement » compatible avec les exigences fonctionnelles et économiques du projet et sa reproductibilité. Cette approche transversale et contextuelle a conduit à un plan masse articulant les exigences urbaines et fonctionnelles (respect des axes d’implantation, accès, stationnement…) avec la prise en compte des facteurs climatiques (héliotropisme en particulier) et de ses quatre éléments (l’air – la terre – le feu – l’eau). Le bâtiment lui-même répond aux exigences de confort et de consommations requis grâce à l’étude de trois stratégies saisonnières : - Une stratégie d’hiver, - Une stratégie d’été, - Une stratégie d’intersaisons. LES PRINCIPES MIS EN ŒUVRE Dans cette démarche, le premier stade a consisté à limiter les de chaleur et de froid. Pour cela, nous avons : - Optimisé la compacité du bâtiment, limitant les surfaces déperdantes et offrant le meilleur

rapport entre celles-ci et les volumes chauffées : un rectangle de 45mx55m, rendu possible grâce à la présence d’un atrium central,

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- Hyper isolé les parois, offrant des coefficients de déperditions bien en dessous de la réglementation en vigueur (U = 0.19w/m2.°C pour les parois opaques, Uw = 1.1w/m2 pour les parois vitrées) et traités l’ensemble des ponts thermiques (la majorité étant évitée grâce à l’emploi d’une isolation par l’extérieur).

Le second a été l’optimisation des apports gratuits, internes et externes, permettant la valorisation des facteurs climatiques dans la production du confort, grâce à : - La mise en œuvre de façades différenciées dont la dynamique permet de jouer un rôle de

véritable filtre permettant de dériver le climat intérieur que l’on veut contrôlable et confortable du climat extérieur incontrôlable et souvent inconfortable ;

- L’utilisation d’une inertie maximum (700Kj/m2), répartie dans les planchers et les

façades, permettant ainsi de respecter les exigences de flexibilité requises ; - La création d’un atrium central au climat tempéré et contrôlé, favorisant la ventilation des

locaux. Le troisième point est la mise en œuvre d’équipements complémentaires de chauffage (production et émission de chaleur), de ventilation, de rafraîchissement ou de climatisation en cohérence avec le bâtiment, les plus simples possibles, fiables, et limitant au maximum leur impact environnemental (exclusion du recours aux énergies fossiles et aux liquides réfrigérants par exemple).

4.1 Synthèse de la conception


=> Sur Planche Technique Les différents aspects énergétiques du projet seront présentés sur des planches explicatives.

4.1.1 Conception bioclimatique

1) Présentation de la logique de placement et orientation des masses en fonction des caractéristiques du site

2) Coupe du bâtiment avec description des caractéristiques bio-climatiques générales

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4.1.2 Ventilation naturelle, contrôle climatique estival

Les principes généraux de ventilation naturelle seront explicités sur des coupes du bâtiment. Un texte explicatif complétera le graphique. Les modes de fonctionnement saisonnier, diurne-nocturnes seront tous représentés.


Des données numériques des débits d’air dans les différents modes seront fournies.

Les principes seront également détaillés par typologie de zone.

Les principes de gestion de la façade seront également décrit d’un point de vue fonctionnel.

Voir §Schémas 2.7.2.1 et §2.7.2.2 associé au principe des occultations au § 2.3.1

4.2 Eclairage naturel

Le niveau d’éclairage naturel sera présenté sous la forme niveau de facteur de lumière du jour (et optionnellement, en plus avec les niveaux d’éclairement (lux)).

Exigence 40) (on prendra le local de bureau (fiche n°4) pour le calcul)

Voir sous 2.2.2 et compléter si nécessaire.

Voir § 2.2.2 pour le local 04 et 2.2.3 pour les circulations

4.3 Protections solaires


Compléter l’information déjà présentée au chapitre 2.3.1

Voir § 2.3.1

4.4 Plans

4.4.1 Coupe de la structure et des façades pour un bureau type (échelle 1 :20)

Exigence 41) Fournir une coupe (échelle 1 :20) du local de bureau (fiche n°4) pour la présentation


4.4.2 Structure et façades

Une coupe de la structure et de la façade à l’échelle 1 :20 avec dimensions (cotes) sera présentée.

Les choix de matériaux seront également indiqués sur les plans (voir également la liste des composants).

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4.4.3 Intégration des systèmes de distribution d’énergie chaleur (et froid le cas échéant)

Les principes de distribution d’énergie seront également représentés sur la coupe.

Voir § 2.4.2 à 2.4.4

4.5 Performances énergétiques

4.5.1 Bilan énergétique des besoins de chaleur selon EN Standards: EN13790


Voir 2.5

4.5.1.1 Données sur l’enveloppe du bâtiment

Les caractéristiques des éléments d’enveloppe ainsi que leurs surfaces seront présentés sous forme tabulaire selon le modèle de la figure 62.

Exigence 42) Tableau de présentation d'éléments d’enveloppe du bâtiment selon un schéma identique à la Figure 59


Tableau de présentation des caractéristiques thermiques des éléments de l’enveloppe du bâtiment.

Voir § 2.3 et 2.3.1


Les ponts thermiques seront décrits et des calculs justifiant les valeurs prise (de manière ponctuelle, ou linéaire). Ces valeurs seront utilisées pour le calcul du bilan thermique selon EN13790 (voir plus loin)

Voir § 2.3.1

4.6 Contrôle climatique

4.6.1 Contrôle climatique des zones bioclimatiques

Un calcul par simulation dynamique thermo-aéraulique des températures (en prenant le même scénario que sous 4.5.1) et un classement des ces dernières par occurrences (calcul des locaux fiche n°4 (bureau) et n° 19 labo de synthèse).


Voir 2.7.2.2.

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4.7 Installations techniques

Exigence 43) Chaque installation technique fluide sera présentée sous forme schématique de principe avec les grandeurs physiques (débits, température, … sur les différents fluides (air, eau, …). Les cas de fonctionnement et de régulation seront explicités textuellement ou schématiquement


Compléter l’information déjà présentée au chapitre 2.4.5 et 2.4.6.

Voir 2.4.5 et 2.4.6

iinnssttiittuutt nnaattiioonnaall ddee ll’’eenneerrggiiee ... · modestement à l’inertie...

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