LES SCENARIOS ‘BATI & USAGES DE LA CLIMATISATION’ ET …

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ANR – VMCS 2008

LES SCENARIOS ‘BATI &

USAGES DE LA CLIMATISATION’

ET LEURS SIMULATIONS

Projet VURCA N° ANR-08-VULN-013 VURCA

Tâche 4.a

Aude Lemonsu, Grégoire Pigeon, Valéry Masson, Colette Marchadier (GAME) Jean-Luc Salagnac (CSTB)

Version finale 2.0 10 Janvier 2012


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Sommaire

1. PROBLEMATIQUE 4

2. DESCRIPTION DU BATI ET DES USAGES EXISTANTS 5 2.1. Typologies et hypothèses 5

Typologie des bâtiments et usages 5 Typologie et périodes passées de construction 5

2.2. Vue générale des paramètres descriptifs des bâtiments anciens et actuels par typologie 7

3. CONSTRUCTION DES SCENARIOS « BATI & USAGES » 8 3.1. Diffusion des exigences réglementaires actuelles et futures 8 3.2. Les constantes de temps par segment de parc 9 3.3. Hypothèses complémentaires 10 3.4. Les 2 scénarios choisis 11

Les constantes de temps 12 Dates d’apparition des règlementations futures ou évolutions remarquables 13 Type de paramètres et type d’évolution 14

3.5. Vue générale de l’évolution des paramètres jusqu’à la fin du siècle 15 3.6. Cas particuliers d’évolutions 16

Climatisation 16 Ventilation 17 Protections solaires des vitrages 17 Taux de vitrages des bureaux 18 Bâtiments haussmanniens 18

4. LA SIMULATION SURFEX DES SCENARIOS DU BATI 19 4.1. Méthodologie 19 4.2. Simulations à plusieurs dates 20

5. ANNEXES 22 PARAMETRES DESCRIPTIFS DES BATIMENTS ANCIENS ET FUTURS 22

TOITURES - Bureaux et bâtiments collectifs 23 TOITURES – Bâtiments haussmanniens 24 TOITURES – Bâtiments individuels 25 MURS – Bureaux, bâtiments collectifs et individuels 26 MURS – Bâtiments haussmanniens 28 PLANCHERS – Bureaux, bâtiments collectifs et individuels 30 PLANCHERS – Bâtiments haussmanniens 31 BILAN INTERNE : Bureaux 32 CLIMATISATION : Bureaux 33 BILAN INTERNE : Bâtiments résidentiels (collectifs, haussmanniens et individuels) 34 BILAN INTERNE : Taux de vitrage des bâtiments résidentiels 34 CLIMATISATION : Bâtiments résidentiels (collectifs, haussmanniens et individuels) 35


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Table des figures

Figure 1: Les 4 grandes périodes passées de construction ...................................................................... 6

Figure 2 : Age et typologie des bâtiments pour la simulation de référence ............................................ 6

Figure 3: Evolution du nombre de bâtiments conformes à une exigence règlementaire......................... 8

Figure 4: Prise en compte du temps de diffusion d’une exigence pour un type de bâtiment ................ 11

Figure 5 : Illustration des constantes de temps pour les 2 scénarios de bâti ......................................... 12

Figure 6 : Les périodes passées de construction et les dates d’apparition des nouvelles normes ......... 13

Figure 7 : Evolution de la climatisation selon le type d’usage des bâtiments et selon le scénario........ 16

Figure 8 : Evolution de la performance des systèmes de climatisation................................................. 17

Figure 9 : Localisation des rejets de climatisation................................................................................ 17

Figure 10 : Evolution du taux de vitrage des bureaux........................................................................... 18


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1. PROBLEMATIQUE L’objectif des scénarios relatifs au cadre bâti est de permettre la comparaison des réponses thermiques simulées de la ville entre des situations contrastées. Ces situations sont caractérisées par des paramètres décrivant les performances initiales des bâtiments ainsi que leurs modifications jusqu’en 2100. Pour le projet VURCA, les scénarios d'évolution du bâti ont été envisagés en croisant les échéances temporelles des réglementations thermiques (RT) et leur diffusion plus ou moins rapide à l’ensemble du parc immobilier, ce dernier étant décrit par ailleurs à l’aide de plusieurs catégories de bâtiments. Le présent rapport précise les hypothèses sous-jacentes à la construction de ces scénarios et présente les jeux de paramètres retenus pour chacun d’entre eux. L’exercice conduit sur une échelle spatiale importante (la région parisienne) et sur une longue période (jusque 2100) ne peut qu’être entaché d’incertitudes que nous nous efforcerons de qualifier à défaut de pouvoir les quantifier. Pour chaque échéance temporelle qui correspond à une rupture de la réglementation thermique (avant 1973, 1974, 2000, post Grenelle [2012 ou 2020], 2050, 2100), on envisage de définir les caractéristiques moyennes de chaque catégorie de bâtiments. Il s'agit d'un exercice par nature très approximatif. Les questions qui se posent sont les suivantes :

Comment exploiter les caractéristiques des différentes réglementations thermiques des scénarios de bâtiments dans les simulations de climat urbain ?

o Dans une maille, peut il coexister des bâtiments (d'un même type) respectant les normes de plusieurs réglementations c'est à dire des bâtiments anciens non rénovés, des bâtiments neufs et des bâtiments anciens rénovés ?

o Dans ce cas, doit on moyenner les caractéristiques des différentes réglementations ou choisir les caractéristiques de la réglementation prédominante des bâtiments ?

Les bâtiments anciens dans une maille sont ils renouvelés pour répondre aux exigences de chacune des réglementations ?

� Si oui, à quel taux ? � Quelles sont les constantes de temps entre la construction à neuf et le premier renouvellement ?

Entre deux renouvellements ? Ces questions font ressortir la complexité d'interprétation des scénarios de bâti pour nos simulations. La construction et l'exploitation de ces scénarios nécessitent de rassembler des données et définir une méthode exposée dans ce rapport. On ne perdra pas de vue au cours de cet exercice la nature approximative de ces scénarios. On établira tout d’abord un certains nombre de choix et d’hypothèses, pour le bâti et les usages existants (chapitre 2), puis on construira les scénarios pour le bâti et les usages futurs (chapitre 3) , et enfin on définira la méthodologie de simulation de ces scénarios (chapitre 4). La production des champs de surface nécessaires pour les simulations SURFEX sur Paris, dans le cadre du projet VURCA, à savoir l’ensemble des paramètres d’entrée des modèles ISBA et TEB, est décrite dans le document : « Préparation des champs de surface pour les simulations SURFEX » (Aude Lemonsu).


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2. DESCRIPTION DU BATI ET DES USAGES EXISTANTS

2.1. Typologies et hypothèses

Typologie des bâtiments et usages Les bâtiments sont classés en 4 types, représentatifs de leurs usages ainsi que de leurs caractéristiques physiques et thermiques : � les bâtiments haussmanniens, c'est à dire les bâtiments « historiques » dans Paris, qui peuvent

avoir des usages variés entre résidentiel et bureau, � les bâtiments collectifs à usage résidentiel et différents des bâtiments haussmannien dans leur

type de construction (notamment les immeubles des années 1950 et 1970 avec par exemple des toits terrasses...),

� les bâtiments pavillonnaires, ou logements individuels, � les bâtiments de bureaux.

La consommation d’énergie ou l’utilisation de la climatisation seront sensiblement différents entre des bureaux et des logements résidentiels. Les 4 types de bâtiments seront ainsi classés en 2 types d’usage : résidentiel et non résidentiel Pour les bâtiments haussmannien, qui peuvent avoir des usages variés entre résidentiel et bureau, on considèrera pour les simulations que leur usage est uniquement résidentiel.

Type de bâtiment Usage

Haussmannien

Individuel

Collectif

Résidentiel

Bureaux Non résidentiel

Typologie et périodes passées de construction Les propriétés des murs varient selon l’âge des bâtiments. A partir des données du CSTB issues d’EPICEA, on disposait de 11 périodes de construction différentes qui ont été regroupées en 6 périodes, correspondant chacune à un jeu de caractéristiques thermiques : � bâtiments construits avant 1900 � entre 1901 et 1917 � entre 1918 et 1944 � entre 1945 et 1974 � entre 1975 et 1999 � entre 2000 et 2011


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Des tables de caractéristiques de matériaux ont été construites pour chacune de ces 6 périodes. Compte tenu du saut technique majeur de la réglementation de 1974, les périodes de construction ont été regroupées à nouveau et l’on obtient au final 4 périodes de construction passées, correspondant chacune à un jeu de caractéristiques thermiques.

� La période avant 1900 : bâtiments historiques (haussmanniens) � La période Pré-1974 (1900-1974) : construction de bâtiments non isolés � La période Post-1974 (1975-2000) qui fait suite au choc pétrolier et renforce les isolations des

nouvelles constructions

Figure 1: Les 4 grandes périodes passées de construction

Remarque : la période « pré-74 » correspond à la colonne 1945-1974 dans la table des matériaux, et la période « post-74 » correspond à la colonne 1975-1999 dans la table des matériaux. A partir des simulations NEDUM, on définit les données d’entrée relatives au bâti :

Une carte d’âge des bâtiments (un âge de bâtiments en chaque point de grille) Une typologie des bâtiments différenciant les 4 types Haussmannien, individuel, collectif et

bureaux: Les cartes d’âge des bâtiments issues de NEDUM montrant une forte dépendance entre la typologie et l’âge des bâtiments, on considèrera pour la simulation de référence en 2006 que : � Tous les bureaux ont été construits après 1974 � Tous les bâtiments individuels ont été construits avant 1974 � Tous les bâtiments collectifs ont été construits après 1974 � Tous les bâtiments haussmanniens ont été construit avant 1900

Figure 2 : Age et typologie des bâtiments pour la simulation de référence

On supposera également, que les bâtiments n’ont pas été rénovés depuis leur construction.

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2.2. Vue générale des paramètres descriptifs des bâtiments anciens et actuels par typologie

matériaux de matériaux des matériaux des bilan interne climatisation

Type de bâtiment

Usage couverture planchers murs Apport interne (W.m2

plancher)

Fraction de chaleur

latente

Taux de renouv.

d’air vol int.h-1

Vitrages surface /surf.

façades

Temp. de consigne COP

Haussmannien Zinc Bois/plâtre 25%

Individuel Tuiles 15%

Collectif

Résidentiel 5 20%

Taux

fonction du système manuel

d’ouverture

40%

Pas de climatisation

Bureaux Non

résidentiel

Toit terrasse Béton

Propriétés fonction de l'âge des bâtiments

15 10% 1 80% 23°C 2.5

Ces données sont issues : � d’observations (nature des matériaux, taux de vitrage), � de la réglementation thermique 2005, � d’hypothèses sur le comportement des occupants (température de consigne).

Idéalement, il faudrait faire suffisamment de simulations pour pouvoir explorer la sensibilité des résultats de ces simulations à la variation de certains de ces paramètres. Ceci n’étant guère possible dans le cadre du projet, les résultats seront interprétés en gardant en mémoire la constitution de ces hypothèses fondatrices. Les paramètres descriptifs des bâtiments sont détaillés en annexe.


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3. CONSTRUCTION DES SCENARIOS « BATI & USAGES »

3.1. Diffusion des exigences réglementaires actue lles et futures Les réglementations thermiques (RT) sont des préoccupations récentes. On trouvera en annexe un historique des RT depuis 1974 (voir en annexe) qui fait ressortir l’évolution à la fois la croissance des exigences de performances thermiques et la progression du champ d’application. Les bâtiments existants (le stock) constituent l’essentiel du parc. est déjà construit et lLa réglementation a jusqu’à présent concerné principalement les constructions neuves (le flux) et ne commence à se ’en préoccuper du stock que depuis 2007. Ces quelques éléments illustrent l’importance des constantes de temps de la dynamique de diffusion des exigences réglementaires. Le schéma suivant entend représenter cette dynamique en mettant en évidence la différence de vitesse de diffusion dans le neuf et dans l’existant. La « spontanéité » de la diffusion dans le neuf est une vue idéalisée sachant que les contrôles effectués dans le cadre du contrôle du règlement de construction (CRC) révèlent des déficiences dans la mise en œuvre de ces mesures d’application obligatoire pour les segments du parc concernés. Néanmoins cette représentation sera adoptée pour la présentation des scénarios.

Figure 3: Evolution du nombre de bâtiments conformes à une exigence règlementaire

Les courbes ci-dessus représentent l’évolution du nombre de bâtiments conformes aux exigences réglementaires en vigueur au début de la période de référence.

La part de constructions neuves bâties annuellement est comprise entre 0,5 et 1% du parc existant, si bien qu’il faut au moins un siècle pour renouveler le stock sachant qu’une partie de l’existant sera conservée (centres historiques notamment). Dans la réalité, l’évolution du stock ne résulte pas que du flux de constructions neuves mais également des démolitions, des changements de destination (bureaux en logement et vice versa), des transformations (regroupement/séparation de logements).

Pour ce qui est des réglementations futures, il est fait l’hypothèse d’un renforcement des exigences, amorcé par la perspective de la réglementation 2020, qui vise à généraliser, pour les constructions neuves, les bâtiments à énergie positive (construction à très basse consommation d’énergie, qui produit plus d’énergie qu’elle n’en consomme). On pourrait imaginer d’autres renforcements réglementaires entre 2020 et 2100 visant le neuf et l’existant.


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Pour tenir compte de la part d’incertitude de cet exercice, on peut raisonnablement imaginer que les efforts concernant le parc existant seront renforcés de manière à accroître significativement le niveau de performance de cette partie essentielle du parc. Des progrès techniques (isolants sous vide, équipement de transformation/production d’énergie, …) et une évolution de l’outil de production (maîtrise d’ouvrage, maîtrise d’œuvre, entreprises) y contribueront.

Nous proposons de traduire la conjonction de ces évolutions non maîtrisables en 2012 en énonçant l’hypothèse que les exigences de 2020 seront (plus ou moins rapidement) généralisées en 2100 à l’ensemble du parc et suivant un rythme propre à chaque segment.

3.2. Les constantes de temps par segment de parc

Pour définir une dynamique de diffusion des exigences sur les différents segments du parc immobilier, nous raisonnerons sur la diffusion des exigences 2020 sur le parc actuel, en supposant que ces exigences n’évoluent pas jusqu’à 2100.

� la part du parc construite entre 2020 et 2100 serait réputée être au niveau, � les bâtiments construits antérieurement à 2020 auraient :

o soit été démolis (ou très lourdement restructurés) et reconstruits à neuf, garantissant ainsi le respect des exigences de 2020, o soit fait l’objet d’améliorations thermiques leur permettant d’approcher les exigences de 2020 (des réglementations spécifiques postérieures à 2020 instaureront probablement de tels objectifs, au moins pour ce qui est du niveau de consommation).

� pour autant que les moyens puissent être mobilisés à la hauteur des enjeux, l’amélioration de l’existant entrainera une ardente obligation d’amélioration ne serait-ce que pour que les bâtiments « restent sur le marché ».

� cette tendance sera très probablement différente suivant les segments du parc : o les bâtiments tertiaires, soumis pour beaucoup d’entre eux (notamment dans la région parisienne) à la concurrence internationale, s’adapteront « rapidement ». Difficile d’imaginer que subsistent des immeubles de bureaux « épaves thermiques » dans un quartier comme La Défense. Les maîtres d’ouvrages/loueurs ne pourront rester inactifs. Nous ferons l’hypothèse que tous les bâtiments tertiaires aux exigences 2020 en 2050. o les immeubles collectifs, gérés par des acteurs privés ou publics d’une certaine surface financière pourraient avoir des moyens de valoriser leur patrimoine en le faisant évoluer en une soixantaine d’années au niveau 2020. o les maisons individuelles (« rêve du francillien ») anciennes pourront faire l’objet d’amélioration thermique mais les moyens financiers plus dilués retarderont la pénétration des améliorations. Peut-être qu’un marché tendu, caractérisé par une forte demande entrainera la démolition d’un plus grand nombre de maisons anciennes, ce qui serait favorable à la croissance de la pénétration ? Des techniques innovantes (Panneaux isolants sous vide, PAC ultra-performantes, …) pourraient permettre d’envisager des améliorations de l’existant sans démolition. Devant tant d’incertitudes, nous ferons l’hypothèse que le parc de maisons individuelles serait dans sa quasi-totalité au niveau 2020 en 2100.

� Malgré les perspectives de quasi-généralisation de bâtiments au niveau des exigences thermiques de la réglementation 2020 à horizon 2100, il est très probable, et éminemment souhaitable pour la préservation de l’attractivité de ville au patrimoine extrêmement riche comme Paris, que des bâtiments très anciens ne puissent être adaptés aux exigences visées. Les obstacles sont à la croisée des techniques d’amélioration, du respect du caractère patrimonial des bâtiments concernés. La proportion des surfaces bâties afférentes à ces bâtiments est relativement faible. Même si les bâtiments dans les quartiers concernés ne présentent pas les performances requises, leur situation, le prestige qui y est associé pèseront dans la décision


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d’acheter/louer ces patrimoines. Ainsi, la diffusion de la réglementation sur ce segment sera à la fois très lente (supérieure à 100 ans) et plus limitée pour respecter leur caractère patrimonial.

Le tableau suivant résume ces éléments :

Type de bâtiments Constante de temps

Les bureaux 30 ans

Les logements individuels 80 ans

Les logements collectifs 80 ans

Les bâtiments Haussmanniens 120 ans

Au terme de cet exposé des principales hypothèses, rappelons qu’il ne s’agit pas de faire des « prévisions » de ce que sera le parc de bâtiments à l’horizon 2100 (c’est simplement impossible) mais de définir une méthode qui permette de construire des scénarios contrastés d’évolution de la zone urbaine considérée dont on simulera l’impact en terme de « réponse thermique » lors d’évènements caniculaires.

3.3. Hypothèses complémentaires Plusieurs hypothèses simplificatrices ont été faites afin de rendre les simulations plus lisibles et faciliter l’interprétation :

� Un type de bâtiment par maille

Suite à la réunion d'avancement à 2 ans du projet, la décision a été prise de n'avoir qu'un seul type de bâtiment par maille dans les simulations de climat urbain.

� Conservation du type dans une maille

Chaque maille conserve dans le futur le type de bâtiment affecté lors de la simulation de référence : toute nouvelle construction, fournie par NEDUM, sera résidentielle.

� Un type de bâtiment et un seul jeu de caractéristiques par maille

Afin de simplifier le travail d'établissement des scénarios et de définition du bâtiment moyen par maille, on fait l’hypothèse qu’à une date donnée, plutôt qu'une nouvelle exigence réglementaire trop incertaine à définir, s'applique une réglementation antérieure et le jeu de caractéristiques thermiques associé, mais cette fois à tous les bâtiments.


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� Les caractéristiques thermiques à une date donnée sont issues d’une réglementation antérieure.

A une date future donnée, tous les bâtiments d’un même type, neufs ou anciens, présentent des caractéristiques thermiques correspondant à une réglementation élaborée N années plus tôt, N est la constante de temps de ce type de bâtiment, c’est à dire le temps nécessaire pour que 100% des bâtiments de ce type aient atteint ce niveau de caractéristiques.

Figure 4: Prise en compte du temps de diffusion d’une exigence pour un type de bâtiment

3.4. Les 2 scénarios choisis Pour le projet VURCA, les 2 scénarios d'évolution du bâti et des usages envisagés jusqu’à 2100 sont les suivants : � Un scénario « fil de l’eau » qui correspond à un prolongement des évolutions actuelles du bâti,

un respect des exigences réglementaires, avec des améliorations progressives des performances des matériaux, sans rupture significative en terme de rythme ou d’usage. En particulier, l’utilisation de la climatisation va poursuivre sa courbe actuelle de croissance, tempérée par les RT. Les constantes de temps ou temps de diffusion des exigences et des techniques seront les mêmes que par le passé.

� Un scénario « vertueux » qui correspond à une mise en place plus volontariste de solutions performantes et à une utilisation plus économe de la climatisation. Les temps de diffusion des exigences et des techniques seront plus courts que par le passé.

Les deux scénarios portent à la fois sur le bâti et les usages :

� Scénario ‘Fil de l’eau’ = Bâti ‘fil de l’eau’ + usage ‘fil de l’eau’ de la climatisation.

� Scénario ‘Vertueux’ = Bâti ‘vertueux’ + usage ‘vertueux’ de la climatisation.

Pour élaborer ces deux scénarios, on s’appuiera sur : � Les normes passées et les caractéristiques physiques et thermiques des bâtiments existants ; � Les constantes de temps ou temps de diffusion observés d’une norme, pour un type donné de

bâtiment ;


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� Une projection de sauts technologiques ou évolutions architecturales ou changements notables des usages.

A partir de ces informations, on déterminera les différents paramètres descriptifs des scénarios : � Les constantes de temps envisageables pour les 2 scénarios. � Les dates d’apparition des nouvelles exigences et des évolutions remarquables futures. � Les caractéristiques physiques et thermiques des bâtiments et les usages associés, pour chaque

date identifiée.

Les constantes de temps On supposera dans le scénario « vertueux » que les temps de diffusion des exigences et usages sont divisés par 2 par rapport à ceux observés dans le passé, pour chaque type de bâtiments. Dans le scénario « fil de l’eau », les temps de diffusions seront identiques à ceux adoptés pour la simulation de référence.

Type de logement

SCENARIO FIL DE L’EAU

Constante de temps

SCENARIO VERTUEUX

Constante de temps

Les bureaux 30 ans 15 ans Les logements individuels 80 ans 40 ans

Les logements collectifs 80 ans 40 ans Les bâtiments Haussmanniens

120 ans 60 ans

Le schéma suivant illustre les constantes de temps pour ces deux scénarios.

Figure 5 : Illustration des constantes de temps pour les 2 scénarios de bâti

En conservant la même hypothèse de croissance du parc neuf, les deux courbes traduisent les progrès plus ou moins rapides dans l’existant. C’est bien cette partie du parc qui est au cœur de la diffusion.


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Dates d’apparition des règlementations futures ou é volutions remarquables Compte tenu des temps de diffusion, nous proposerons des évolutions des exigences et des usages par pas de 20 ans, depuis le Grenelle en 2012 jusqu’en 2090 ; soit : 2030, 2050, 2070, 2090. A chacune de ces dates correspond une évolution progressive de caractéristiques thermiques des bâtiments, mais également certains sauts technologiques ou des évolutions remarquables, d’un point de vue des usages ou de l’architecture. On peut ainsi proposer, par ordre chronologique : � Une isolation des murs par l’extérieur � L’usage de matériaux réfléchissants sur les murs et les toits � L’isolation « sous vide » des toits �

Cette échelle de temps pour les exigences/évolutions futures est ainsi complémentaire de celle établie pour la simulation de référence.

Figure 6 : Les périodes passées de construction et les dates d’apparition des nouvelles normes


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Type de paramètres et type d’évolution On distinguera deux types de paramètres :

1. Les paramètres qui dépendent de la date de construction du bâtiment 2. Les paramètres qui sont indépendants de la date de construction du bâtiment

1. Paramètres dépendants de la date de construction du bâtiment

Type de paramètre Type d’évolution

Matériaux d’enveloppe (isolants,

vitrages, …)

Leur déploiement est soumis à un « temps de diffusion » propre à chaque type de bâtiment, et différent pour les 2 scénarios

Paramètres soumis à des exigences réglementaires

Taux de vitrage

Le taux de vitrage n’évolue – à la baisse - que pour les bureaux; il est indépendant des scénarios et lié à des exigences règlementaires ; il est donc soumis au même temps de diffusion que celles-ci.

2. Paramètres indépendants de la date de construction du bâtiment

Type de paramètre Type d’évolution

Equipements Performance des

climatiseurs

Les performances des équipements de climatisation ont leur rythme d’évolution technique propre, indépendamment des exigences réglementaires , typologie des bâtiments et usages, et des scénarios. Les améliorations des performances sont prises en compte sans délai dans les bâtiments (non soumis à un temps de diffusion).

Climatisation et choix de la

température de consigne

Ventilation et taux de renouvellement

de l’air (MUSCADE)

Usages

Protections solaires mobiles,

volets ou pare-soleil . (MUSCADE)

Les usages sont fonction du type résidentiel / non résidentiel et du scénario. Ils évoluent indépendamment des exigences réglementaires et sont mis en œuvre sans délai dans les bâtiments (non soumis à un temps de diffusion).


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3.5. Vue générale de l’évolution des paramètres jusqu’à la fin du siècle

Paramètres prépondérants

Situation actuelle (2006)

Evolution jusqu’à la fin de siècle

TOUS TYPES DE BATIMENTS

Isolation des murs Par l’intérieur Par l’extérieur à partir de 2030

Matériaux des toits et murs Matériau minéral Matériau réfléchissant à partir de 2050

Isolation des toits Matériau minéral Isolation sous vide à partir de 2070

Performance installations de climatisation

COP = 2.5 Evolution régulière vers un COP = 5

Protections solaires A définir pour MUSCADE

Ventilation et taux de renouvellement d’air

Ventilation sanitaire taux de renouvellement d’air = 1 vol h-1

Surventilation dans MUSCADE

Valeur constante

BATIMENTS RESIDENTIELS

Charges internes 5 W.m-2 de plancher Valeur constante

Taux de vitrage Fonction du type de bâtiment

(hauss = 25% - coll=40% - ind=15%) Valeur constante

Utilisation intensive ou modérée à partir de 2030 Utilisation de la

climatisation et température de consigne

Pas de climatisation « fil de l’eau » Temp = 23°C

« vertueux » temp =28°C

Type & localisation des rejets de chaleur des installations de clim.

Pas de climatisation

Rejets « secs » ; Localisation : Résidentiel : en façades Hauss. : sur les toits,

Collectif : 50% toits, 50% façades

BUREAUX

Charges internes 15 W.m-2 de plancher Valeur constante

Taux de vitrage 80% de la surface de la façade Diminution régulière vers un taux de

40% (identique au collectif)

Utilisation constante ou décroissante Usage de la climatisation et

température de consigne Utilisation généralisée intensive

Temp = 23°C « fil de l’eau » 23°C

« vertueux » de 23 à 26°C

Type & localisation des rejets de chaleur de

climatisation

Rejets « secs » ; Localisation : 80% sur les toits, 20% en façades

Situation constante.


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3.6. Cas particuliers d’évolutions

Climatisation Le cas de la climatisation est particulièrement important puisque le projet VURCA s’intéresse aux canicules. Les scénarios vont proposer différentes options pour : � Le mode d’utilisation de la climatisation � Les performances des équipements de climatisation � La localisation et le type des rejets

Le mode d’utilisation de la climatisation est caractérisé dans ce projet par la température de consigne choisie par les habitants. Une « utilisation intensive» de la climatisation correspond à une température de consigne faible (de l’ordre de 23°C, alors que la température de consigne de la RT 2005 est 26°C), et une « utilisation modérée» de la climatisation correspond à une température plus élevée (de l’ordre de 28°C). On suppose qu’à moyen terme, l’ensemble des logements sera équipé de moyens de climatisation. La température de consigne et son évolution dans le temps sont déclinées pour les 2 types d’usage des bâtiments (résidentiels et non résidentiels), et pour les 2 scénarios. L’usage de la climatisation n’est pas lié au type de bâtiment (collectif, individuel ou Haussmannien), ni soumis à un temps de diffusion pour chacun de ces types.

Figure 7 : Evolution de la climatisation selon le type d’usage des bâtiments et selon le scénario


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Pour les performances des systèmes de climatisation actuels, on considèrera un COP de 2.5. Dans tous les cas d’usage (résidentiel ou non) on supposera que le COP des équipements de climatisation disponibles évolue régulièrement jusqu’à une valeur de 5 à la fin du siècle. L’évolution des performances des systèmes de climatisation est supposée indépendante des exigences réglementaires et du type de scénario

Paramètre Performance (COP)

Type de bâtiment

1975-1999

2000-2011 2012 2030 2050 2070 2090

Bureaux 2.5 3 Collectifs

Haussmanniens Individuels

3.5 4 4.5 5

Figure 8 : Evolution de la performance des systèmes de climatisation

On considèrera que les tous les rejets de chaleur liés à la climatisation sont sous forme sèche. Ils sont localisés au niveau des toitures ou en façades selon le type de bâtiment (voir 3.5. : Vue générale de l’évolution des paramètres jusqu’à la fin du siècle ). Ces valeurs ne varient pas en fonction des scénarios ni des dates.

Paramètre localisation des rejets

Type de bâtiment 2000-2011 2012 2030 2050 2070 2090

Bureaux 80% toits - 20% façades 80% toits - 20% façades

Collectifs 50% toits - 50% façades Haussmanniens en toiture

Individuels en façades

Figure 9 : Localisation des rejets de climatisation

Ventilation La ventilation sanitaire est fixée à 1 volume heure (1 volume du bâtiment renouvelé toutes les heures). La surventilation (ouverture des fenêtres) sera envisagée uniquement pour MUSCADE

Protections solaires des vitrages Envisagé uniquement pour MUSCADE


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Taux de vitrages des bureaux Les deux scénarios proposent un même taux de vitrage des bureaux décroissant, à partir de 2012, jusqu’à atteindre à la fin du siècle une valeur similaire à celle des bâtiments collectifs.

Type de bâtiment

Paramètre - Unité

2000-2011 2012 2030 2050 2070 2090

Bureaux 0.8 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4

Collectifs 0.4 0.4

Haussmanniens 0.25 0.25

Individuels

surface /surface de façade (%)

0.15 0.3

Figure 10 : Evolution du taux de vitrage des bureaux

Bâtiments haussmanniens Si tous les types de bâtiments sont amenés à évoluer avec les exigences règlementaires, les bâtiments très anciens ne pourront être adaptés que partiellement aux exigences visées. Afin de respecter le caractère patrimonial, les bâtiments haussmanniens garderont un certain nombre de leurs caractéristiques : le toit en zinc, le taux d’ouverture, le revêtement extérieur en calcaire. Seules les améliorations « internes » au bâtiment seront prises en compte. Compte tenu du temps de diffusion des exigences pour les bâtiments haussmanniens, même dans le cas du scénario vertueux plus volontariste, ce type de bâtiments respectera en 2100 – au mieux – les exigences de 2030.


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4. LA SIMULATION SURFEX DES SCENARIOS DU BATI

4.1. Méthodologie Les caractéristiques thermiques d’un type de bâtiment à une date donnée sont celles relatives à des exigences antérieures, appliquées à 100% des bâtiments (neufs ou anciens rénovés). Pour déterminer quelles sont les exigences (et donc à quelle date ultérieure) s’appliquant à un type de bâtiment à une date donnée, on s’appuiera sur la constante de temps de diffusion afférente à ce bâtiment, c’est-à-dire le temps nécessaire pour que 100% des bâtiments de ce type aient atteints un niveau de caractéristiques. La constante de temps sera différente pour les 2 scénarios de bâti. Ainsi, pour une date de simulation donnée, on affectera à tous les bâtiments d’un même type le jeu de caractéristiques thermiques proposé plusieurs années avant. Ce nombre d’années correspond au temps qu’il a fallu pour que l’ensemble du parc se mette à un même niveau, que ce soit pour les constructions neuves ou les bâtiments rénovés. Dans le cas des équipements et des « usages », on considèrera que ceux ci sont mis en œuvre sans délai.

A chaque type de bâtiment sera ainsi affecté une période de construction passée ou une « règlementation » future, ainsi que des usages et des équipements contemporains.


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4.2. Simulations à plusieurs dates


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5. ANNEXES

PARAMETRES DESCRIPTIFS DES BATIMENTS ANCIENS ET FUT URS

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ANR – VMCS 2008

TOITURES - Bureaux et bâtiments collectifs

Elément (2) Paramètre - Unité <1900 1901-1917

1918-1944

1945-1974

1975-1999

2000-2011 2012 2030 2050 2070 2090

Extérieur albédo ([1]) 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.6 0.7 0.8 chaleur spécifique C (kJ. m-3.K-1) 2100 2100 2100 2100 2100 2100 2100 2100 2100 2100 2100 conductivité λ (W m−1 K−1) 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 émissivité ([1]) 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 épaisseur d (m) 0.004 0.004 0.004 0.004 0.004 0.004 0.004 0.004 0.004 0.004 0.004 Type de matériau (-) terrasses matériau réfléchissant Milieu chaleur spécifique C (kJ m−3 K−1) 75 75 75 75 75 75 75 75 75 5 5 conductivité λ (W m−1 K−1) 0.035 0.035 0.035 0.035 0.035 0.035 0.035 0.03 0.025 0.01 0.005 épaisseur d (m) 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.2 0.3 0.3 0.15 0.1 Résistance thermique (m2.K.W-1) 2.86 2.86 2.86 2.86 2.86 2.86 5.71 10 12 15 20 Type de matériau (-) isolant Isolant sous vide Intérieur chaleur spécifique C (kJ. m-3.K-1) 2300 2300 2300 2300 2300 2300 2300 2300 2300 2300 2300 conductivité λ (W m−1 K−1) 2.3 2.3 2.3 2.3 2.3 2.3 2.3 2.3 2.3 2.3 2.3 épaisseur d (m) 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 Résistance thermique (m2.K.W-1) 0.09 0.09 0.09 0.09 0.09 0.09 0.09 0.09 0.09 0.09 0.09 Type de matériau (-) béton armé

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ANR – VMCS 2008

TOITURES – Bâtiments haussmanniens

Elément (2) Paramètre - Unité <1900 1901-

1917 1918-1944

1945-1974

1975-1999

2000-2011 2012 2030 2050 2070 2090

Extérieur albédo ([1]) 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 chaleur spécifique C (kJ. m-3.K-1) 2736 2736 2736 2736 2736 2736 2736 2736 conductivité λ (W m−1 K−1) 110 110 110 110 110 110 110 110 émissivité ([1]) 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 épaisseur d (m) 0.0008 0.0008 0.0008 0.0008 0.0008 0.0008 0.0008 0.0008 Type de matériau (-) Zinc Milieu chaleur spécifique C (kJ m−3 K−1) 900 900 900 900 900 900 1800 1800 conductivité λ (W m−1 K−1) 0.13 0.13 0.13 0.13 0.13 0.13 0.13 0.13 épaisseur d (m) 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.1 0.1 Type de matériau (-) Charpente et voligeage Résistance thermique (m2.K.W-1) 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.77 0.77 Intérieur chaleur spécifique C (kJ. m-3.K-1) 800 800 800 800 800 800 50 50 conductivité λ (W m−1 K−1) 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.035 0.03 épaisseur d (m) 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.3 Type de matériau (-) bois plâtre isolant isolant Résistance thermique (m2.K.W-1) 0.67 0.67 0.67 0.67 0.67 0.67 5.71 10

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ANR – VMCS 2008

TOITURES – Bâtiments individuels


1917 1918-1944

1945-1974

1975-1999

2000-2011 2012 2030 2050 2070 2090

Extérieur albédo ([1]) 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.6 0.7 0.8

chaleur spécifique C (kJ. m-3.K-1) 1600 1600 1600 1600 1600 1600 1600 1600 1600 1600 1600

conductivité λ (W m−1 K−1) 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 émissivité ([1]) 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 épaisseur d (m) 0.025 0.025 0.025 0.025 0.025 0.025 0.025 0.025 0.025 0.025 0.025 Type de matériau (-) Tuiles sur charpente matériau réfléchissant Intérieur

chaleur spécifique C (kJ. m-3.K-1) 75 75 75 75 75 75 75 75 75 5 5

conductivité λ (W m−1 K−1) 0.035 0.035 0.035 0.035 0.035 0.035 0.035 0.03 0.025 0.01 0.005 épaisseur d (m) 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.2 0.3 0.3 0.15 0.1 Type de matériau (-) isolant isolant sous vide

Résistance thermique (m2.K.W-1) 2.86 2.86 2.86 2.86 2.86 2.86 5.71 10 12 15 20

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MURS – Bureaux, bâtiments collectifs et individuel s


1918-1944

1945-1974

1975-1999

2000-2011 2012 2030 2050 2070 2090

Couche 1 (ext)

albédo ([1]) 0.4 0.4 0.2 0.4 0.4 0.4 0.4

0.3[marchadi1]0.6 0.7 0.8

chaleur spécifique C (kJ. m-3.K-1) 2000 1600 1600 1800 1800 1800 1800 75 75 5 5 conductivité λ (W/m.K) 1.4 0.8 0.8 1 1 1 1 0.03 0.02 0.01 0.005 émissivité ([1]) 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9

épaisseur d (m) 0.02 0.03 0.03 0.04 0.03 0.03 0.02 0.2 0.2 0.2 0.2

Résistance thermique (m2.K.W-1) 0.01 0.04 0.04 0.04 0.03 0.03 0.02 6.67 10 20 40

Type de matériau (-) Calcaire / Pierre

Plâtre/plâtre et sable

Terre cuite Enduit ciment et sable isolant par

l'extérieur matériau réfléch.

isolant sous vide et matériau réfléch.

Couche 2 (milieu) chaleur spécifique C (kJ m−3 K−1) 2000 2200 1480 2200 2200 2200 2200 2200 2200 2200 2200 conductivité λ (W m−1 K−1) 1.4 1.7 1.2 1.65 1.65 1.65 1.65 1.65 1.65 1.65 1.65 épaisseur d (m) 0.1 0.15 0.15 0.15 0.2 0.2 0.2 0.1 0.1 0.1 0.1 Résistance thermique (m2.K.W-1) 0.07 0.09 0.13 0.09 0.12 0.12 0.12 0.06 0.06 0.06 0.06


Pierre ferme Brique Béton Béton structure

Couche 3 (milieu) chaleur spécifique C (kJ m−3 K−1) 2000 2200 1480 2200 51 51 51 2200 2200 2200 2200 conductivité λ (W m−1 K−1) 1.4 1.4 1.15 1.75 0.04 0.04 0.04 1.65 1.65 1.65 1.65 épaisseur d (m) 0.1 0.25 0.13 0.035 0.04 0.08 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 Résistance thermique (m2.K.W-1) 0.07 0.18 0.11 0.02 1 2 2.5 0.06 0.06 0.06 0.06


Pierre ferme Brique Béton Isolant Béton structure

Couche 4 (int) chaleur spécifique C (kJ. m-3.K-1) 700 700 700 700 700 700 700 700 700 700 700 conductivité λ (W/m.K) 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 épaisseur d (m) 0.03 0.03 0.03 0.02 0.015 0.013 0.013 0.013 0.013 0.013 0.013

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ANR – VMCS 2008


1918-1944

1945-1974

1975-1999

2000-2011 2012 2030 2050 2070 2090

Type de matériau (-) Plâtre

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ANR – VMCS 2008

MURS – Bâtiments haussmanniens


1917 1918-1944

1945-1974

1975-1999

2000-2011 2012 2030 2050 2070 2090

Couche 1 (ext) albédo ([1]) 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 chaleur spécifique C (kJ. m-3.K-1) 2000 2000 2000 2000 2000 2000 2000 2000 conductivité λ (W/m.K) 1.4 1.4 1.4 1.4 1.4 1.4 1.4 1.4 émissivité ([1]) 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 épaisseur d (m) 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 Résistance thermique (m2.K.W-1) 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 Type de matériau (-) Calcaire / Pierre Couche 2 (milieu) chaleur spécifique C (kJ m−3 K−1) 2000 2000 2000 2000 2000 2000 2000 2000 conductivité λ (W m−1 K−1) 1.4 1.4 1.4 1.4 1.4 1.4 1.4 1.4 épaisseur d (m) 0.1 0.1 0.1 0.1 0.2 0.2 0.2 0.2 Type de matériau (-) Calcaire / Pierre Couche 3 (milieu) chaleur spécifique C (kJ. m-3.K-1) 2000 2000 2000 2000 51 51 51 51 conductivité λ (W/m.K) 1.4 1.4 1.4 1.4 0.04 0.04 0.04 0.03 épaisseur d (m) 0.1 0.1 0.1 0.1 0.04 0.08 0.1 0.12 Résistance thermique (m2.K.W-1) 0.07 0.07 0.07 0.07 1 2 2.5 4 Type de matériau (-) Calcaire / Pierre Isolant Couche 4 (int) chaleur spécifique C (kJ. m-3.K-1) 700 700 700 700 700 700 700 700 conductivité λ (W/m.K) 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 épaisseur d (m) 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 Type de matériau (-) Plâtre

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ANR – VMCS 2008

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ANR – VMCS 2008

PLANCHERS – Bureaux, bâtiments collectifs et indivi duels


1917 1918-1944

1945-1974

1975-1999

2000-2011 2012 2030 2050 2070 2090

Inférieur chaleur spécifique C (kJ. m-3.K-1) 2200 2200 2200 2200 2200 2200 2200 2200 2200 2200 2200 conductivité λ (W m−1 K−1) 1.65 1.65 1.65 1.65 1.65 1.65 1.65 1.65 1.65 1.65 1.65 épaisseur d (m) 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 Type de matériau (-) matériau minéral Milieu chaleur spécifique C (kJ. m-3.K-1) 2200 2200 2200 2200 2200 2200 2200 2200 2200 2200 2200 conductivité λ (W m−1 K−1) 1.65 1.65 1.65 1.65 1.65 1.65 1.65 1.65 1.65 1.65 1.65 épaisseur d (m) 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 Type de matériau (-) matériau minéral Supérieur chaleur spécifique C (kJ. m-3.K-1) 2200 2200 2200 2200 2200 2200 2200 2200 2200 2200 2200 conductivité λ (W m−1 K−1) 1.65 1.65 1.65 1.65 1.65 1.65 1.65 1.65 1.65 1.65 1.65 épaisseur d (m) 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 Type de matériau (-) matériau minéral

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PLANCHERS – Bâtiments haussmanniens


1917 1918-1944

1945-1974

1975-1999

2000-2011 2012 2030 2050 2070 2090

Inférieur chaleur spécifique C (kJ. m-3.K-1) 800 800 800 800 800 800 800 800 conductivité λ (W m−1 K−1) 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 épaisseur d (m) 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 Type de matériau (-) parquets bois

Milieu chaleur spécifique C (kJ. m-3.K-1) 800 800 800 800 800 800 800 800 conductivité λ (W m−1 K−1) 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 épaisseur d (m) 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 Type de matériau (-) bois plâtre Supérieur chaleur spécifique C (kJ. m-3.K-1) 900 900 900 900 900 900 900 900 conductivité λ (W m−1 K−1) 0.13 0.13 0.13 0.13 0.13 0.13 0.13 0.13 épaisseur d (m) 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 Type de matériau (-) bois plâtre

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ANR – VMCS 2008

BILAN INTERNE : Bureaux


1918-1944

1945-1974

1975-1999

2000-2011 2012 2030 2050 2070 2090

Apports internes Flux (W/m² plancher) 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 fraction latente (%) 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 Renouvellement d'air Taux (volume intérieur.h-1) 1 1 1 1 1 1 1 1

Type d'ouverture Pas d’ouverture Ouverture automatique Vitrage facteur solaire m (-) 0.85 0.85 0.85 0.85 0.75 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 U-factor (W.m-².K-1) 6 6 6 6 3.5 2.3 2.1 1.8 1.5 1.1 0.7

surface /surface de façade (%) 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4

Remarque : les vitrages sont liés aux exigences règlementaires, et font donc référence aux dates de construction des bâtiments dans le tableau ci-dessus. Pour les autres paramètres, les dates dans le tableau sont les dates d’introduction ou d’application du paramètre dans le bâtiment (non soumis à un temps de diffusion).

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CLIMATISATION : Bureaux

Scénario Paramètre - Unité <1900 1901-1917

1918-1944

1945-1974

1975-1999

2000-2011 2012 2030 2050 2070 2090

Fil de l'eau température de consigne (°C) 23 23 23 23 23 23 Vertueux température de consigne (°C) 23 23 23 24 25 26

Tous scénarios localisation des rejets (-) En toiture Performance (COP) (-) 2.5 3 3.5 4 4.5 5 Taux de rejets humides (%) 25 25 25 25 25 25 Taux de rejets secs (%) 75 75 75 75 75 75 Remarque : Pour les paramètres de climatisation, les dates dans le tableau sont les dates d’introduction ou d’application dans le bâtiment (non soumis à un temps de diffusion).

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ANR – VMCS 2008

BILAN INTERNE : Bâtiments résidentiels (collectifs, haussmanniens et individuels)


1917 1918-1944

1945-1974

1975-1999

2000-2011 2012 2030 2050 2070 2090

Apports internes Flux (W/m² plancher) 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 fraction latente (%) 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 Renouvellement d'air Taux diurne (volume intérieur h-1) 1 1 1 1 1 1 1 1

Type d'ouverture Ouverture manuelle Ouverture automatique Vitrage facteur solaire m (-) 0.85 0.85 0.85 0.85 0.75 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 U-factor (W.m-².K-1) 6 6 6 6 3.5 2.3 2.1 1.8 1.5 1.1 0.7

BILAN INTERNE : Taux de vitrage des bâtiments résid entiels

Type de bâtiment Paramètre - Unité <1900 1901-

1917 1918-1944

1945-1974

1975-1999

2000-2011 2012 2030 2050 2070 2090

Collectifs surface/surface façade (%) 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 Haussmanniens surface/surface façade (%) 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 Individuels surface/surface façade (%) 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3

Remarque : les vitrages sont liés aux exigences règlementaires, et font donc référence aux dates de construction des bâtiments dans le tableau ci-dessus. Pour les autres paramètres, liés à l’usage, les dates dans le tableau sont les dates d’introduction ou d’application du paramètre dans le bâtiment (non soumis à un temps de diffusion).

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ANR – VMCS 2008

CLIMATISATION : Bâtiments résidentiels (collectifs, haussmanniens et individuels)

Scénario Paramètre - Unité <1900 1901-1917

1918-1944

1945-1974

1975-1999

2000-2011 2012 2030 2050 2070 2090

Fil de l'eau température de consigne (°C) 23 23 23 23 Vertueux température de consigne (°C) 28 28 28 28

Tous scénarios localisation des rejets (-) En toiture Performance (COP) (-) 3.5 4 4.5 5 Taux de rejets humides (%) 25 25 25 25 Taux de rejets secs (%) 75 75 75 75 Remarque : Pour les paramètres de climatisation, les dates dans le tableau sont les dates d’introduction ou d’application dans le bâtiment (non soumis à un temps de diffusion

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ANR – VMCS 2008

Documents

LES SCENARIOS ‘BATI & USAGES DE LA CLIMATISATION’ ET …