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BÂTIMENTS BBC NEUFS OU RÉNOVÉS :LES CONDITIONS DU DÉPLOIEMENT DE LA PERFORMANCE ÉNERGÉTIQUE LES

PREMIERS ENSEIGNEMENTS DES CAMPAGNES DE MESURE

« Bâtiments BBC neufs ou rénovation,les conditions du déploiement de la performance

énergétique, les premiers enseignements des campagnes de mesure»

David CORGIER19 février 2013

Bureau d’ingénierie d’Aide à la décisionpour Maitrise d’Ouvrage et Maitrise d’Œuvre

Mise en pratique de la démarche qualité énergétique dans le bâtiment

LA PRODUCTION

2

Projet GENHEPI : la rénovation de l’ALLP

Avril 2007

Octobre 2007

AVANT

• Problématique de confort d’été (32 °C)

• Consommation énergétique en chauffage

(150 kWh/m².an)

• Estimation d’un besoin de climatisation

280 kW

APRES

• Amélioration de l’enveloppe du bâtiment,

• 90 kW de PAC réversible installé couplée

à la chaudière existante,

• Facteur 4 sur les GES et 2 sur les

consommations énergétiques

(climatisation comprise)

4

0

50

100

150

200

250

300

Initial Initial avec climatisation 2008 2009

Chauffage /

rafraichissement

TOTAL

consommation

Bilan avec ENR

(photvoltaique)

Résultats de la STD

Valeur générée RT2005

(chauffage / clim)

Le bilan d’exploitation et les enseignements

• Outil réglementaire inadapté à la conception et à la garantie du résultat• La simulation thermique dynamique ne traite que les aspects thermiques• L’éclairage et les auxiliaires ne sont pas adressés• Le système PAC est très sollicité (durée de vie!!)


Con

som

mat

ion

Ep

en k

Wh/

m².

an (S

CH

ON

)


• Architecture hydraulique / schéma de principe :

5

Pompe à chaleur air / eau

Chaudière gaz

Bouteille de découplage

6


Mesure et enregistrement des données physiques en dynamique :

CYCLAGE DES COMPRESSEURS DE LA PAC AIR/EAU- Température extérieure- Nombre de compresseurs en marche

Constat :- Pilotage défaillant le WE- Court-cycles en modeoccupation en raison de lafaible charge, du pilotagedéfaillant et del’architecture hydraulique.

Projet RIEEB : Ecole BBC de Pringy

7

Données administrativesNom Ecole maternelle

Activité Enseignement (maternelle)Localisation Pringy (74)

Année de construction

2007

Données d’activitésNombre de bâtiments 1

Surface chauffée 1287 m²Volume chauffé 3500 m²

Nombre de classes 5

Type d’énergie

ChauffageBois (plaquette forestière)

Gaz (secours et intersaison)

ECS Electricité


8

• Architecture hydraulique / schéma de principe :

Production : chaudière bois et gaz

Bouteille de découplage hydraulique

Distribution : plancher chauffant et réseau de chaleur

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

240

260

0.0

10.0

20.0

30.0

40.0

50.0

60.0

70.0

80.0

90.0

9:0

0

10

:00

11

:00

12

:00

13

:00

14

:00

15

:00

16

:00

17

:00

18

:00

19

:00

20

:00

21

:00

Pu

issa

nce

th

erm

iqu

e d

e l

a c

ha

ud

ière

(kW

)

Tem

pé

ratu

re d

'ea

u (

°C)

Temps (h)

Evolution des températures d'eau du circuit hydraulique de la chaudière bois

Temp_Ret_Bois (degC) Temp_Dep_Bois (degC) Puissance chaudière bois (kW)


9


CYCLAGE sur la chaudière bois

Cyclage de 30 minutes


10


CYCLAGE sur la chaudière gaz

60.0

62.0

64.0

66.0

68.0

70.0

72.0

74.0

76.0

78.0

80.0

82.0

84.0

86.0

88.0

90.0

8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00

Tem

pé

ratu

re d

'ea

u (

°C)

Temps (h)

Evolution des températures d'eau du circuit hydraulique de la chaudière gaz

Temp_Ret_Gaz (degC) Temp_Dep_Gaz (degC)

Cyclages de 26 et 18 minutes

11

Bâtiment BBC PREBAT avec 2 années de monitoring localisé à Annecy

• Isolation par l’extérieur,• VMC double flux,• Émission par plafond chauffant et rafraîchissant,• Pompe à chaleur géothermique à forages verticaux,• Intégration d’une solution photovoltaïque en toiture avec un système de bac acier

CAUE74 : Monitoring PREBAT

12

CAUE74 : instrumentation de la PAC

Circuit de distribution

Bouclegéothermique

Circuit primaire

13

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

Con

som

mat

ion

élec

triq

ue (

kWh/

m².

moi

s)Consommation électrique par équipement du système d e chauffage et rafaîchissement

PAC_2009-2010 Circulateurs_2009 -2010 PAC_2010-2011 Circulateurs_2010 -2011

Système de chauffage: PAC eau/eau sur sondes géothe rmiques

Fonctionnement des auxiliaires pendant l’intersaison (Mai-Juin 2010) � PAC = Arrêtée

Réglage de la puissancede la pompe du réseau dedistribution à la baisse

CAUE74 : la consommation de la PAC

14

COPinstallation = Energie utile

Energie fournie

Qchaud

WelecPAC + Weleccirculateurs =

0.00.51.01.52.02.53.03.54.04.5

Coefficient de performance (COP) du système de chauffage

COP_machine "COP"_Installation

Impact des pompes

Rendement de l’installation proche d’un système à effet joule

Semaines de l’année

Pour la saison de chauffe: COP machine = 3.3

COP installation = 2.2

15

CAUE74 : instrumentation de la PAC

Système PAC:

• Un monitoring dynamique avec un pas de 2 secondesa été réalisé en été et en hiver pour évaluer lessollicitations de la PAC

• Cyclage en mode chauffage (12 000 cycles/an)

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T° retour Sec

T° départ Sec

V3V (%)

Cpt Nrj Frd PAC & Cpt Nrj Chd PAC

Cpt Nrj Frd Utile & Cpt Nrj Chd Utile

Ballon de capacité ≈2000 litres avec une bonne isolation Cr<0.08Wh/L.K.jour

De coupler la pompe du secondaire au fonctionnement de la PAC.

Déplacer la sonde de température de commande de la PAC sur le ballon tampon

Arrêt de toutes les pompes à la fin de la saison de chauffe

CAUE74 : Evolution de l’installation fluideAfin de minimiser les phases transitoires de la PAC et de maximiser les phases en mode stabilisé (Amélioration du COP)

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CAUE74 : Evolution de l’installation fluide

0.00.51.01.52.02.53.03.54.04.5Oc

t_42

Oct_

43No

v_44

Nov_

45No

v_46

Nov_

47De

c_50

Dec_

51De

c_52

Janv

_1Ja

nv_2

Janv

_3Ja

nv_4

Janv

_5Fe

v_6

Fev_

7Fe

v_8

Fev_

9M

ars_

10M

ars_

11M

ars_

12M

ars_

13M

ars_

14Av

ril_1

5Av

ril_1

6Av

ril_1

7

Coefficient de performance (COP) du système de chau ffage

COP_machine "COP"_Installation "COP"_Machineavec ballon de 2000L

"COP"_Installation avec ballon tampon de 2000L

COP_Machine = COPmax par une meilleure gestion du fonctionnement de l’installation

(Ballon tampon + optimisation du fonctionnement des pompes)

Constats sur la conception du système de chauffage

La pratique de conception des systèmes de générationn’est pas adaptée aux bâtiments avec une enveloppeperformante,

� Le dimensionnement des générateurs en statique doitrespecter les contraintes de mise en chauffe en période degrand froid (robustesse) et les situations de charges internesextrêmes,

� Les sollicitations dynamiques liées au pilotage des émetteurs,l’équilibrage des réseaux et au climat sont négligées,

� L’impact des auxiliaires est sous-estimé (pompes decirculation par exemple).

18

Préconisations sur la conception du système de chauffage

Le schéma de principe de la production est à concevoir en statiqueet en dynamique avec une approche systémique pour :

o Disposer de la puissance pour les conditions extrêmes(générateur et émetteurs), et assurer le confort des occupantsen toutes saisons

o Intégrer un volume de stockage réellement exploité, sansconsidérer le volume du circuit hydraulique de distribution,avec un contrôle / commande adapté pour :

o Eviter les courts –cycles sur les équipements,

o Garantir les températures de fonctionnement desgénérateurs,

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LA VENTILATION

20

T° souf. CTA

Bâtiment

Echangeur CTA

BE

Pre-

Chf

BE_Chf

T° rep. CTA

T° rejet. CTA

T° recup. CTA

BE rec. CTA BE Chf. CTA

Volet by pass.

CTA

21

Système de ventilation d’air

Bâtiment du CAUE74 : Le monitoring de la VMC DF

Echangeur à plaques

Ventilation DF

22

Bâtiment du CAUE74 : Le monitoring de la VMC DFSystème de ventilation d’air localisé en volume non -chauffé : VMC double flux avec récupérateur d’énergie du type échangeur à plaques

Rendement humide EUROVENT constructeur de l’échangeur de la VMC Double Flux : 62%

0.20

0.25

0.30

0.35

0.40

0.45

0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 12.0 14.0 16.0

EE

C

Température Entrée Echangeur (°C)

Efficacité de l'échangeur de la VMC

Année 2010-2011 Année 2009-2010

Taux de récupération effectif de la VMC in vivo

Trec =qairneuf x (Ts - Text) / (qairvicié x (Ti - Text))

Tre

c

Analyse sur l’efficacité du système de ventilation la pratique en tertiaire (I4 à 1.7 pour le BBC)

23


• L’évaluation des performances de la VMC Double flux en intégrant les consommations des ventilateurs nous amène à l’introduction de la notion de « COP » équivalent :

Ce « COP » tient compte des performances de la ventilation(moteur, variateur, ventilateur, pertes de charge etc..) et du taux derécupération de chaleur .

24

Qrécupérée via l ’échangeur

[Welecventilateurs DF] – [WelecVentilateurs SF]« COP » =

Energie récupérée

Supplément d’Energie consommée par la ventilation

=

25

Système de ventilation d’air: COP de la VMC double flux avec récupérateur d’énerg ie

Qrécupérée via l ’échangeur

[Welecventilateurs DF] – [WelecVentilateurs SF]= `COP ´=

Energie récupérée

Supplément d’Energie consommée par la ventilation

Bâtiment du CAUE74

Hypothèse pour une ventilation simple flux (puissance spécifique) SFP = 0.25 W/(m3/h)

=

Analyse sur l’efficacité du système de ventilation

26

Une ventilation double flux est impactée par d’autresparamètres que ses seuls composants intrinsèques del’équipement :

• Le rendement enthalpique est à considérer car il est représentatifde la réalité d’usage,

• L’étanchéité à l’air des conduits de ventilation,

• Les pertes de charge dans les conduits,

• L’étanchéité à l’air du bâti,

• Les ventilations auxiliaires réduisant le débit d’air repris :ouverture des fenêtres, VMC SF des sanitaires dans le tertiaire(15% du débit soufflé), hottes par extraction dans le logement, etc..

• La qualité de maintenance,

Conclusion sur l’efficacité du système de ventilation

27

Le système de ventilation doit être conçu et adapté à notre climat et nos pratiques :

• Le climat hivernal doit être sévère sur une longue période pourmotiver une récupération de chaleur ,

• Les systèmes aérauliques doivent être optimisés,

• L’étanchéité à l’air du bâtiment et le système de ventilationdoivent être en cohérence (un I4 au niveau BBC dégrade tropl’efficacité de l’échangeur par déséquilibre des débits, mais leniveau PassivHaus est satisfaisant),

• La maintenance doit s’adapter pour garantir la pérennité dessystèmes (remplacement des filtres au lieu du nettoyage)

• Une analyse globale énergétique et pas seulement thermiquedoit être réalisée en conception (indicateur du type COP global),

Conclusion sur l’efficacité du système de ventilation

28

Le système de ventilation doit être conçu et adapté à notre climat et nos pratiques : exemple d’étude énergétique paramétrique :

• Un taux de récupération effectif de l’échangeur élevé (taux de récupération à 0.65)

• 2 niveaux de performance de l’aéraulique : SFP de 0.4 W/(m3/h) et 0.565 W/(m3/h) par ventilateur,

• 5 localisations sur le territoire français et une en Scandinavie

Calcul du COP annuel pour prendre en considération les performances des systèmes de génération.

29

1,0

1,71,8

1,41,62

2,26

1,5

2,62,7

2,2

2,4

3,4

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

NICE ANNECY STRASBOURG BORDEAUX NANTES STOCKHOLM

Annual heat recovery ventilation system COP HEE = 65% + 1.13 W/m3/h HEE = 65% + 0.8 W/m3/h

Conclusion sur l’efficacité du système de ventilation : étude paramétrique

Conclusion

• Le processus bâtiment actuel n’est pas adapté auxenjeux car les concepteurs n’ont pas accès auxrésultats de leurs travaux,

• Les concepteurs ne disposent pas des outils deconception des systèmes leur permettant d’évaluerl’impact de leurs choix (simulation énergétiquedynamique du bâtiment et des systèmes ),

• Des solutions et des outils existent et doivent êtrevalidées sur des opérations pilotes pour être diffusésauprès des acteurs concepteurs,

.. .. reste à concrétiser « les bonnes intentions » tousensemble!

30

50 Avenue du Lac Léman 73377 Le Bourget du lac

Merci de votre attention…

…Des questions

Avec le soutien de

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