séminaire d'introduction minergie "tour de suisse 2013": construire et rénover pour...

www.minergie.ch MINERGIE® – Tour de Suisse romande 2013| Séminaire d’introduction

Enjeux et exemples dans la conception de bâtiments Minergie, Minergie - P


Manuel Bauer

Flourentzos Flourentzou

Estia SA Parc scientifique EPFL

1015 Lausanne

Document élaboré par


Thèmes abordés

• Enveloppe du bâtiment: isolation, ponts thermiques, fenêtres

• Aération: principes, possibilités

• Confort d’été

• Production de chaleur et Energies rénouvelables

• Evolution vers les labels Minergie-eco, Minergie-A


C: Villa mitoyenne à Illkirch (2009)

Construction neuve Minergie-P, haute qualité de l’enveloppe

Minergie GE-005-P

Minergie VD-626

B: Maison Villageoise à Corcelles (2011)

Rénovation Minergie, énergies renouvelables

A: Ecoquartier Les Fontenettes, Carouge (2012-2016)

Construction de 7 immeubles R+8 Minergie et Minergie-P

335 logements HBM

Minergie F-67-001-P

Exemples d’application


Enveloppe du bâtiment Isolation - ponts thermiques - fenêtres


Le périmètre isolé, zone chauffée

(a) (b) (c)


A. Locaux non-chauffés au rez et au sous-sol

Suppression des logias

Intégration des locaux non chauffés aux rez de chaussée

Forte pénalisation de la cage d’escaliers ouverte

B. Quelques locaux non-chauffé au sous-sol

Entrée non-chauffée hors périmètre isolé

Découpage et regroupement zones NC

Périmètre isolé claire


Exigence primaire sur l’enveloppe

Valeur Limite Qh.li SIA 380/1 (MJ/m2)

Exemple Qh,li = 140 MJ/m2 = 100%

Qh

Besoin de Chaleur Qh (MJ/m2)

(facteur de forme de 1.3)

Neuf Rénovation

Minergie P 60%

SIA 380/1 100%

Minergie, Minergie-A 90%

125% SIA 380/1

80 % Minergie P

Bilan thermique


Exigences ponctuelles (valeur U)

SIA 380/1 (2009) Minergie (2009) Minergie-P

Eléments opaques

(neuf) 0.2 0.15 (module)

0.1

(cible)

Eléments opaques

(rénovation) 0.25 0.15 (module)

0.1-0.15

(cible)

Fenêtres 1.3 1.0 (module) 0.8-1.0

(cible)


U≤0.15 W/m2K

Uw≤1.0 W/m2K Fenêtres

Murs/Toiture

Module Minergie obligatoire seulement pour solution standard

Autres modules: pour industrie et dépôts, pour modernisation d’éléments

Modules Minergie


Isolation performante

(λ=0.031 W/mK)

Isolation standard

(λ=0.037 W/mK)

Façade compacte

support béton

SIA 380/1 2007 U=0.25 W/m2K

14 cm 12 cm

SIA 380/1 2009 U=0.2 W/m2K

18 cm 15 cm

Minergie-P U=0.1 W/m2K

36 cm 30 cm

Epaisseur et qualité de l’isolant


SIA 380/1 2008 U=0.25 W/m2K

15 cm 15 cm 13 cm

SIA 380/1 2009 U=0.2 W/m2K

20 cm 19 cm 16 cm

Minergie-P U=0.1 W/m2K

46 cm 39 cm 32 cm

Façade ventilée

support béton

Ossature bois

(λ=0.034 W/mK)

Console Alu

(λ=0.036 W/mK)

Isolation

performante

Support à vis

(λ=0.031 W/mK)

Mode constructif et qualité de l’isolant


exemples de produit de fixation performant

Réf: système «phoenix» Isover/Wagner

Mode constructif et qualité de l’isolant


Isolation dans ossature bois

38 cm laine de cellulose + 5 cm laine minérale - parois ossature bois et toiture 20 cm de mousse phénolique sous chape - plancher

Isolation enveloppe existante (1999) 16 cm de laine minérale – toiture 8 cm doublage intérieur parois en laine minérale 6 cm EPS isolation sous chape – contre terre

Isolation périphérique ventilée

20 cm de laine de verre, consolles métaliques avec rupture thermique (U 0.15-0.18) 20 cm de EPS λ-0.029 toiture 6 cm PUR + 3 cm EPS sous-chape

Principes d’isolation


Ponts thermiques: maîtrise des détails


Gains solaires et déperditions

g = 20 – 70%

Uw = 0.8 – 4 W/m2K

g = 1 – 6%

U = 0.1 – 1 W/m2K

Vitrage Mur


Qualité des verres et fenêtres

(*) valeur indicatives pour dim. Normalisée 155x115, Uf=1.3, Ψ int=0.05.


Performances des cadres (W/m2K)

Bois

Uf = 1.1 à 1.9

Bois / Metal

Uf = 1.2 à 2.2

PVC

Uf = 1.0 à 2.4

Metal rupture

thermique

Uf = 1.4 à 3.5

sources illustrations: Egokiefer / Wicona


Fenêtre, effet de la découpe

La valeur Uw de la fenêtre tient compte :

- du verre (Ug au centre = 1.1 W/m2K)

- du cadre - de l’intercalaire

Uw = 1.3 Uw =1.45 Uw =1.6


Fenêtres, effets de la découpe

Isolation

Lumière naturelle Apports solaires

avant

après


Maîtrise de la surchauffe estivale


Principe

• Gains thermiques limités

• Masse thermique apparente

• Rafraichissement passif Ouverture la journée lorsque dehors il fait plus frais Ouverture la nuit pour décharger la chaleur Free cooling

Absorption des gains thermiques journaliers Décharge de la chaleur pendant la nuit

Protection solaire efficace extérieure Apports internes réduits (éclairage, appareils classe A)

Un bâtiment massif, avec des protections solaires, qui s’ouvre pendant la nuit, ne surchauffe jamais en Suisse


10

15

20

25

30

35

30.6 1.7 2.7 3.7 4.7 5.7 6.7 7.7 8.7

Partie vitrée et protections solaires

Local lourd, ventilé la nuit, faibles gains solaires: 99 heures de surchauffe Même local, tout vitré avec stores intérieurs: 1983 heures de surchauffe

Vitré 80%, protections solaires intérieures Chambre 3X5 Dalles et parois béton Ventilation nocturne Localisation: Genève

Simulation 382/1 avec DIAL+ Cooling

Vitré 14%, protections solaires extérieures


10

15

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30

35

30.6 1.7 2.7 3.7 4.7 5.7 6.7 7.7 8.7

Masse thermique apparente

Chambre 3X5 Fenêtre 1.6X0.8 (14% vitr) Ventilation nocturne Localisation: Genève


Local lourd, parois et dalles en béton

Local léger, construction ossature bois

Local lourd, faibles gains solaires, ventilé la nuit: 99 heures de surchauffe Même local, ossature bois sans masse: 300 heures de surchauffe


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30.6 1.7 2.7 3.7 4.7 5.7 6.7 7.7 8.7

Possibilité de ventilation nocturne

Chambre 3X5 Fenêtre 1.6X0.8 (14% vitr) Parois et dalles en béton Localisation: Genève


Ventilation mécanique de base

Ventilation de base + naturelle nocturne

Local lourd, faibles gains, ventilé la nuit: 99 heures de surchauffe Même local, pas ventilé pendant la nuit: 2038 heures de surchauffe


Volets, apports solaires limités

Masse thermique apparente (noyau maçonnerie, sol)

Ventilation nocturne (fenêtre de toit motorisée, entrées impostes)

Volets roulants

Apport de masse thermique par mur mitoyen

Chape au rez

Stores à lamelles

Pas besoin de mesures particulières supplémentaires (petite fenêtres, affectation logement sans gains)

Confort estival


Aération Principes / Possibilités


Pourquoi aérer

odeurs

vapeurs d'eau

CO2

gaz, vapeurs, aérosols toxiques

chaleur extérieure gains internes

contact avec la saison courant d'air par temps chaud

• évacuer les polluants

• évacuer la chaleur

• besoins psychologiques


Exigences sur l’aération

Ouvertures spécifiques à prévoir (fenêtres, inst. Aération,..)

Aération automatique (6 systèmes possibles)

Double-flux


Exigences sur la perméabilité à l’air

Enveloppe étanche. Valeurs limites fixées dans la norme

Selon SIA 180

Exigences accrues. Contrôle Blowerdoor exigé


6 systèmes d’aération Minergie

1. aération douce (double-flux)

2. extraction simple

3. aération douce par pièce

4. aération douce + récupération

ecs

5. extraction simple + récupération

ecs

6. ouverture automat. de fenêtres

Cuisine

Bain

WC

Séjour

Chambre

Repas Air neuf Air rejeté

Air pulsé

Air vicié

RC


entrées et sorties simple-flux hygroreglables

système performant de ventilation double-flux et de récupération de chaleur

Ventilation: toujours adaptée et contrôlée


Production de chaleur et énergies renouvelables


Enveloppe performante et bon facteur de forme Optimisation avant les choix techniques: liberté de choix de la production de chaleur, économie d’investissements

Distribution à basse température Meilleur rendement pour les chaudières à condensation (gaz, mazout) Amélioration sensible du COPA pour les PAC

Puissance de chauffage (kW) Adapter la puissance aux besoins (investissement, optimisation du fonctionnement)

Approvisionnement, prix combustible Bois, Pétrole, Gaz, Electricité ? Mise en service Régulation, équilibrage, isolation des conduites (chauffage et ventilation)

Production de chaleur: éléments déterminants


Renouvelable, effet de serre Mazout, Gaz -> non renouvelable, émission CO2 Bois -> bilan CO2 neutre, mais ressource limitée PAC -> 2 à 4 parts renouvelables, 1 part électrique Solaire (passif, actif) -> renouvelable, pas de transport

0

0.5

1

1.5

Mazout, Gaz Bois PAC Solaire(passif, actif)

Facteurponderation Minergie/efficacité

Energies renouvelables


PAC air/eau externe (10 kW) chauffage (3.7 kW), appoint eau-chaude (30%) Solaire thermique (7 m2) ECS (70%) Indice pondéré Minergie-P 25.4 kWh/m2 (limite 30)

SRE: 258 m2

Production de chaleur et consommation


Indice Minergie 0 kWh/m2

Projet Optimisé Installations techniques ✔ Circulateurs classe A Isolation enveloppe ✔ Enveloppe très performante (Minergie-P) ✔ Enveloppe étanche: n50,st = 0.58 h-1 ✔ Energie grise 25 kWh/m2 (limite 50 kWh/m2an) ✔ Indice Minergie pondéré 25 kWh/m2an

Production d’énergie ➔Photovoltaique 25 m2 (3000

kWh/an)

Facteur pondération

Minergie

Passer à MINERGIE-A®?


Chaudière à buche (18 kW) Chauffage + ECS (45%)

Solaire thermique (5.5 m2) ECS (55%)

Indice pondéré Minergie 2010 56 kWh/m2 (limite 60) SRE: 274 m2 Consommation: 12 stères



Projet Optimisé Installations techniques ✔ Circulateurs classe A ➔ Chaudière à buche rendement: 85% ➔ Chauffage solaire et ECS 20m2 Isolation enveloppe ✖ Toiture 24cm ✖ Plancher contre terre 12cm ✖ Cloison contre non-chauffé12cm ➔ Changement dernières fenêtres de 1992 ✖ Enveloppe étanche: n50,st = 1.5 h-1 ✔ Energie grise (yc Reno 1999) 16 kWh/m2an

(limite 50 kWh/m2an) ✔ Indice Minergie pondéré 47 kWh/m2an

Indice Minergie 0 kWh/m2

Production d’énergie ✔ Toiture Photovoltaique

48 m2 (6400 kWh/an)


Minergie



PAC chauffage à distance basse température à 40°C – récup. de chaleur des eaux usées pour le chauffage et l’ECS (66%) Chaudière à gaz locale (33%) Indice pondéré Minergie-P 29 kWh/m2 (limite 30)

SRE: 30’000 m2



Indice Minergie 29 – 9 = 20 kWh/m2

Projet Optimisé Installations techniques ✔ Modulation ventilation jour-nuit ➔ Optimisation COP à 5 ✖ Capteurs solaires ECS Isolation enveloppe ✔ Enveloppe très performante (Minergie-P) ✔ Enveloppe étanche: n50,st ≤ 0.6 h-1

✔ Energie grise 30 kWh/m2 (limite 50 kWh/m2an) ✔ Indice Minergie pondéré 29 kWh/m2an

Production d’énergie ➔ Toiture Photovoltaique 140 m2

(20’000 kWh/an, 9 kWh/m2a)



Minergie


Energie grise ✔ Energie grise 106 MJ/m2 ➔ Optimisation parement façade (-13 MJ/m2)

0

50

100

150

200

biland'énergiegrise

Lumière naturelle ✔ Autonomie >50%

Ecologie dans la construction, bruit, qualité de l’air ➔ Suivi et optimisation du choix des matérieux

Projet Fontenettes simulation DIAL+ Lighting

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

Base Optimisation

bilan énergiegrise (MJ/m2)

Limite Minergie-A

Limite Minergie-eco max

Limite Minergie-eco min

Passer à MINERGIE-ECO®?


Questions ?


A. Les Fontenettes Construction d’un quartier HBM de 335 logements en MINERGIE-P®

Maître de l'ouvrage

Architecte

Physique du bâtiment

Projet

Réalisation

Adresse

SRE

Fondations HBM Emma Kammacher

et ville de Carouge pour l’espace

public

Frundgalina sa architectes fas sia

Estia SA, Lausanne

2008-2012

2012-2017

Carouge

30 450 m2


Heinz MEIER

Estia SA

Parc scientifique EPFL

1015 Lausanne

1998-1999, 2011

Corcelles-près-Concise

274 m2

Architecte


Concept technique

Réalisation

Adresse

SRE

B. Rénovation d’une maison villageoise à Corcelles


Habitat de l’ILL

Illkirch, France

Pimmel Architecte, Mulhouse

Dorean, Burnhaupt le haut

Estia SA, Lausanne

OTE ingénieurie, Illkirch

2007-2008

2009

254 m2

Maître de l'ouvrage

Architecte

Constructeur


Ingénieurs CV

Projet

Réalisation

SRE

C. Construction d’une maison MINERGIE-P® à Illkirch (Alsace)

séminaire d'introduction minergie "tour de suisse 2013": construire et rénover pour...

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