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110/02/2016 Aymeric Novel – TERAO - LaSIE
Cas d’étude: Siège de Velux China – de la performance théorique à la performance réelle mesurée
Aymeric Novel
Directeur des opérations –TERAO
Doctorant au LaSIE à l’université des sciences et technologies de La Rochelle
avec F.Allard et P.Joubert
Introduction
2
Objectifs du projet:
• Nouveau showcase des produits de VELUX China (2000m², R+1)
• Outil marketing pour les activités de VELUX activities en relation à la démarcheSustainable Active Buildings
• Objectif énergétique ambitieux (30-50 kWh/m²/an sur usages RT: Niveau anticipé de la réglementation thermique danoise 2020) avec une qualité d’environnement intérieurclasse B CEN recommendation report 1752:1999
• Coût de construction raisonnable (6000 RMB/m²).
Calendrier:Conception d’Avril 2011 à Mai 2012
Construction terminée en Mai 2013
Commissioning (Cx) terminé en Mai 2014
Suivi des performances (M&V) terminé en septembre 2015
10/02/2016 Aymeric Novel – TERAO - LaSIE
“Sustainable Active Building”
3
Stratégies pour l’efficacité énergétique:
• Enveloppe (isolation et ouvrants)
• Lumière naturelle abondante
• Apports solaires contrôlés
• Dalles actives (TABS)
• PAC géothermique sur pieux
• Double flux avec recuperation de chaleur
• Panneaux solaires thermiques pour ECS
• Ventilation naturelle
10/02/2016 Aymeric Novel – TERAO - LaSIE
Fenêtres et lumière du jour
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Les espaces avec 2% et plus de FLJ moyen sontconsidérés bien éclairés mais l’éclairage artificielest encore beaucoup utilisé. Les guidelines deVELUX demandent d’atteindre 5% sur le plan detravail.
10/02/2016 Aymeric Novel – TERAO - LaSIE
Tous les espaces occupésrégulièrement ont accès à la lumièredu jour et sont tous équipés derégulation sur sonde de luminositépour l’éclairage artificiel
Cet objectif est atteint auR+1 avec des FLJ moyenssupérieurs à 6%. Le RDCaffiche des FLJ moyensentre 1,7% et 4%
5
La zone de Langfang a un fort ensoleillement pendant l’hiver et l’été.
En été, les apports solaires sont très importants et sont à
contrôler pour la performance énergétique sur le poste climatisation.
Pour les contrôler, des stores extérieurs motorisés sont mis en place.
En hiver, des stores vénitiens intérieurs sont installés
pour contrôler l’éblouissement mais en laissant un
maximum d’apports solaires entrer pour préchauffer les espaces notamment via les fenêtres sur les façades sud et ouest
Maîtrise des apports solaires
blinds South/West East North
Awning blind electrical 33.2F-12Ar-5HE 33.2F-12Ar-5HE (clear Low-E) 33.2F-12Ar-5HE (clear Low-E)
Blackout electrical
33.2F-12Ar-5HE 33.2F-12Ar-5HE (clear Low-E) 33.2F-12Ar-5HE (clear Low-E)
Electrical Plisse FHL
5H-14Ar-5HE 5H-14Ar-5HE (clear Low-E) 5H-14Ar-5HE (clear Low-E)
Manual Plisse
GGL Integra
33.2F-12Ar-5HE 33.2F-12Ar-5HE (clear Low-E) 33.2F-12Ar-5HE (clear Low-E)
5H-14Ar-5HE 5H-14Ar-5HE (clear Low-E) 5H-14Ar-5HE (clear Low-E)
S06
S06
S08 S08
S06
S06
S08
S06
S06
S06
S06
S06 S06
S06
S06
10/02/2016 Aymeric Novel – TERAO - LaSIE
6
Thermal Active Building System permet de stocker dans les dalles béton les calories/frigories fournies par une boucle d’eau alimentée par une PAC géothermique
Les dalles actives restituent lentement cette énergie durant la journée ce qui écrête les charges et permet de gérer le confort thermique avec uniquement l’air neuf traité
Le chargement des dalles est effectué la nuit lorsque l’électricité est peu chère. Toutes les pompes sont à haute efficacité énergétique et de type VSD.
Dalles actives – TABS
10/02/2016 Aymeric Novel – TERAO - LaSIE
Méthodologie de management de
l’efficacité énergétique
10/02/2016 Aymeric Novel – TERAO - LaSIE
Définition de la Garantie de Performance Energétique:− Cible: 60,3kWh/m²/an tous usages
− 10% d’ajustement potentiel de reference accepté
− Si 5kWh/m²/an de dépassement: 10% des honoraires
− Si 10kWh/m²/an de dépassement: 20% des honoraires
− …
− Si 25kWh/m²/an de dépassement: 50% des honoraires
Responsabilités: Erreurs de conception, d’analyse des documents d’EXE, erreurs dans l’analyse des offres, erreurs dans les verifications chantier
Facteurs d’ajustements: Variations climatiques, nombre d’occupants, points de fonctionnements des systèmes, densité d’équipements informatiques
Méthodologie de management de
l’efficacité énergétique
Nous avons identifié 3 types de risques pouvant se propager:
− Technique
− Méthodologie / procédure
− Montage du projet
10/02/2016 Aymeric Novel – TERAO - LaSIE
Esquisse/
ConceptAPS APD
PRO/
DCE/
ACT
Chantier
Commissioning
M&VAOR
Ecart
Méthodologie de management de
l’efficacité énergétique
Montage du projet:− Un MOA porteur du concept (futur utilisateur)
− Un AMO général (assure également la supervision du chantier)
− Un AMO efficacité énergétique indépendant
− Un Local Design Institute (MOE obligatoire)
− Une entreprise pour le gros oeuvre, second oeuvre, CFO/CFA
− Une entreprise pour le CVC et la GTB (dialogue compétitif)
10/02/2016 Aymeric Novel – TERAO - LaSIE
Méthodologie:− Démarche similaire à un commissioning dès la phase conception
− Intégration du point de vue exploitation durant la conception
− Intégration des besoins pour appliquer l’IPMVP dans la conception du système de suivi
− SED au coeur de la definition de la référence, de la maitrise des incertitude, de la definition des logiques de regulation et des dimensionnements
Méthodologie de management de
l’efficacité énergétique
Technique:− Modélisation avancée du bâtiment et de ses systèmes, notamment pour
prendre en compte le rôle central de l’inertie
− Mission de dimensionnement de tous les dispositifs d’efficacité énergétique
10/02/2016 Aymeric Novel – TERAO - LaSIE
Heating and cooling loads: Comparison between current occupancy projection and
preliminary design assumptions
0.0
10000.0
20000.0
30000.0
40000.0
50000.0
60000.0
70000.0
Reference (COWI's assumptions) 53 occupants
kW
h
Heating loads
Cooling loads
Sum of the loads
Heating and cooling loads: Comparison between mid-term occupancy projection and
preliminary design assumptions
0.0
10000.0
20000.0
30000.0
40000.0
50000.0
60000.0
70000.0
Reference (COWI's assumptions) 70 ocupants
kW
h
Heating loads
Cooling loads
Sum of the loads
Concept Concept
-9,6% -4%
Net Present Value Inflation rate 1%
-192000
-190000
-188000
-186000
-184000
-182000
-180000
-178000
-176000
-174000
15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
Insulation thickness
RM
B
NPV 25 years
Energy consumption prediction as a function of office equipment density
0.0
10000.0
20000.0
30000.0
40000.0
50000.0
60000.0
70000.0
80000.0
heating cooling ventilation lighting office equipment total
kW
h/y
ear
50W/computer
75W/computer
100W/computer
125W/computer
150W/computer
Méthodologie de management de
l’efficacité énergétique
Technique:− Modélisation avancée du bâtiment et de ses systèmes, notamment pour
prendre en compte le rôle central de l’inertie
− Mission de dimensionnement de tous les dispositifs d’efficacité énergétique
10/02/2016 Aymeric Novel – TERAO - LaSIE
Méthodologie de management de
l’efficacité énergétique
Technique:− Modélisation avancée du bâtiment et de ses systèmes, notamment pour
prendre en compte le rôle central de l’inertie
− Mission de dimensionnement de tous les dispositifs d’efficacité énergétique
10/02/2016 Aymeric Novel – TERAO - LaSIE
Méthodologie de management de
l’efficacité énergétique
Technique:− Définition de la logique de regulation et du compromis entre sophistication et
reel besoin de l’usager pour la GTB
− Définition du plan de monitoring pour pouvoir précisément adjuster le modèle de référence
10/02/2016 Aymeric Novel – TERAO - LaSIE
Méthodologie de management de
l’efficacité énergétique
10/02/2016 Aymeric Novel – TERAO - LaSIE
Chantier:
−Gestion des modifications
−Registre des problèmes
−Checklist des dispositifs d’économie d’énergie
−Présence continue du MOA et de son AMO
−Présence hebdomadaire de l’AMO efficacité énergétique
−Contrôle qualité des produits reçus
−Contrôle qualité de la mise en oeuvre (en particulier les TABS)
Commissioning
1610/02/2016 Aymeric Novel – TERAO - LaSIE
East/South and Roof windows (5H-
14Ar-5HE)
Test values Velux values June 2011
Velux values May 2012
Simulation values
U-factor 1.38 1.3 1.5 1.3
SHGC 0.49 0.29 0.37 0.36
VLT 0.7 0.62 0.46 0.7
West/North windows (33.2F-
12Ar-5HE)
Test values Velux values June 2011
Velux values May 2012
Simulation values
U-factor 1.53 1.3 1.4 1.3
SHGC 0.57 0.29 0.57 0.36
VLT 0.75 0.62 0.75 0.7
Commissioning
1710/02/2016 Aymeric Novel – TERAO - LaSIE
LocationCx
sensor (ppm)
BMS sensor (ppm)
Occupancy (Y/N)
Sensor rating
Comment
Training room F1 478 580 N -Non-
compliant
CIC manager office F1
551 428 Y -Non-
compliantMeeting room 1 F1 518 522 N ++ GoodMeeting room 2 F1 572 506 Y + Compliant
Marketing office F1 546 433 Y -Non-
compliant
CIC office space F1 530 443 Y -Non-
compliantHR department F2 522 472 N ++ Good
Financial department F2
530 465 Y + Compliant
Marketing office F2 546 438 N -Non-
compliant
IT department F2 559 440 Y -Non-
compliant
Server room F2 600 495 N -Non-
compliantCEO office F2 555 561 N ++ Good
Technical room F-1 575 528 N ++ Good
LocationCx
sensor (°C)
BMS sensor (°C)
VAV box sensor (°C)
VAV opening fraction
(%)
BMS sensor rating
Training room F1
24.9 22.9 24.2 100% -
Meeting room 2 F1
21.6 21.6 20.1 63% +
Marketing office F1
23.6 23.3 22.5 27% ++
CIC office space F1
23.3 22.5 22.4 28.4% ++
HR department
F223.6 23.1 22.4 33.7% ++
CEO office F2
23.6 22.6 21.7 100% ++
Technical room F-1
24.6 25.2 25 0% ++
Commissioning
Principaux problèmes fonctionnels:
−Condensation en été: Température de l’eau froide délivrée par la PAC géothermique trop basse et la condition de démarrage du groupe froid programmée dans la GTB était erronnée
−Surchauffe hivernale: la temperature de l’eau chaude délivrée par la PAC géothermique trop élevée et le temps de réponse des unitéscompresseur a été rallongé
Les fonctions d’automatisation de la GTB ne sont pas conformes aux promesses mais:
−La clef est de trouver les bons points de fonctionnement et de constater les profils réels des charges thermiques
−Les données de fonctionnement sont disponibles et permettent de comprendre les installations
10/02/2016 Aymeric Novel – TERAO - LaSIE
PAC géothermique
0
5
10
15
20
25
30
0h 1h 2h 3h 4h 5h 6h 7h 8h 9h10h11h12h13h14h15h16h17h18h19h20h21h22h23h
°C
Time
GSHP source loop temperature
GEO-SP GEO-RT
-1
0
1
2
3
4
5
6
7
0
h
1
h
2
h
3
h
4
h
5
h
6
h
7
h
8
h
9
h
1
0
h
1
1
h
1
2
h
1
3
h
1
4
h
1
5
h
1
6
h
1
7
h
1
8
h
1
9
h
2
0
h
2
1
h
2
2
h
2
3
h
°C
Time
GSHP source side loop temperature difference
Nuit: Delta T = 5°C
Jour: Delta T = 2,5°C
Conforme au paramétrage GTB
TABS demande plus de capacité froid que la CTA comme simulé
Pas de problème identifié
Eté: côté source
CTA et groupe froid
Soufflage d’air à 17°C
Air repris ~ Text
La PAC géothermique fonctionne pour le rafraichissement d’air mais la déshumidification n’est pas opérationnelle. Le groupe froid en toiture ne démarre pas tel qu’il le devrait car son démarrage programmé est
lié au taux de charge partiel de la PAC. Les occupants se sont mis à ouvrir les fenêtres ce qui a empiré le problème et a impliqué une ouverture à 100% des VAV box. Il a été recommandé de modifier la température de l’eau froide et le temps de charge des TABS, de modifier le programme de fonctionnement du groupe froid, de
faire un travail de sensibilisation aux occupants quant à l’ouverture des fenêtres
Logique de régulation revue du groupe froid: Pendant la journée démarrage si l’humidité relative reprise >60%, Pendant la nuit démarage si la température de rosée proche du sol atteint la consigne
Eté
Soufflage d’air à 100% d’humidité
Air repris ~ HRext
Eclairage
Les mesures de niveau d’éclairement sont bonnes
Des sondes de luminosité défaillantes ont été identifiées et remplacées
Beaucoup d’ajustements sur site pour une regulation optimum
Ajustement particulier pour la sale show room
10/02/2016 Aymeric Novel – TERAO - LaSIE
GTB
Revue de la programmation dansune certaine mesure pour que les problemes fonctionnels soientrésolus
Ajustement des saisons pour maximiser l’usage de la ventilation naturelle
Bons paramétrage des équipements CVC et révision à la baisse des ambitions en termesd’automatisation
Mise à jour du manueld’exploitation
10/02/2016 Aymeric Novel – TERAO - LaSIE
Suivi des performances (M&V)
2310/02/2016 Aymeric Novel – TERAO - LaSIE
Analyse de la quantité et qualitédes données disponibles:
M&V 1: HVAC (7%), indoor environment (14%)
M&V 2: HVAC (95%), indoor environment (94%)
M&V 3: HVAC (60%), indoor environment (70%)
M&V 4: HVAC (78%), indoor environment (78%)
Suivi des performances (M&V)
2410/02/2016 Aymeric Novel – TERAO - LaSIE
Analyse de la qualité de l’environnement intérieur:
16
18
20
22
24
26
28
30
32
34
36
38
40
42
8/4
8/5
8/6
8/7
8/8
8/9
8/10
°C
Indoor air temperature from 08/04 to 08/10 C1
C2
C3
C4
C5
C6
C7
C8
C9
C10
C11
C12
C13
Outdoor airTemp
Suivi des performances (M&V)
2510/02/2016 Aymeric Novel – TERAO - LaSIE
Analyse du fonctionnement des systèmes:
Par rapport à la phase Cx, nous voyons un fonctionnementcorrect avec contrôle de l’humidité strict sur uneconsigne à 60% par le groupe froid en été