Efficacité énergétique des bâtiments, mesures, performances et conséquences sur la gestion des...

Efficacité énergétique des bâtiments, mesures, performances

et conséquences sur la gestion des réseaux électriques

www.theshiftproject.org

Didier Roux, Directeur de la recherche et de l’innovation de Saint-Gobain et membre de l’Académie des Sciences

Efficacité énergétique des bâtiments, mesures, performances et conséquences sur la gestion des réseaux électriques

Efficacité énergétique des bâtiments, mesures,

performances et conséquences sur la gestion des

réseaux électriques

Didier Roux Dr R&D et Innovation

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Efficacité Energétique des bâtiments

Généralités

Comment fonctionne un bâtiment

Conséquences statiques

Conséquences dynamiques

Didier Roux

20 mai 2014

Agenda

Les enjeux globaux

Pays développés

Pays en voie de développement

La thermique d’une maison

Conséquences de la rénovation du parc

Statique (consommation)

Dynamique (gestion des réseaux)

Quelques considérations sur le coût

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Agenda

Les enjeux globaux

Pays développés

Pays en voie de développement

La thermique d’une maison

Conséquences de la rénovation du parc

Statique (consommation)

Dynamique (gestion des réseaux)

Quelques considérations sur le coût

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L’énergie et l’environnement en pays développés

Dépenses énergétiques en Europe

42%

28%32%

Millions Tonnes équivalent

pétrole

France 45,4 %

8

Le cadre réglementaire : neuf essentiellement

Europe

U n but commun mais une vitesse différente

Arriver rapidement à zéro énergie pour le neuf

Accélérer la rénovation « en profondeur »

passer de 1% à 3 ou 4% par an

Des Leaders

Danemark, Suède, Allemagne, Autriche, Suisse…

Des pays à la traine

Europe du sud

Des pays qui rattrapent vite

UK, France…

USA

Un enjeu identifié mais une réglementation complexe à tous les niveaux

Fédéral, Etats, Ville…

Chine, Asie

Un cadre réglementaire qui se durcit mais un vrai enjeu pour le faire respecter

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Et l’ancien…Clairement le parent pauvre

Principalement des incitationsEfficacité assez grande

Effets pervers

Choix technologiques guidés essentiellement par les réductions d’impôts

Quelques essais de labellisationBBC Effinergie Rénovation

Passiv Haus : incluant des éléments passif

…

Passant par des acteurs des filières professionnellesCertificat d’énergie

Ou la valorisation des biensDiagnostique de performance énergétique

Avec obligation d’affichage….

Mais quel fiabilité?

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Des enjeux différents selon les paysEurope

Un enjeu limité sur le neuf

Beaucoup plus fort sur le bâti

Parc vieillissant

Amérique du NordDans le passé : un intérêt limité pour l’efficacité énergétique

Récemment : une prise de conscience mais une mise en œuvre difficile

AsieUne urbanisation rapide

En 2015 50% des bâtiments en Chine auront moins de 15 ans

Inde

Un cercle vertueux

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Mesures

Contrôle

DiagnosticPrescription

Agenda

Les enjeux globaux

Pays développés

Pays en voie de développement

La thermique d’une maison

Conséquences de la rénovation du parc

Statique (consommation)

Dynamique (gestion des réseaux)

Quelques considérations sur le coût

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Les caractéristiques de l'enveloppe

C'est une estimation pas

une mesure

Et dans la vie réelle ?• Performances inférieures de

40% en moyenne

• Jusqu'à 120% d'écart*

* Rapport LEEDS sur 32 maisons rénovées

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Comment mesurer la performance énergétique d’un

bâtiment?

Mesure de la quantité d'énergie par unité de temps (puissance)

nécessaire pour maintenir la différence de température entre

l'intérieur et l'extérieur

● Test de chauffage combiné (Co Heating)

● Impossible à effectuer avec précision sur un vrai batiment

chauffage combiné : beaucoup d'autres sources de chaleur

(solaire, appareils, persones…)

Le batiment n'est jamais dans un état sable (la température

extérieure change tout le temps)

De nouvelles méthodes sont nécessaires

● Test QUBat (Brevet Saint-Gobain)

Des progrès intéressants : mesures possibles en quelques

heures

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Pourquoi cela n'est pas simple

La temperature extérieure évolue en permanence et la maison

n'est jamais dans un état stable

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6

8

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18

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22

24

-500,00 500,00 1500,00 2500,00 3500,00 4500,00

T PP amb

T PP amb board

T Cham mur

T Cham mur board

Temps ext

Jour 1 Jour 2 Jour 3 Jour 4

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Comment la maison réagit-elle au changement de température?

Capacité Thermique :

● C = Cp * masse des matériaux

Pertes

● K = U * Surface de l'enveloppe

Characteristique de temps* :

● Le rapport

t = C / K = temps

caracteristique

Typiquement plusieurs

jours

* Largest time constant

2 contributions

● Modification de la température

des matériaux (capacité

thermique, ou inertie)

● Compense les pertes

thermiques (isolation : valeur U)

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Comment la maison réagit-elle au changement de température?

Refroidissement : DT = DT0 (1 - t/t)

● t = C / K, t = temps

Réchauffement : DT = P/C t

● P : Puissance du chauffage

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-500,00 500,00 1500,00 2500,00 3500,00 4500,00

T PP amb

T PP amb board

T Cham mur

T Cham mur board

Temps ext

t mn

T

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Une cooperation avec deux Universités :

University of Salford Manchester

● Un outil unique : the Energy House

Leeds Metropolitan University

● De solides compétences en Science du

Bâtiment

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L'Energy house de l'université de Salford : une maison

victorienne jumelée en environnement contrôlé

Un environnement entièrement contrôlé

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L'Energy house de l'université de Salford : échelle 1

Un environnement entièrement contrôlé

Température (-2ºC à +30ºC) avec

une précision de +/- 0.5ºC

Humidité (10% - 100 %) avec une

précision of 1%

Pluie : jusqu’à équivalent à

200mm par heure

Vent léger

Neige

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Grandes lignes

Objectifs du projet

Résumé du programme de tests

Résultats

Enseignements / tests ultérieurs

Marketing

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Full Retrofit

Full Retrofit

without Floor

Insulation

Solid Wall

Insulation

Performance

Glazing

Loft Insulation

Reference

Acoustic Test

Energy House

Programme de tests

Renovation

complète

Rénovation

sans isolation

du sol

Isolation des

murs

(extérieurs)

Performance

vitrage

Isolatin des

combles

Référence

Test acoustique

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Grandes lignes

Objectifs du projet

Résumé du programme de tests

Résultats

Enseignements / tests ultérieurs

Marketing

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Mesures sur quelques jours (stable)

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QUbat

0,3°C / hour

1 °C / hour

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Performance globale du bâtiment

Renovation

complète

Rénovation

sans isolation

du sol

Isolation

des murs

Vitrages

performants

Isolation

des

combles

Référence

Isolation des

comblesX X X

Isolation des

mursX X X

Fenêtres 3G X X X

Sol X

UBAT statique

(W/m2/K)0.51 ± 0.02

0.57 ± 0.02

(Floor T° 17)0.7 ± 0.03 1.26 ± 0.06 1.28 ± 0.07 1.33 ± 0.07

SG Quick-U-Bat 0.53 ± 0.05 Failed 0.74 ± 0.07 1.31 ± 0.05 1.35 ± 0.05 1.46 ± 0.06

Consommation

énergétique

(kWh/m²/an)

69 82 100 174 180 187

Amélioration 2,7 2,3 1,9 1,08 1,04 1

Le haut rendement de la rénovation est prouvé

Tous les éléments doivent être rénovés pour le confort thermique

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Performance des éléments pris séparément

EWI et l'isolation du plafond sont peu performantes. Le montage

peut être amélioré

Le calcul prédictif de l'isolation du sol n'est pas conforme aux

résultats obtenus

La prévision de performance du vitrage et de l'IWI est bonne

Les calculs ne sont pas suffisants !

Certains éléments peuvent être améliorés!

U W/m2/K EWI IWI Vitrage Sol Plafond

Calcul 2,1 2,1 2,5 0,59 0,4

Avant 1.68 ± 0.24 1.58 ± 0.21 2.46 ± 0.3 0.61 ± 0.03 0.34 ± 0.08

Après 0.34 ± 0.03 0.25 ± 0.06 1.3 ± 0.16 0.14 ± 0.03 0.21 ± 0.1

Calcul 0.29 0.24 1.33 0.17 0.12

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Diversité des temps caractéristiquesHouse Bungalow Beaucouzé BioCocoon Salford

old

Salford

New

Mérignac

C MJ/K 1,18 50 / 10 20 20 20 110

K W/K 30 109 / 30 132 228 80 450

t days 0.4 5,3 / 3,8 1,75 1 2,7 3

Temp/time(DT = 20°C)

2 °C/h 0,2°C/h 0,5°C/h 1°C/h 0,3°C/h 0,3°C/h

Agenda

Les enjeux globaux

Pays développés

Pays en voie de développement

La thermique d’une maison

Conséquences de la rénovation du parc

Statique (consommation)

Dynamique (gestion des réseaux)

Quelques considérations sur le coût

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Parc énergétique Français

Moyenne du parc Francais : 280 kWh/an

Etat énergétique du parc

0%

3%

18%

31%

22%

9%

15%

A < 50 B 51 à 90 C 91 à 150 D 151 à

230

E 231 à

330

F 331 à

450

G > 450

Po

urc

en

tag

e d

e r

ép

art

itio

n d

es é

tiq

ue

tte

s

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L’énergie et l’environnement en pays développésDépenses énergétiques en Europe

42%

28%32%

Millions Tonnes équivalent

pétrole

France 45,4 %

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Consommation énergétique des bâtimentskWhep/m2/an

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Economie potentielle > 500 MTep (25%)MTep

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Conséquences de la rénovation du parc

Statique (consommation)

Dynamique (gestion des réseaux)

Quelques considérations sur le coût

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Utilisation des batiments pour économiser l'énergie /

électricité sur un réseau

Si le système de chauffage utilise l'électricité

● Convertisseur thermique direct

● Pompe à chaleur

En fonction du temps charactéristique des

maisons/appartements

● En estimant qu'une perte de 1°C peut être acceptable

Arrêter le chauffage pendant une certaine durée

● 1h if t = 1 day

● 4h if t = 4 days

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Jour d'hiver type (France)

Consommation électrique en France

Heating

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Quelques chiffres

36% des systèmes de chauffage sont électriques

Pic en hivers (100 GW)

2,3 GW par °C

Amplitude de pic 10 GW (19h)

Pour un jour d'hiver type 40 GW pour le chauffage

● 30 GW residentiel

● 10 GW Tertiaire

Si 25% des chauffages sont coupés pendant 3-4 heures, le pic

est effacé

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Conséquences de la rénovation du parc

Statique (consommation)

Dynamique (gestion des réseaux)

Quelques considérations sur le coût

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Coût

Objectif

500 000 logements rénovés / an

100 m² en moyenne

Gain de 200 kWh/m²/an (de 280 à 80 kWh/m²/an)

20 000 € (surcoût de rénovation thermique)

Coûts 10 Md€ pour - 10 TWh/an

Total Coût de l’énergie 60-80 € du MWh*

Comparaison nucléaire EPR

Coût 8,5 Md€ (Flamanville) pour + 10 TWh/an

Production Coût de l’énergie 70-90 € du MWh*

*Amortissement sur 30 ans taux d’actualisation de 3%

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Conclusions 1/2 : un cercle vertueux

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Mesures

Contrôle

DiagnosticPrescription

Conclusions 2/2

La mesure permet

le contrôle et la confiance

La rénovation

Elément clé de la transition énergétique

Le coût de l’économie d’énergie

De l’ordre de grandeur du coût de production

Plus vertueux

L’importance de bien connaitre son parc de bâtiment

Un parc connecté permet de mieux gérer la production

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Back-up

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Saint-Gobain: a short presentation

Didier Roux R&D and Innovation Vice President

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