Thierry DUFORESTEL,

EDF R&D

Projet VALERIEAppel à projets HABISOL-2008

Le projet VALERIE

« VALorisation par l’Enveloppe du bâtiment des Ressources énergétiques Immédiatement Exploitables »

Partenaires : EDF R&D, ARMINES, LOCIE/CNRS, CETHIL, OASIIS.

Date de début du projet : Janvier 2009

Date de fin du projet : Août 2012

Budget total : 1 500 k€

Aide accordée : 711 k€

Labellisation par le pôle TENERRDIS.

Rappel du contexte et des enjeux• Le coefficient de déperdition d’une

paroi varie de 0,2 (bien isolée) à 2 (non isolée) W/m2.K.

• L’écart moyen de température entre l’intérieur et l’extérieur durant la période de chauffage est de l’ordre de 12°C.

• Une paroi perd donc en moyenne sur la période de chauffage entre 2,4 et 24 W/m2.

• Dès qu’il fait jour, une paroi reçoit entre 200 et 1000 W/m2 d’apports solaires.

• Même en période de chauffage, le bilan apports – pertes est positif. Pourtant, globalement, les parois perdent de l’énergie.

Objectifs et positionnement du projet• Qualifier et quantifier les

ressources de l’environnement et leur adéquation aux besoins.– Définition des indicateurs.

• Évaluer les solutions actuelles au regard du potentiel disponible.

• Optimiser l’exploitation du potentiel par la définition de nouveaux concepts techniques.– Technologies pour capter,

stocker et redistribuer les ressources de l’environnement.

• Contribuer à faire évoluer les méthodes de conception.– Identifier les parois à fort

potentiel.– Les exploiter.– Isoler les autres pour diminuer

les besoins.

Une méthodologie basée sur la modélisation.

• Des simulations sur trois bâtiments types en deux versions (BBC et non isolé) avec calcul du besoin de chauffage et du besoin de rafraîchissement.

• Trois ressources de l’environnement évaluées :

– Le soleil.– L’air extérieur.– Le ciel.

• Définitions et évaluation d’indicateurs.

– Potentiel de l’environnement.– Indicateurs de performance.

• Une analyse globale à l’échelle du bâtiment, puis paroi par paroi.

– Optimisation de la conception.

Les indicateurs.

Simulations avec les ressources

Simulations sans une ressource

Besoin réel

Différence des besoins

Existence d’uneRessource?

Ressource utile

Ressource utilisée

Taux d’exploitation du potentiel

Taux de couverture du besoin

Potentiel utile de la ressource

Résultats pour un bâtiment BBC. Echelle du bâtiment.

6% 78% 2% 9% 8% 79%

Capacity and performance indicators for a low-energy single house in Chambéry

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

Sun Sky Air

kW

h/(

m².

an

)

Simultaneous capacity Exploited capacity Energy needs Adjusted capacity

Résultats pour un bâtiment BBC : échelle des parois.

Capacity and performance indicators for a low-energy single house in Chambéry

0,00

5000,00

10000,00

15000,00

20000,00

25000,00

South West North East South West North East

Wall Window

kW

h

Simultaneous capacity Exploited capacity Energy needs

0% 2% 0% 1% 0% 0% 1%1%

36% 50%18%44%

44% 43%4% 11%

Quelques constatations.• Le potentiel de toutes les ressources est toujours supérieur au besoin qui

lui correspond. Il y a donc suffisamment de ressources disponibles pour répondre à tous les besoins.

• Le ciel est une ressource de rafraîchissement qui n’est pas exploitée.

• Les fenêtres sont l’unique moyen actuel d’exploitation des ressources solaires. Les parois opaques échouent totalement à exploiter cette ressource, même équipées de solutions spécifiques.

• Le BBC couvre 80% de ses besoins en n’exploitant que quelques % des ressources.

• Dans le même temps, un bâtiment non isolé ne couvre que 25% de ses besoins en exploitant 12% de ses ressources.

• Comment passer de l’un à l’autre, mais en exploitant plus les ressources de l’environnement?

Deux voies complémentaires.

• Une méthodologie de conception.– Le fonctionnement de l’isolation dans un

contexte de haute performance.– Les ressources de l’environnement.– Le basculement d’une logique vers l’autre.

• Des technologies spécifiques, suivant trois voies de recherche.– Les méthodes inverses.– Les théories de l’optimisation.– L’analyse spécifique du rayonnement.

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

0 2 4 6 8 10 12

Thermal resistance (m2K/W)

Average Cost of saved kWh (€)

Marginal cost of seved kWh (€)

Dissémination et valorisation.• Par des publications

scientifiques.– A ce jour une dizaine de

publications en revue ou en congrès et deux conférences invitées.

• Par des modules d’enseignement (architectes et ingénieurs).– ENSAV, ENSAS, ENSTA…

• Par des communications destinées aux filières (dont celle-ci fait partie).

• Par le montage de projets industriels visant le développement des méthodes et solutions techniques.– Contribution à deux AMI.– Deux partenariats industriels en

cours.

VALERIE, un projet exploratoire, mais très prometteur.

• En rationalisant et en chiffrant la présence et l’utilité des ressources de l’environnement, VALERIE nous a donné un regard nouveau sur l’énergétique du bâtiment.

• Les méthodologies mises en œuvre ont montré leur efficacité. Il reste maintenant à les étendre et à les mettre en application dans trois directions :– Etudier d’autres ressources (par exemple le sol) et d’autres besoins.– Développer des méthodes de conception adaptées aux besoins du

terrain.– Concrétiser des concepts techniques, notamment pour exploiter le

pouvoir de rafraîchissement de la voûte céleste et le potentiel de chauffage des parois opaques.

• La réalisation du projet fût un vrai travail de recherche, générateur de ruptures qui seront les bienvenues pour répondre aux exigences inédites des bâtiments très performants de demain.