Stratégie « Basse Energie » pour un bâtiment tertiaire climatisé ?

Réflexion : en isolant nos bâtiments, n'avons-nous pas déplacé le problème de l’hiver vers l’été ?...

Déperditions :

• Mur de façade : 0,4 W/m²K * 8 m² * (20-0) K + 1,5 W/m²K * 4 m² * (20-0) K = 184 W• Toiture : 0,3 W/m²K * 20 m² * (20-0) K = 120 W

TOTAL : = 304 W

Bilan thermique d‘hiver :

Exemple :bureau pour 2 personnes (4m x 5m x 3m)

surface au sol de 20 m², un jour ensoleillé, avec 0°C extérieur :

Apports :

• soleil fen. : 200 W/m² * 4 m² = 800 W

• 2 ordinateurs : = 260 W• Eclairage : = 200 W• 2 occupants : = 140 W

TOTAL : = 1400 W

Réflexion : énergie des bureaux, quel budget ?

• InvestissementHVAC : prix moyen d'installation de 200 €/m² contre 50 €/m² pour

une simple installation de chauffage…

• Exploitation (Source Kantoor 2000)

kWh/ m² x an €/ m² x an

Chauffage (8 c€ /kWh)

– Bâtiments construits avant 1975 : … 140 … …11 …– Bâtiments construits après 1975 : … 80 … … 6 …

Electricité (13 c€ /kWh)

– Bâtiments non climatisés : … 70 … … 9 …– Bâtiments climatisés : … 130 … … 17 …

Comparons la consommation de deux immeubles de bureaux-type :- un bâtiment de 1960 - un immeuble récent…

Cherchons à exprimer les consommations annuelles des bâtiments en fonction de la température extérieure :

Mais …. Consommation = Puissance x Temps

Consommation

T° extérieure

-10° 0° 10° 20° 30°

Puissance ?

A chaque T° ext. correspond

une Puissance de chauffage

ou de refroidissement.

Exemple pour une paroi :

Temps ?

( La T°ext. dépasse 24°C durant 150 h/an, soit 2 % du temps…)

A chaque T° ext. correspond un nombre d’heures durant l’année.Exemple année moyenne pour Bruxelles :

Conclusion : augmentation de la demande de refroidissement … mais surtout pour une T° extérieure comprise entre 15 et 24°C !

Refroidissement direct.

Conclusion 1 : si l’essentiel de la demande énergétique de froid se produit pour une T° extérieure < 24°C,... le bâtiment doit pouvoir s’auto-refroidir

• Stratégie 1 : perméabilité variable de l’enveloppe = free-cooling

• Stratégie 2 : circulation d'eau froide dans les planchers, eau refroidie "de manière naturelle  = slab cooling

• Stratégie 3 : intégration d’air frais extérieur dans la climatisation, conçue pour ne donner qu’un complément frigorifique en période de canicule

Refroidissement indirect.

Immeuble bureaux traditionnel

0

100

200

300

400

20 €/m²

kWh/m²

équipement

éclairage

ventilos-convecteurs des locaux

ventilateurs de pulsion

préparation de l'air : énergie latente

préparation de l'air : énergie sensible

refroidissement des locaux

chauffage des locaux

Consommation du bâtiment

Consommation en énergie primaire

Coût de la consommation

Réflexion : quels sont les consommateurs dans un immeuble de bureaux-type ?

Bâtiment traditionnel isolé

-160 000 000 -150 000 000 -140 000 000 -130 000 000 -120 000 000 -110 000 000 -100 000 000 -90 000 000 -80 000 000 -70 000 000 -60 000 000 -50 000 000 -40 000 000 -30 000 000 -20 000 000 -10 000 000

0 10 000 000 20 000 000 30 000 000 40 000 000 50 000 000 60 000 000 70 000 000 80 000 000 90 000 000

100 000 000 110 000 000

-9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

Température

extérieure

Demandes [kJ]

préparation de l'air - nrj latente (humidif.)

préparation de l'air - nrj sensible demande de froid des locaux

demande de chaud des locaux

Une demande de chauffage fortement centrée sur l’air neuf !

Décomposons le graphe des consommations :

Conclusion 2 : Nécessité de développer une stratégie globale !

C’est la composition architecturale (vitrages), c’est l’équipement intérieur (bureautique, éclairage, … ), c’est le débit d’air neuf, … qui créent la demande !

Apports solaires par ciel serein en Belgique,en fonction de l’orientation.

Conception de l'enveloppe ?

L’apport principal de chaleur est donné par le soleil…

Conclusion 1. Favoriser les vitrages verticaux au Sud

Evolution de l'énergie captée par une surface orientée au Sud en fonction de l'inclinaison.

Conclusion 2. Eviter les coupoles vitrées horizontales, les toitures vitrées d’atrium

?

Apports internes "light" : bureautique

… 130 Watts … … 40 Watts …

Réflecteur peint en blanc : rendement 50%

Tube nu : rendement 50%

Diffuseurs opalin : Rendement 30% Luminaire indirect : rendement 50%

Diffuseur en micro-grillerendement = 25 %

Apports internes "light" : éclairage

Autrefois :

Miroir au dessus du tube + ventelles anti-éblouissement : rendement minimum de 76%

Aujourd’hui, 8 W/m² sont suffisants pour atteindre les 500 lux sur les tables de travail et 300 lux dans l’ambiance.

Aujourd’hui :

Adieu à l’éclairage On-Off de papa…

Grâce au détecteur de luminosité,la lampe s’éteint si le soleil est présent.

Gestion par détecteur d'éclairage naturel : économie de …40…% sur la première rangée, de …20… % sur la seconde.

• Exploitation : … 20 … € /m² x an

• Location : … 200 … € /m² x an

• Personnel : (… 50.000 … € /pers x an) / (10 m² /pers) = … 5.000 … € /m² x an

L’efficacité énergétique est-elle rentable ?

Energie des bureaux : quel budget ?

21

Et pourtant certains se plaignent de leur système de climatisation : courant d'air, bruit, air malsain, ...

... pouvant entraîner nez bouché, gorge irritée, maux de tête, fatigue,...

On parle de « sick building syndrome »…

22

Pourquoi ?

23

• les plaintes semblent proportionnelles à l'impossibilité d'agir sur son environnement

• pourrait-on évaluer le confort : de pouvoir ouvrir sa fenêtre, de pouvoir fermer sa protection solaire, de pouvoir modifier sa consigne de température, de pouvoir diminuer ou dévier un jet d'air frais, ....

• pourrait-on évaluer le confort : d'être acteur de son environnement ?

24

• le type de construction des bâtiments climatisés ne serait-il pas trop "artificiel" ?

Locaux borgnes, sans éclairage naturel, sans vision vers l'extérieur, ...

25

Postes de travail sédentaires,

avec un horizon réduit à un écran...

26

Locaux sans inertie,

Espaces aseptisés, ...

27

Fenêtres non ouvrantes, ...

28

C'est esthétique ... mais on y vit comment ?

Conclusion 3 : la valorisation de l'air frais extérieur s’intègre dans une stratégie d’amélioration de la qualité de vie sur le lieu de travail.

En résumé :

1.Isoler ? oui, mais le bâtiment doit pouvoir s’auto-refroidir en été.

2.L’énergie est dans tous les postes : d’où la nécessité de développer une stratégie globale.

3. Basse énergie et qualité de vie : même combat !

C’est ce que nous détaillerons dans la suite du cours…