Conception d'un bâtiment à énergie positive

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Conception d'un bâtiment à énergie positive

Jérôme Lafréchoux7 mars – 5 août 2011

ITF : Ingénierie Thermique et Fluides – Puilboreau (17)

Stage en entreprise

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ITF – Ingénierie Thermique et Fluides

● ITF (Puilboreau, 17) – CITEC (Cognac, 16)

● Création 1994 – CA 1 million €

● MOE / AMO

● Public / privé – Logement / tertiaire / industrie

● Ingénierie CVC, électricité, notes de calculs réglementaires

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Plan

→Études thermiques réglementaires

Études de faisabilité et bilans de consommation

Simulation thermique dynamique

Conception d'un bâtiment à énergie positive

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Études thermiques réglementaires

● Logements neufs

● Maisons individuelles RT 2005

● Individuels et collectifs RT 2012 ≈ RT 2005 BBC

– Etude de variantes● Émission R+1 : panneaux radiants, radiateurs BT, PCBT ?● CESI ?● Isolation renforcée ?

1.1 1.2 2.1 2.2 2.3 3.1 3.2 3.30

10

20

30

40

50

60

70

80

Auxiliaires

Ventilation

Éclairage

ECS

Chauffage

Solution

Co

nso

mm

atio

n (

kWh

/ a

n.m

2 S

HO

N)

SPECIMEN É

TUDE

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Études thermiques réglementaires

● Rénovation résidence Berlioz à Surgères RT Ex

● 5 bâtiments, total SHON 5880 m2

● Isolation par l'extérieur, ECS solaire

● ≈ 60% gain sur Ubat et C

ep

● Certificats d'Économies d'Énergies : 13 870 MWh cumac

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Plan

Études thermiques réglementaires

→Études de faisabilité et bilans de consommation

Simulation thermique dynamique

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Études de faisabilité / bilans de consommation

● Réhabilitation d'un chais en logement

● 213 m2 SHON, charpente et murs pierre apparents

● 4 propositions de solutions énergétiques

– Plancher rayonnant électrique– PCBT / chaudière gaz condensation– PCBT / PAC géothermique– PCBT / PAC aérothermique

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Études de faisabilité / bilans de consommation

● Réhabilitation d'un chais en logement

14700 19400 30100 25400

2843 2835 1509 1664

> 50 12 9

91100 95600 70700 70100

Plancher rayonnant électrique

Plancher chauffant - chaudière propane

Pompe à chaleur

géothermique

Pompe à chaleur

aérothermique

Investissement(€ TTC)

Exploitation(€ TTC)

Temps de retour brut(années)

Coût global sur 20 ans(€ TTC)

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 200

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000

90000

100000

Plancher rayonnant électrique

Plancher chauffant - chaudière propane

Pompe à chaleur géothermique

Pompe à chaleur aérothermique

Durée (années)

Co

ût (

€ T

TC

)

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Études de faisabilité / bilans de consommation

● Outil logiciel de calcul de bilans de consommation

● Base de données d'équipements

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Études de faisabilité / bilans de consommation

● Outil logiciel de calcul de bilans de consommation

● Calcul des besoins de chauffage (Th-G, Th-BV) et d'ECS● Calcul des consommations pour chaque solution (Th-C)● Bilan économique et environnemental de chaque solution

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Études de faisabilité / bilans de consommation

● Outil logiciel de calcul de bilans de consommation

● Synthèse : coût global, retour sur investissement

● Gain de temps● Réappropriation du calcul● Évolutivité (guide d'utilisation, présentation à l'équipe)

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Plan

Études thermiques réglementaires

Études de faisabilité et bilans de consommation

→Simulation thermique dynamique

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Simulation thermique dynamique

● Logements HLM individuels et collectifs

● Exigence de confort d'été

– Tic → RT 2005

– Taux d'inconfort « de Brager » → STD● Pleiades + Comfie

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Simulation thermique dynamique

● Résultats présentés

● Ombres portées aux solstices

● Fréquences cumulées décroissantes des températures● Évolution des températures pendant une semaine chaude● Zone de Brager

20212223242526272829

0 2000 4000 6000 8000 10000

87363075

26412337

19041179

3973800

Durée cumulée (h)

Te

mp

éra

ture

(°C

)

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Simulation thermique dynamique

● Mise en place d'une méthodologie

● Rapport d'étude type● Guide

– Étape par étape– Conseils d'utilisation– Valeurs types– Sources et liens utiles– Procédures ITF

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Plan

Études thermiques réglementaires

Études de faisabilité et bilans de consommation

Simulation thermique dynamique

→Conception d'un bâtiment à énergie positive

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● FORDOM : organisme de formation

● sécurité du travail● énergies renouvelables● éco-construction

● Construction d'un centre de formation

● Bâti performant, VMC-DF 90%

● Énergies renouvelables

● Toiture PV 480 m2

● SSC – Chaudière bois

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● Étude réglementaire (U22W05)

→BBC-Effinergie et BEPOS

● Calcul de déperditions (U02Win)

→ Puissance à installer : 20 kW

Déperditions (W) Déperditions(W/m2

SHON)

Parois 10 611 15,28Renouvellement d'air 5 880 8,47Total 16 492 23,75

Projet Référence Gain (%)

Ubat 0,328 0,391 16,06

Cep sans PV (kWh/m2SHON.an) 50,73 141,12 64,06

Cep BBC-Effinergie sans PV (kWh/m2SHON.an) 46,82 119,15 60,71

Cep BBC-Effinergie avec PV (kWh/m2SHON.an) -158,93 119,15 233,38

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● Simulation thermique dynamique

● 8 zones thermiques

– Atelier 1– Atelier 2– Enseignement 1– Enseignement 2– Commun– Bureaux– Sas– Local technique

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● Simulation thermique dynamique

Salle de formation 3

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● Simulation thermique dynamique

● Saison de chauffe

– Déperditions proches du calcul U02Win– Besoins de chauffage : 15,4 MWh/an– Couverture solaire (Transol) : 32 %– Rendement de l'installation : 0,72

● Rendement de génération : 0,91● Rendement de distribution : 0,94● Rendement d’émission : 1● Rendement de régulation : 0,84

– Consommations de chauffage : 14,6 MWh/an– Consommations d'ECS : négligeables– Quantité annuelle de granulés de bois : 3 tonnes

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● Simulation thermique dynamique

● Confort d'été

– Surchauffe en salle de formation 3– Propositions :

● Modifications du bâti– Débord de toit en façade sud– Ajout d'une porte intérieure

● Comportement des occupants– Fermeture des volets roulants (80%) lors des surchauffes– Ventilation naturelle : ouverture des fenêtres, volets roulants en

position ajourée, portes intérieures ouvertes → 3 vol/h

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● Simulation thermique dynamique

● Confort d'été

– Résultats de simulation : salle de formation 3Hypothèse Nombre d'heures d'occupation à T > 28°CBase 410Débord de toit 304Porte 314Occultations 151Ventilation nat. 281Occult. Ventil. 71Occult. Ventil. Porte 29

Base Débord de toit Porte Occultations Ventilation nat. Occult. Ventil. Occult. Ventil. Porte0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

Hypothèse

Du

rée

d'o

ccu

pa

tion

à T

> 2

8°C

(h

)

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Conception d'un bâtiment à énergie positive

● Simulation thermique dynamique

● Confort d'été

– Hypothèses retenues● Porte intérieure supplémentaire● Utilisation vertueuse des ouvrants et des occultations

– Résultats● T

op < 28 °C dans toutes les zones

● sauf 29 h d'occupation à Top ≥ 28 °C en salle de formation 3

171819202122232425262728293031

0 500 1000 1500 2000 2500

2300229922982293

20771594

1006599

330183

8529

420

Durée cumulée (h)

Te

mp

éra

ture

(°C

)

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Conception d'un bâtiment à énergie positive

● Simulation thermique dynamique

● Nos recommandations

– Ajout d'une porte entre la salle de formation 3 et la circulation pour favoriser les transferts aérauliques

– Gestion manuelle adaptée des ouvrants et des occultations– Choix de volets roulants très ajourés (Griesser Alucolor)

● Adaptations ultérieures éventuelles

– Puits provençal à l'entrée de la VMC-DF (prévoir l'attente)– Surventilation nocturne en VMC si débit naturel insuffisant

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● Équipements

● Production

– Panneaux solaires plans vitrés Wagner Solar Euro C20 AR– Chaudière 20 kW Ökofen Pellematic PES 20– Silo textile FleXILO 3 tonnes

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Conception d'un bâtiment à énergie positive

● Équipements

● Stockage : Pellaqua PS 1500 BWS

– Echangeurs internes● ECS : serpentin● Solaire : échangeur à plaques

– Blocs hydrauliques pré-montés● Deux départs chauffage 10 kW● Groupe de charge chaudière● Groupe de charge solaire

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Conception d'un bâtiment à énergie positive

● Équipements

● Chauffage : deux circuits de PCBT, nord et sud

● Eau chaude sanitaire

– Instantanée– Mitigeur inclus– Bouclage

● Pertes réseau : 280 W● Débit : 50 l/h● ECS Wilo-Stratos ECO-Z

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● Schéma de principe

SPECIMEN É

TUDE

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● Plans d'exécution

● Planchers chauffants : U23WinG

– Pas de pose, débits, pertes de charge– Plans .dxf

● Plans de plomberie

– EF, ECS, EU, EV● Plans de ventilation

SPECIMEN É

TUDE

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● Bilan

● Calculs réglementaires

– RT 2005 BBC– Déperditions NF EN 12 831

● Simulation thermique dynamique

– Déperditions– Consommations– Confort d'été

● Systèmes

– Dimensionnement– Sélection– Schéma de principe– Plans d'exécution

SPECIMEN É

TUDE

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Questions - Réponses

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L'approche adaptative du confort – Zone de Brager

● Température de confort : Tcomf

= 0,31 Ta,out

+ 17,8 °C

● Ta,out

moyenne mensuelle de Text,min

et Text,max

quotidiennes

● Zones de confort : 5 °C → 90% de satisfaction

● Confort si {Top ; T

a,out} dans la zone de confort

● P+C et OPHCDA : confort si {Top ; T

ext} dans la zone

● Température moyennée Ta,out

≠ Text

-10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 4015

20

25

30

35

Ta,out

Tin

t

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Schémas de principe – Chaufferie 78 logements étudiants

SPECIMEN É

TUDE

SPECIMEN É

TUDE

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FORDOM – STD

● Variation des températures pendant une semaine chaude

● Inertie faible● Gains internes élevés en journée

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FORDOM - Ventilation

● Somme des débits hygiéniques : 1450 m3/h

● Plein régime en occupation, à l'arrêt hors occupation

● France Air Power Box 95 V 1500 R AC BP

● Échangeur à contre-flux

● By-pass

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FORDOM – Chauffage solaire / bois

SPECIMEN É

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FORDOM – Planchers chauffants RdC

SPECIMEN É

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FORDOM – Planchers chauffants R+1

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FORDOM – Plomberie RdC

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FORDOM – Plomberie R+1

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FORDOM – Ventilation RdC

SPECIMEN É

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FORDOM – Ventilation R+1

SPECIMEN É

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