1EcoEco--conception des btiments, mthode EQUERconception des btiments, mthode EQUER

Bruno PEUPORTIERMines ParisTech CEP

ICEB caf, 25 novembre 2008

1

Plan de la prsentationPlan de la prsentation

Rappel de la mthode (cf. ICEB caf prcdent)

Liens avec dautres approches (INIES, outils europens)

Nouveaux dveloppements et amliorations

Etudes de cas :Maisons passives Formerie

Rhabilitation HLM Montreuil

Quartier Lyon Confluence

Conclusions et perspectives

22

coco--conceptionconception

Prendre en compte les aspects environnementaux dans la conception

Prservation des ressources (nergie, eau, matriaux, sol), protection des cosystmes, au niveau plantaire (climat, ozone), rgional (forts, rivires), local (dchets, qualit de lair)

Liens environnement-sant

Approche dingnieur qui peut tre applique aux btiments, galement par des architectes

3

Outil de travail : analyse de cycle de vieOutil de travail : analyse de cycle de vie

Dfinition du systme (btiment, transport ?)

Phase dinventaire, substances mises et puises dans lenvironnement

Matires premires, combustibles

missions dans lair

missions dans leau

missions dans le sol, dchets

Calcul dindicateurs environnementaux (ex. eq. CO2)

Interprtation des rsultats, comparaison de variantes architecturales ou techniques

34

Mthode EQUER Mthode EQUER

11rere tapetapeDescription 2D Description 2D 3D3DLogiciel ALCYONELogiciel ALCYONEcf. www.izuba.frcf. www.izuba.fr

Plan autocad en image de fond

5

Modlisation du btiment, interface Modlisation du btiment, interface PleiadesPleiades

Description du site et du climat

Choix des matriaux et composants

+ scnario dusage (logements, bureaux, cole)

46

Simulation thermique, logiciel COMFIESimulation thermique, logiciel COMFIE

Besoins de chauffageBesoins de chauffageet de rafrachissementet de rafrachissement

Profils deProfils detempraturetemprature

7

Validation du modleValidation du modle

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

Cas

e 60

0

Cas

e 61

0

Cas

e 62

0

Cas

e 63

0

Cas

e 64

0

Cas

e 65

0

Cas

e 90

0

Cas

e 91

0

Cas

e 92

0

Cas

e 93

0

Cas

e 94

0

Cas

e 95

0

Cas

e 96

0

Cas

e 19

5

Cas

e 20

0

Cas

e 21

0

Cas

e 21

5

Cas

e 22

0

Cas

e 23

0

Cas

e 24

0

Cas

e 25

0

Cas

e 27

0

Cas

e 28

0

Cas

e 29

0

Cas

e 30

0

Cas

e 31

0

Cas

e 32

0

Cas

e 39

5

Cas

e 40

0

Cas

e 41

0

Cas

e 42

0

Cas

e 43

0

Cas

e 44

0

Cas

e 80

0

Cas

e 81

0

beso

ins

de c

hauf

fage

(Kw

H)

MinMaxComfie

Comparaison avec 8 autres codes (TRNSYS, DOE, SUNREL, ESP,) 35 cas : +14% / moyenne, +2% / maximum

Comparaison avec des mesures,par exemple cellule-test avec vrandaau CEN-Cadarache

58

EquerEquer, donnes complmentaires, donnes complmentaires

Dures de vie, consommation deau, dchets, transport

9

EquerEquer, base de donnes dICV, base de donnes dICV

Base Oekoinventare 1996 (ETHZ) puis www.ecoinvent.ch

610

EQUER : simulation du cycle de vieEQUER : simulation du cycle de vie

Calcul par pas de temps dun an sur une dure danalyse,80 ans par exemple

11

EQUER, rsultatsEQUER, rsultats

12 indicateurs environnementaux pour les 4 phases

712

EQUER, comparaison de variantesEQUER, comparaison de variantes

13

Contribution des diffrentes phasesContribution des diffrentes phases

814

EQUER, exemple dcoEQUER, exemple dco--profilprofil

Unit commune tous les indicateurs :Unit commune tous les indicateurs :quivalentquivalent--habitanthabitant--anneanne

15

Comparaison doutils ACV europens (PRESCO)Comparaison doutils ACV europens (PRESCO)

Maison suisse ossature bois, chauffage gaz, 80 anscarts +- 10% sur le cycle de vie

tons CO2 eq.

0100200300400500600700

BECO

ST

ECO-

QUAN

TUM

ECOS

OFT

ENVE

ST 2

EQUE

R

ESCA

LE

LEGE

P

wood, end of lifewood, operationwood, construction

916

Travaux europens en coursTravaux europens en cours

PRESCO -> identification de diffrences entre mthodes -> besoin dharmonisation

ENSLIC : tat de lart, propositions dharmonisation et diffusion des connaissances

Normes ISO (cadre gnral) et CEN (indicateurs faisant consensus)

LORE-LCA, dmarrage en 2009, recherches sur les points durs (bilan CO2 du bois, recyclage), validation des simplifications, aide linterprtation

17

Base INIES : www.inies.frBase INIES : www.inies.fr

Essai pour constituer une bibliothque compatible avec EQUER partir de la base INIES

Problme des units fonctionnelles, par ex. 1 m2 de mus bton pais de 12 cm 1 kg de bton

Simplification des inventaires, exemple : dioxines

Pas de procd (chauffage, etc.), fin de vie non modlise (incinration, recyclage), transport fixe

Pas de calcul matriciel (interactions entre secteurs)

-> discussions en cours dans le projet COIMBA

10

18

Points forts et limitesPoints forts et limites

Validation et inter-comparaison, mais incertitudes sur certains indicateurs (toxicit par exemple)

Donnes gnriques pour le moment

Interface utilisateurs conviviale -> quelques journes de travail pour une tude, compatible avec la pratique professionnelle mais ncessite une expertise (2 jours de formation)

Outil diffus (2000 licences Pleiades) mais encore peu dexigences de performance ACV dans les programmes, complexit du multi-critres / CO2

19

Nouveaux dveloppements et amliorationsNouveaux dveloppements et amliorations

Nouveaux composants : puits canadiens , solaire thermique et photovoltaque, pompes chaleur et micro-cognration, MCP (en cours)

Travaux sur les mouvements dair (infiltrations, ventilation naturelle en particulier lt)

Chanage avec des calculs dclairage (Radiance)

11

20

Photovoltaque intgr aux btimentsPhotovoltaque intgr aux btiments

Production dlectricit en fonction de la temprature, donc du mode

dintgration au bti (modules ventils, extrieurs ou couverture

vranda)

Production dlectricit et de chaleur si PV hybride

Collecte de donnes danalyse de cycle de vie

21

ACV des systmes photovoltaques, rsultatsACV des systmes photovoltaques, rsultats

temps de retour nergtique (ans)

0

1

2

3

4

5

6

7

PV, O

ekoin

venta

re

PV, C

arneg

ie Me

llon

temps de retournergtique (ans)

12

22

Echangeurs air / sol (Echangeurs air / sol ( puits canadienspuits canadiens ))

Maison de retraite Presles (95), 2004Modle de sol, collab. avec INSA ToulouseMaillageSimulation dynamique

Salle de 240 m28 tubes de 40 m de long 1,6 m de profondeur0,9 (hiver) 1,5 (t) vol/h150 -> 30 degrs joursdinconfort (base 24C)

23

Modlisation du solModlisation du sol

-5,00

0,00

5,0010,00

15,0020,00

25,0030,00

35,00

1 31 61 91 121 151 181 211 241 271 301 331 361

Temps (jours)

Tem

pra

ture

(C)

0 m1 m2 m3 m4 m5 m7 m9 m

Approximation sinusodale, massif semi-infini

13

24

Maillage du systme tudi (sol + tubes enterrs)Maillage du systme tudi (sol + tubes enterrs)

Thse, validation du modle et intgrationdans des btiments nergie positive

25

Nouveaux indicateurs dACVNouveaux indicateurs dACV

Objectif : progresser vers lvaluation des dommages

Toxicit : annes de vie perdues, quivalence pour diffrents handicaps -> un seul indicateur : DALY (Disability adjustedLife loss years)

Eco-toxicit : % despces disparues sur une surface de territoire et sur une certaine dure : PDF x m2 x an (percentage disappeared fraction of species)

Energie primaire, nouvelles conventions

Epuisement des ressources : eq. Antimoine pour viter les trs petites valeurs (quantit / rserves -> 10-16)

14

26

Indicateurs drivs de modlesIndicateurs drivs de modles

missions, compartiments cologiques, transport, (bio)dgradation -> PEC, transferts (air,eau,nourriture), dose, effet (1/concentration seuil, ex. PNEC)

180 substances, concentration de fond -> 46 substances (modle EUSE)

chelle de temps,interactions, ...

Modles orients effets : DALY (Disability adjustedLife loss years), PDF x m2 x an (percentagedisappeared fraction of species)

27

Actualisation de la base de donnesActualisation de la base de donnes

Ecoinvent 2003 puis 2007

Donnes plus prcises, mais base payante (1500 )

Ncessit de contextualiser certaines donnes (pour les donnes correspondant une production en Suisse, mix de production changer)

15

28

Bois et stockage de COBois et stockage de CO22

Photosynthse (simplification) :

8.4 CO2 + 12 H2O -> C8.4H12O5.4 + 8.7 O2 + 6 H2O

1.85 kg CO2 pour 1 kg de bois

Procds : plusieurs kg pour 1 kg final, trononneuse, transport, schage, scie

potentiel de rchauffement global : entre -1.44 et -1.7 kg CO2 par kg de produit final

Fin de vie : incinration : +1.47 kg CO2, dcharge : +0.0036 kg CO2

Stockage sur la dure de vie

29

Exemple dapplication : Formerie (Oise)Exemple dapplication : Formerie (Oise)

2 maisons passives, Oise, 2 x 135 m2Entreprise : Les Airelles

16

30

Rsultats des simulations, hiverRsultats des simulations, hiver

Variation des besoins de chauffage enfonction de lpaisseurdisolation

6 kWh/m2/an

Besoins annuels de chauffage

0

10

20

30

40

50

60

70

80

RT2005 Maison passive

kWh/

m2

Comparaison la rfrence RT2005avec la mme gomtrie

Chauffage 19C

31

Rsultats des simulations, t (canicule 2003)Rsultats des simulations, t (canicule 2003)

Tempratures en priode caniculaire,degrs-jours >27Cdiviss par 2 avec le puits canadienClimatisation :

2,5 kWh/m2

40C

34C

Modlisation dupuits canadien

31,5Cavec le puits

sans climatisation :

17

32

Rsultats de lanalyse de cycle de vieRsultats de lanalyse de cycle de vie

0100200300400500600700800

RT2005 maisonpassive

tonn

es d

e C

O2

dmolitionrnovationfonctionnementconstruction

2 maisonsSur 80 ans

Comparaison la rfrenceRT2005 avecchauffage gaz

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

RT2005 maison passive

dm3

de d

che

ts ra

dioa

ctifs

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

RT2005 maison passive

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

RT2005 maison passive

ann

es d

e vi

e pe

rdue

sIntrt de lnergie positive

33

Btiment HLM MontreuilBtiment HLM Montreuil

Construction : 1969, non isol, simple vitrageConstruction : 1969, non isol, simple vitrageBesoins de chauffage : 160 kWh/m2/anBesoins de chauffage : 160 kWh/m2/an

18

34

Analyse du site, exposition des faadesAnalyse du site, exposition des faades

Cette faade se prte-t-elle la valorisation solaire ?

35

Etude des masques, exposition des faadesEtude des masques, exposition des faades

Juin

Dcembre

azimut, 0 = sud90 = ouesthauteur

0 = horiz.90 = vert.

19

36

Evolution des vitragesEvolution des vitrages

-400

-300

-200

-100

0

100

200

simple

vitra

ge

doub

le vit

rage

couc

he du

re

couc

he te

ndre

argon

triple

vitrag

emu

r

kWh/

m2/

an

gains kWh/m2pertes kWh/m2

37

Rsultats de lanalyse thermiqueRsultats de lanalyse thermique

40

60

80

100

120

140

160

180

0 2 4 6 8 10 12 14

paisseur d'isolant (cm)

beso

ins

de c

hauf

fage

(kW

h/m

2/an

) simple vitrage

double vitrage

vitrage basse missivit

balcon vitr

20

38

Orientation des faadesOrientation des faades

Faade sudFaade sud Faade ouestFaade ouest

39

Et 2003Et 2003

August 1-14 2003

05

101520253035404550

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

days

tem

pera

ture

s (C

)

OutdoorBalconyLiving roombedroom

21

40

Epaisseur disolationEpaisseur disolation

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

0 10 20 30 40 50

insulation thickness (cm)

CO

2 em

issi

ons

(tons

)

constructionoperationtotal

41

Rsultats de lanalyse de cycle de vie, outil EQUERRsultats de lanalyse de cycle de vie, outil EQUER

00.20.40.60.8

1

GJENERGY

m3WATER

E-9RESOUR.

t eqWASTE

dm3RADWASTE

t CO2GWP100

kg SO2ACIDIF.

kg PO4EUTROP.

m3ECOTOX-W

kgO3-SMOG

Mm3ODOUR

Montreuil beforeMontreuil renoMontreuil euroMontreuil wood

EQUERBuilding life cycle simulation tool

22

42

Btiment aprs rnovationBtiment aprs rnovation

Besoins de chauffage rduits de 32%Besoins de chauffage rduits de 32%

43

Projet europen SOLANOVA, HongrieProjet europen SOLANOVA, Hongrie

Ventilation double fluxTraitement des ponts thermiquesConsommation de chauffagemesure : 39 kWh/m2/an(rduction dun facteur 4)

23

44

Projet europen eProjet europen e--coco--housinghousing

Montreuil (arch. J. Brl)

Trondheim (Norvge)

45

00,20,40,60,8

11,2

ENERGY 3,79E+05 GJ

WATER 8,09E+05 m3

RESOURCE 1,93E+02 E-9

WASTE 2,27E+04 t eq

RAD. WASTE 7,64E+02 dm3

GWP100 1,04E+04 t CO2

ACIDIF. 2,20E+04 kg SO2

EUTROPH. 3,63E+04 kg PO4

ECOTOX-W 8,28E+07 m3

HUM-TOX. 5,99E+04 kg

O3-SMOG 1,16E+04 kg C2H4

ODOUR 1,34E+05 Mm3

StandardBasicImproved

Comparaison Comparaison dd alternativesalternatives

ARIADNEARIADNE ALCYONE COMFIE EQUER ARIADNE

Projet Besoins de chauffage KWh/m2/an

Energie primaire GJ/m2/an

Emissions de CO2 kg CO2/m2/an

Svartlamon 60 0.78 4 Montreuil 50 1.25 30 Dunaujvaros 30 0.93 35

24

46

Exemple dapplication : Lyon ConfluenceExemple dapplication : Lyon Confluence

lots A, B etC, environ 60000 m2 delogements et15 000 m2 debureaux, 70000 m2despacesverts, rues,quais

Quelle est la performance environnementale de ce projet, pourrait-on lamliorer ?

47

Dmarche adopteDmarche adopte

Standard actuel : rglementation thermique, matriaux et techniques usuels

Projet, selon les objectifs du programme europen CONCERTO : RT 2000 40%, 80% de chaleur et 50% dlectricit (parties communes) par ENR

Meilleures pratiques : sur-isolation, triple vitrage, traitement des ponts thermiques, double flux ( maisons passives )

25

48

Modlisation des btiments, logiciel ALCYONEModlisation des btiments, logiciel ALCYONE

www.izuba.fr

plans par niveaux

-> vue 3D

49

3 lots, 20 btiments3 lots, 20 btiments

Prise en comptedes masquesgnrs par lesbtiments adjacents

26

50

Rsultats de lanalyse thermique, logiciel COMFIERsultats de lanalyse thermique, logiciel COMFIE

05

101520253035404550

Standard Base Meilleures PratiquesBes

oins

de

chau

ffage

en

kWh

/ m.a

n

Moyenne sur lensemble des btimentsVariation de 1 3 selon larchitecture(btiments 1 et 10 de llot B, mmes technologies)

51

Principales hypothses de lanalyse de cycle de viePrincipales hypothses de lanalyse de cycle de vie

Variante standard chauffe au gaz, 80% bois et 20% gaz dans les 2 autres variantes

lectricit du rseau en standard, 50% photovoltaque dans les 2 autres variantes

40% dconomie deau et 40% ECS solaire

clairage public au sodium

Quais et dalle ouest de llot C plus permables

Rtention de 90% des eaux pluviales, utilisation pour larrosage des espaces verts

27

52

Rsultats de lanalyse de cycle de vieRsultats de lanalyse de cycle de vie

Base : impacts environnementaux rduits saufco-toxicit et toxicit humaine (chaudire bois)Meilleures pratiques, rduction de tous les impacts

53

ConclusionsConclusions

Pas de HQE sans performance nergtique, intrt des ENR

Matriaux deviennent importants (30 kWh/m2), valuation par bilan sur le cycle de vie

Quelques outils, incertitudes, encore peu de donnes franaises fiables

Sant : encore plus de lacunes

Intgrer des niveaux de performance dans les programmes, ex. Lyon Confluence (CO2 et dchets radioactifs)

28

54

BibliographieBibliographie

La maison des ngawatts, T. Salomon et S. Bedel, Terre Vivante, 1999

Guide de lhabitat sain, S. et P. Doux, Medieco, 2004

Larchitecture cologique, Dominique Gauzin-Mller, Ed. Le Moniteur, 2001

Guide de larchitecture bioclimatique (tomes 1 5), ObservER, 1996-2003

Eco-conception des btiments et des quartiers, B. Peuportier, Presses de lEMP, 2008

55

Training for Renovated Energy Efficient Social housing (TREES)

site web : http://www.cep.ensmp.fr/trees/

Matriel pdagogique (transparents et textes) :- Techniques (isolation, vitrages, ventilation, solaire, quipements)- Outils (calculs thermiques, ACV, cots)- Etudes de cas (Allemagne, Sude, Norvge, Pays Bas,Hongrie et France)

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