conception d'un bâtiment à énergie positive
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Master 2 GI3ER - Stage en entreprise - Conception d'un bâtiment à énergie positive 1/43
Conception d'un bâtiment à énergie positive
Jérôme Lafréchoux7 mars – 5 août 2011
ITF : Ingénierie Thermique et Fluides – Puilboreau (17)
Stage en entreprise
Master 2 GI3ER - Stage en entreprise - Conception d'un bâtiment à énergie positive 2/43
ITF – Ingénierie Thermique et Fluides
● ITF (Puilboreau, 17) – CITEC (Cognac, 16)
● Création 1994 – CA 1 million €
● MOE / AMO
● Public / privé – Logement / tertiaire / industrie
● Ingénierie CVC, électricité, notes de calculs réglementaires
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Plan
→Études thermiques réglementaires
Études de faisabilité et bilans de consommation
Simulation thermique dynamique
Conception d'un bâtiment à énergie positive
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Études thermiques réglementaires
● Logements neufs
● Maisons individuelles RT 2005
● Individuels et collectifs RT 2012 ≈ RT 2005 BBC
– Etude de variantes● Émission R+1 : panneaux radiants, radiateurs BT, PCBT ?● CESI ?● Isolation renforcée ?
1.1 1.2 2.1 2.2 2.3 3.1 3.2 3.30
10
20
30
40
50
60
70
80
Auxiliaires
Ventilation
Éclairage
ECS
Chauffage
Solution
Co
nso
mm
atio
n (
kWh
/ a
n.m
2 S
HO
N)
SPECIMEN É
TUDE
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Études thermiques réglementaires
● Rénovation résidence Berlioz à Surgères RT Ex
● 5 bâtiments, total SHON 5880 m2
● Isolation par l'extérieur, ECS solaire
● ≈ 60% gain sur Ubat et C
ep
● Certificats d'Économies d'Énergies : 13 870 MWh cumac
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Plan
Études thermiques réglementaires
→Études de faisabilité et bilans de consommation
Simulation thermique dynamique
Conception d'un bâtiment à énergie positive
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Études de faisabilité / bilans de consommation
● Réhabilitation d'un chais en logement
● 213 m2 SHON, charpente et murs pierre apparents
● 4 propositions de solutions énergétiques
– Plancher rayonnant électrique– PCBT / chaudière gaz condensation– PCBT / PAC géothermique– PCBT / PAC aérothermique
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Études de faisabilité / bilans de consommation
● Réhabilitation d'un chais en logement
14700 19400 30100 25400
2843 2835 1509 1664
> 50 12 9
91100 95600 70700 70100
Plancher rayonnant électrique
Plancher chauffant - chaudière propane
Pompe à chaleur
géothermique
Pompe à chaleur
aérothermique
Investissement(€ TTC)
Exploitation(€ TTC)
Temps de retour brut(années)
Coût global sur 20 ans(€ TTC)
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 200
10000
20000
30000
40000
50000
60000
70000
80000
90000
100000
Plancher rayonnant électrique
Plancher chauffant - chaudière propane
Pompe à chaleur géothermique
Pompe à chaleur aérothermique
Durée (années)
Co
ût (
€ T
TC
)
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Études de faisabilité / bilans de consommation
● Outil logiciel de calcul de bilans de consommation
● Base de données d'équipements
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Études de faisabilité / bilans de consommation
● Outil logiciel de calcul de bilans de consommation
● Calcul des besoins de chauffage (Th-G, Th-BV) et d'ECS● Calcul des consommations pour chaque solution (Th-C)● Bilan économique et environnemental de chaque solution
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Études de faisabilité / bilans de consommation
● Outil logiciel de calcul de bilans de consommation
● Synthèse : coût global, retour sur investissement
● Gain de temps● Réappropriation du calcul● Évolutivité (guide d'utilisation, présentation à l'équipe)
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Plan
Études thermiques réglementaires
Études de faisabilité et bilans de consommation
→Simulation thermique dynamique
Conception d'un bâtiment à énergie positive
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Simulation thermique dynamique
● Logements HLM individuels et collectifs
● Exigence de confort d'été
– Tic → RT 2005
– Taux d'inconfort « de Brager » → STD● Pleiades + Comfie
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Simulation thermique dynamique
● Résultats présentés
● Ombres portées aux solstices
● Fréquences cumulées décroissantes des températures● Évolution des températures pendant une semaine chaude● Zone de Brager
20212223242526272829
0 2000 4000 6000 8000 10000
87363075
26412337
19041179
3973800
Durée cumulée (h)
Te
mp
éra
ture
(°C
)
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Simulation thermique dynamique
● Mise en place d'une méthodologie
● Rapport d'étude type● Guide
– Étape par étape– Conseils d'utilisation– Valeurs types– Sources et liens utiles– Procédures ITF
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Plan
Études thermiques réglementaires
Études de faisabilité et bilans de consommation
Simulation thermique dynamique
→Conception d'un bâtiment à énergie positive
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Conception d'un bâtiment à énergie positive
● FORDOM : organisme de formation
● sécurité du travail● énergies renouvelables● éco-construction
● Construction d'un centre de formation
● Bâti performant, VMC-DF 90%
● Énergies renouvelables
● Toiture PV 480 m2
● SSC – Chaudière bois
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Conception d'un bâtiment à énergie positive
● Étude réglementaire (U22W05)
→BBC-Effinergie et BEPOS
● Calcul de déperditions (U02Win)
→ Puissance à installer : 20 kW
Déperditions (W) Déperditions(W/m2
SHON)
Parois 10 611 15,28Renouvellement d'air 5 880 8,47Total 16 492 23,75
Projet Référence Gain (%)
Ubat 0,328 0,391 16,06
Cep sans PV (kWh/m2SHON.an) 50,73 141,12 64,06
Cep BBC-Effinergie sans PV (kWh/m2SHON.an) 46,82 119,15 60,71
Cep BBC-Effinergie avec PV (kWh/m2SHON.an) -158,93 119,15 233,38
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Conception d'un bâtiment à énergie positive
● Simulation thermique dynamique
● 8 zones thermiques
– Atelier 1– Atelier 2– Enseignement 1– Enseignement 2– Commun– Bureaux– Sas– Local technique
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Conception d'un bâtiment à énergie positive
● Simulation thermique dynamique
Salle de formation 3
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Conception d'un bâtiment à énergie positive
● Simulation thermique dynamique
● Saison de chauffe
– Déperditions proches du calcul U02Win– Besoins de chauffage : 15,4 MWh/an– Couverture solaire (Transol) : 32 %– Rendement de l'installation : 0,72
● Rendement de génération : 0,91● Rendement de distribution : 0,94● Rendement d’émission : 1● Rendement de régulation : 0,84
– Consommations de chauffage : 14,6 MWh/an– Consommations d'ECS : négligeables– Quantité annuelle de granulés de bois : 3 tonnes
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Conception d'un bâtiment à énergie positive
● Simulation thermique dynamique
● Confort d'été
– Surchauffe en salle de formation 3– Propositions :
● Modifications du bâti– Débord de toit en façade sud– Ajout d'une porte intérieure
● Comportement des occupants– Fermeture des volets roulants (80%) lors des surchauffes– Ventilation naturelle : ouverture des fenêtres, volets roulants en
position ajourée, portes intérieures ouvertes → 3 vol/h
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Conception d'un bâtiment à énergie positive
● Simulation thermique dynamique
● Confort d'été
– Résultats de simulation : salle de formation 3Hypothèse Nombre d'heures d'occupation à T > 28°CBase 410Débord de toit 304Porte 314Occultations 151Ventilation nat. 281Occult. Ventil. 71Occult. Ventil. Porte 29
Base Débord de toit Porte Occultations Ventilation nat. Occult. Ventil. Occult. Ventil. Porte0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
Hypothèse
Du
rée
d'o
ccu
pa
tion
à T
> 2
8°C
(h
)
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Conception d'un bâtiment à énergie positive
● Simulation thermique dynamique
● Confort d'été
– Hypothèses retenues● Porte intérieure supplémentaire● Utilisation vertueuse des ouvrants et des occultations
– Résultats● T
op < 28 °C dans toutes les zones
● sauf 29 h d'occupation à Top ≥ 28 °C en salle de formation 3
171819202122232425262728293031
0 500 1000 1500 2000 2500
2300229922982293
20771594
1006599
330183
8529
420
Durée cumulée (h)
Te
mp
éra
ture
(°C
)
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Conception d'un bâtiment à énergie positive
● Simulation thermique dynamique
● Nos recommandations
– Ajout d'une porte entre la salle de formation 3 et la circulation pour favoriser les transferts aérauliques
– Gestion manuelle adaptée des ouvrants et des occultations– Choix de volets roulants très ajourés (Griesser Alucolor)
● Adaptations ultérieures éventuelles
– Puits provençal à l'entrée de la VMC-DF (prévoir l'attente)– Surventilation nocturne en VMC si débit naturel insuffisant
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Conception d'un bâtiment à énergie positive
● Équipements
● Production
– Panneaux solaires plans vitrés Wagner Solar Euro C20 AR– Chaudière 20 kW Ökofen Pellematic PES 20– Silo textile FleXILO 3 tonnes
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Conception d'un bâtiment à énergie positive
● Équipements
● Stockage : Pellaqua PS 1500 BWS
– Echangeurs internes● ECS : serpentin● Solaire : échangeur à plaques
– Blocs hydrauliques pré-montés● Deux départs chauffage 10 kW● Groupe de charge chaudière● Groupe de charge solaire
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Conception d'un bâtiment à énergie positive
● Équipements
● Chauffage : deux circuits de PCBT, nord et sud
● Eau chaude sanitaire
– Instantanée– Mitigeur inclus– Bouclage
● Pertes réseau : 280 W● Débit : 50 l/h● ECS Wilo-Stratos ECO-Z
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Conception d'un bâtiment à énergie positive
● Schéma de principe
SPECIMEN É
TUDE
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Conception d'un bâtiment à énergie positive
● Plans d'exécution
● Planchers chauffants : U23WinG
– Pas de pose, débits, pertes de charge– Plans .dxf
● Plans de plomberie
– EF, ECS, EU, EV● Plans de ventilation
SPECIMEN É
TUDE
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Conception d'un bâtiment à énergie positive
● Bilan
● Calculs réglementaires
– RT 2005 BBC– Déperditions NF EN 12 831
● Simulation thermique dynamique
– Déperditions– Consommations– Confort d'été
● Systèmes
– Dimensionnement– Sélection– Schéma de principe– Plans d'exécution
SPECIMEN É
TUDE
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Questions - Réponses
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L'approche adaptative du confort – Zone de Brager
● Température de confort : Tcomf
= 0,31 Ta,out
+ 17,8 °C
● Ta,out
moyenne mensuelle de Text,min
et Text,max
quotidiennes
● Zones de confort : 5 °C → 90% de satisfaction
● Confort si {Top ; T
a,out} dans la zone de confort
● P+C et OPHCDA : confort si {Top ; T
ext} dans la zone
● Température moyennée Ta,out
≠ Text
-10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 4015
20
25
30
35
Ta,out
Tin
t
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Schémas de principe – Chaufferie 78 logements étudiants
SPECIMEN É
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SPECIMEN É
TUDE
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FORDOM – STD
● Variation des températures pendant une semaine chaude
● Inertie faible● Gains internes élevés en journée
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FORDOM - Ventilation
● Somme des débits hygiéniques : 1450 m3/h
● Plein régime en occupation, à l'arrêt hors occupation
● France Air Power Box 95 V 1500 R AC BP
● Échangeur à contre-flux
● By-pass
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FORDOM – Chauffage solaire / bois
SPECIMEN É
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FORDOM – Planchers chauffants RdC
SPECIMEN É
TUDE
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FORDOM – Planchers chauffants R+1
SPECIMEN É
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FORDOM – Plomberie RdC
SPECIMEN É
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FORDOM – Plomberie R+1
SPECIMEN É
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FORDOM – Ventilation RdC
SPECIMEN É
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FORDOM – Ventilation R+1
SPECIMEN É
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