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Simulation thermique dynamique

réalisée par GreenBuilding

octobre 2011

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GreenBuilding SAS au capital de 35 000 € - SIRET 522 358 381 00013 – TVA FR 94 522 358 381

Siège social : 5, rue de Castiglione 75001 Paris - Tél. +(33)01 53 45 27 11 - Fax +(33) 01 78 72 88 72

n e t - g r e e n b u i l d i n g . c o m - c o n t a c t @ n e t - g r e e n b u i l d i n g . c o m

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BBC

Coût global

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Vos contacts

Directeur de mission : Chef de projet

Pierre RASOLO

Mobile : 06 29 44 33 57

Email : [email protected]

Julien BODENNEC

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Gestion du document

Evolution Référence Date Elaboration Validation

Document initial CCPB/2011/001-A 16/11/2011 Julien BODENNEC Pierre RASOLO

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But de la note ......................................................................................................................................... 3

1. Synthèse ......................................................................................................................................... 4

2. Le bâtiment existant ..................................................................................................................... 7 2.1. Vue 3D .............................................................................................................................................. 7 2.2. Orientations architecturales ............................................................................................................... 7 2.3. Hypothèses du bâtiment .................................................................................................................... 7 2.4. Résultats ............................................................................................................................................ 7

3. Indicateurs de performance ......................................................................................................... 9

4. Scénario 1 : projet actuel ........................................................................................................... 10 4.1. Synthèse .......................................................................................................................................... 10 4.2. Description de la solution ................................................................................................................ 11 4.3. Synthèse économique ...................................................................................................................... 14

5. Scénario 2 : optimisation BBC ................................................................................................... 15 5.1. Synthèse .......................................................................................................................................... 15 5.2. Description de la solution ................................................................................................................ 16 5.1. Synthèse économique ...................................................................................................................... 30

6. Scénario 3 : cible passif .............................................................................................................. 32 6.1. Synthèse énergétique et confort ...................................................................................................... 32 6.2. Description de la solution ................................................................................................................ 33 6.3. Synthèse économique ...................................................................................................................... 37

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Nécessitant une réhabilitation complète, le Bâtiment Beauséjour situé au cœur de la ville de Mandres-les-

Roses deviendra le lieu privilégié d'une plateforme dédiée à la performance énergétique des bâtiments.

Dès lors, la rénovation thermique du bâtiment se doit d'être exemplaire. Le but de la note est d'évaluer les

performances thermiques du bâtiment rénové par une simulation thermique dynamique, pour mieux

prendre en compte la vraie vie du bâtiment. Cette méthode permettra de définir précisément les

caractéristiques du bâtiment pour deux scénarios différents : niveau BBC et niveau BEPOS.

Le document permet de présenter les principales hypothèses des calculs thermiques, et d'évaluer les

possibilités de rénovation du bâtiment en termes de consommations énergétiques et de qualité

d'enveloppe.

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1. Synthèse

Ci-dessous les principaux résultats de l'étude.

Préconisations :

Dans le projet présenté actuellement pour l'Institut Beauséjour, certains aspects importants ne sont pas pris en compte à leur juste valeur.

Tout d'abord, les performances de la pompe à chaleur sur nappe phréatique risquent

d'être fortement dégradées dans la cadre d'un fonctionnement avec les radiateurs existants.

La température de l'eau en sortie de pompe à chaleur nécessitera d'être trop élevé par

rapport aux plages de fonctionnement optimales. Ainsi, l'installation d'un plancher

chauffant est recommandée pour diminuer les consommations de chauffage.

Ensuite, le confort d'été sera fortement dégradé par la rénovation complète de l'enveloppe

qui va réduire l'inertie du bâtiment (isolation par l'intérieur) et diminuer les infiltrations

d'air. Des protections solaires en bois par exemple permettraient de protéger les chambres

du rayonnement du soleil l'été tout en conservant les apports solaires gratuits l'hiver. Des

planchers béton apporteraient eux une forte inertie à l'intérieur de l'enveloppe isolante,

améliorant encore le confort d'été si une surventilation nocturne contrôlée avec la VMC est

mise en place.

Le scénario BBC présenté ci-dessous regroupe ces préconisations et réajuste les actions de

rénovation thermique de l'enveloppe pour optimiser au mieux le projet actuel vers une

solution Bâtiment Basse Consommation. De plus, ces ajustements représentent finalement

un budget "rénovation thermique / confort d'été" supplémentaire qui restera minime (de

l’ordre de 8 k€) par rapport au coût total de l'opération estimé à plus de 1 M d'€. Dès lors,

les optimisations apportées par ce scénario BBC amèneront à de faibles consommations

énergétiques, tout en conservant un bon confort d'été.

Dans le cadre de cette rénovation globale, mais sur un bâtiment pas forcément bien orienté,

atteindre le standard passif sera par contre plus compliqué dans la conception du projet.

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Scénario bâtiment BBC :

Consommations de chauffage 23,7 kWhEP/m²

Confort d'été 164 h par an au-delà de 28°C

L'approche économique prenant en compte à la fois le caractère exemplaire mais également reproductible

de l'opération est au cœur du projet. Ainsi, les matériaux et produits proposés dans le cadre de l'APD

répondent à cette contrainte et ont été conservés dans nos préconisations. Les changements dans les

caractéristiques sont les suivants :

APD Préconisations "BBC"

Plancher bas

Dalle béton avec isolation sous

chape par panneaux de polyuréthane

6 cm



10 cm

Rampants de toiture Isolation par l'intérieur ouate de

cellulose 26 cm

Isolation par l'intérieur ouate de

cellulose 16 cm

Toiture terrasse Terrasse isolée sous étanchéité par

polyuréthane 16 cm

Terrasse isolée sous étanchéité par

polyuréthane 8 cm

Menuiseries extérieures

Fenêtre bois double vitrage peu

émissif argon

Uw = 1,9 W/(m2.K)


émissif argon

Uw = 1,6 W/(m2.K)

Chauffage

PAC géothermique avec radiateurs

fonte remis en état, robinets

thermostatique et programmation

globale

PAC géothermique avec plancher chauffant et programmation

globale

Les résultats de l'étude montre clairement que les performances thermiques du bâtiment sont bonnes :

• De par une qualité d'enveloppe pour réduire les besoins de chauffage : les isolants sont suffisants

par rapport au climat local,

• Grâce à une surventilation nocturne, et des occultations prévues pour le confort d'été.

Le nombre d'heures au-delà de 28°C est tout à fait acceptable. Le refroidissement ne semble pas

nécessaire pour garantir un bon confort d'été.

Le niveau de consommation calculé ici est nécessairement différent du niveau de consommation du calcul

règlementaire, ce dernier prenant moins bien en compte les apports des systèmes et des personnes. Le

niveau de consommation BBC ne peut être calculé qu'à partir de l'outil de calcul règlementaire RT

Rénovation et à titre indicatif RT 2012 (valable pour les constructions neuves).

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Scénario bâtiment passif :

Consommations de chauffage 19 kWhEP/m²

Confort d'été 26h par an au-delà de 28°C

Pour approcher le niveau de performances du standard allemand "Passiv Haus" (bâtiments passifs), les

préconisations suivantes pourront être mise en place :

APD Préconisations "passif"

Murs extérieurs Isolation par l'intérieur ouate de

cellulose 16 cm sur ossature bois



Plancher bas



6 cm



16 cm


cellulose 26 cm


cellulose 30 cm


polyuréthane 16 cm


polyuréthane 30 cm



émissif argon

Uw = 1,9 W/(m2.K)

Fenêtre bois triple vitrage peu

émissif argon

Uw = 0,9 W/(m2.K)

Ventilation

VMC Double Flux pour les bureaux

et VMC Hygroréglable pour les

logements

VMC Double Flux pour tout le bâtiment

Chauffage

PAC géothermique avec radiateurs

fonte remis en état, robinets


globale

Chaudière bois avec radiateurs basse température, robinets


globale

Si ces caractéristiques sont mises en œuvre, une surface de 150 m2 de modules photovoltaïque

polycristallins permettra au Bâtiment Beauséjour d'être un Bâtiment à Energie POSitive (BEPOS). Il

produira plus d'énergie qu'il n'en consomme sur une année complète.

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2. Le bâtiment existant

2.1. Vue 3D

2.2. Orientations architecturales

Le bâtiment Beauséjour ne présente pas une architecture optimale en terme d'orientation. Il est néanmoins

compact et limite ainsi les déperditions.

Les logements sont traversants, ce qui est un atout important pour le confort d'été : les flux d'air naturels

avec l'ouverture des fenêtres sont plus importants ce qui permet d'augmenter le renouvellement d'air et

d'améliorer le confort thermique.

2.3. Hypothèses du bâtiment

Qualité du bâtiment vis-à-vis de la perméabilité

à l'air

Hypothèse de la température atteinte en

occupation

19°C

2.4. Résultats

Consommation de chauffage calculée 247 546 kWhEP

Surface SHON prise en compte 472,8 m²

Consommation (kWhEP/m²) 523,6 kWhEP/m²

Les déperditions de chauffage se répartissent comme l'indique le graphique ci-dessous.

Très mauvaise Mauvaise Très bonneBonneMoyenne

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La toiture et les murs extérieurs représentent les postes les plus importants de déperditions, qui sont tous

considérés dans l'étude comme mal isolés.

Influence de la température Influence de l'infiltration

Ecart moyen de consommation par °C de consigne supplémentaire

11%

Ecart moyen de consommation par 0,1 vol/h de renouvellement d'air supplémentaire

3%

Les résultats ci-dessus montre que le comportement des usagers (ouverture des menuiseries extérieures,

consigne de température) influence fortement la consommation et peut expliquer des écarts importants

entre consommation calculée et consommation réelle.

Lors de la réhabilitation du bâtiment, l'installation de compteurs permettra d'évaluer plus précisément les

consommations et de repérer les comportements énergivores.

18%

31%34%

12%

5%

Plancher bas Murs extérieurs Toitures Menuiseries extérieures Infiltrations

160,0

180,0

200,0

220,0

240,0

260,0

280,0

17,5 18,0 18,5 19,0 19,5 20,0 20,5 21,0 21,5 22,0

Be

soin

s d

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hau

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kWh

/m

²)

Consigne de température (°C)

Simulation de base

160,0

180,0

200,0

220,0

240,0

260,0

280,0

17,5 18,0 18,5 19,0 19,5 20,0 20,5 21,0 21,5 22,0

Be

soin

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(kW

h/m

²)

Consigne de température (°C)

Simulation de base

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3. Indicateurs de performance

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Il existe 4 grandes approches possibles lorsque l’on souhaite réaliser la réhabilitation d’un bâtiment. Ces

approches correspondent à différentes préoccupation du maître d’ouvrage.

Approche 1 : DPE Cette approche consiste à faire un diagnostic sur la base d’un DPE (diagnostic de performance

énergétique).

Certains s’aventurent à élaborer un plan d’action avec cet outil. Compte tenu du moteur de calcul, nous considérons que cet outil n’est pas du tout adapté à cet usage.

Approche 2 : Réglementation Thermique Le diagnostic est conduit en utilisant l’outil RT Globale (Rénovation).

Cette approche permet de :

• Déterminer si, compte tenu du niveau d’investissement envisagé, le projet sera ou non

soumis à réglementation thermique,

• Vérifier le respect de la règlementation.

Cette approche présente deux inconvénients majeurs :

• Elle ne retraduit pas du tout les « vraies consommations », autant à cause du périmètre

RT (les 5 usages), que des hypothèses (température de consigne à 19°, …) ou du moteur

de calcul (prise en compte de l’inertie et des ponts thermique).

• Non prise en compte des paramètres de confort, santé et qualité de vie

Approche 3 : Simulation thermique dynamique La Simulation Thermique Dynamique (STD) calcule avec un pas de temps horaire l'équilibre

thermique au sein du bâtiment. Il s’agit là de modéliser le véritable comportement du bâtiment en

fonction de son environnement et de son usage. La STD permet ainsi de prendre en compte la

particularité du comportement thermique d'un château (forte inertie, épaisseurs de murs

importantes), ce que l'outil règlementaire ne permet pas de faire.

Cette approche permet d’élaborer un plan d’action de performance énergétique fiable, avec les

réelles conséquences des modifications sur le comportement du bâtiment.

Approche 4 : Approche énergie / confort L’approche mixte consiste à renforcer l’approche par la simulation thermique dynamique par des

éléments de confort et de santé, comme par exemple l’accès au confort d'été.

Nous estimons que cette approche permet de trouver le juste équilibre entre la performance

énergétique, et le confort / bien-être des utilisateurs.

��3��'��#��(��'��Ainsi, pour disposer de critères de comparaison dans le cadre de cette approche énergie / confort, les

indicateurs de performance représentatifs sont les suivants :

• Consommation de chauffage en kWhEP / m2.an

• Nombre d'heures au delà de 28°C durant les périodes d'occupation (critère HQE)

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4. Scénario 1 : projet actuel

4.1. Synthèse

En se basant sur le projet proposé initialement par le bureau d'études Synergisud, les caractéristiques de

certaines solutions ont été modifiées pour atteindre les performances du standard BBC :

Besoins de chauffage 17 089 kWh

SHON du bâtiment 472,8 m2

Consommations de chauffage 44,9 kWhEP/m².an

Nombre d'heures d'inconfort (>28°C) 2 531 h dans l'année

Les besoins de chauffage sont de 36,1 kWh/m² sur l'ensemble du bâtiment.

Par contre, le niveau d'inconfort estival devient très significatif, par "effet thermos" car le bâtiment est

isolé par l'intérieur et les menuiseries extérieures remplacées à neuves (donc bien plus étanches à l'air).

Un traitement spécifique du confort d'été sera explicité par la suite.

Ces étiquettes sont indicatives pour le bâtiment.

L'étiquette est conforme à l'arrêté du 7 décembre 2007 relatif à l’affichage du diagnostic de performance

énergétique dans les bâtiments publics en France métropolitaine. Les échelles sont adaptées aux

bureaux, services administratif, enseignement.

La répartition par poste des consommations d'énergie primaire du bâtiment se répartissent comme suit :

A

B

C

D

E

F

G

= 50

51 à 90

91 à 150

151 à 230

231 à 330

331 à 450

451 à 590

Bâtiment économe

Bâtiment énergivore

A

B

C

D

E

F

≤ 5

6 à 10

11 à 20

21 à 35

36 à 55

56 à 80

Faible émission GES

Forte émission GES

APD

H

I> 750

591 à 750

G

H

I

81 à 110

111 à 145

> 145

APD 94

6

kWhEP/m²/an

Base 771

Base 130

kg CO2/m²/an

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Le poste le plus important reste le chauffage.

4.2. Description de la solution

4.2.1. Enveloppe du bâtiment

Projet actuel



Plancher bas



6 cm


cellulose 26 cm


polyuréthane 16 cm



émissif argon

Uw = 1,9 W/(m2.K)

4.2.2. Systèmes énergétiques

Projet actuel

Ventilation VMC Double Flux pour les bureaux

VMC Simple Flux pour les logements

Chauffage

PAC nappe phréatique sur radiateurs

existants, robinets thermostatiques et

régulation

ECS Chauffe eau solaire collectif avec ballon

800L

4.2.3. Consommations de chauffage

61%

0%

5%

19%

15%

Chauffage Climatisation Ventilation ECS Eclairage

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"�� &�'��'��(�� 4)4)4)4)��

Ci-dessous le détail des rendements utilisés, pour une PAC géothermique sur nappe phréatique utilisée

sur plancher chauffant basse température.

Rendement de production 2,5

Rendement de distribution 0,92

Rendement d'émission 0,95

Rendement de régulation 0,95

Rendement global 2,08

Coefficient énergie primaire 2,58

Rendement EP 0,80

NB : Le Coefficient de Performance (COP) de la PAC géothermique a été pris ici à 2,5 (au lieu de

COP = 4, COP de référence utilisée pour une PAC géothermique), du fait de l'utilisation de la PAC

couplée avec des radiateurs fonte, demandant une température d'eau plus élevée que pour un plancher

chauffant.

Ce qui nous donne comme consommation d’énergie :

Besoins de chauffage 36,1 kWh/m²


Emissions de CO2 dues au chauff. 2,1 kgéq-CO2/m²

4.2.4. Pistes d'amélioration

�En suivant les caractéristiques du bâtiment proposées par le Bureau d'Etude Synergisud, les gains

énergétiques attendus seraient les suivants :

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Dans la suite du document, deux scénarios seront distingués :

• un scénario d'amélioration énergétique permettant d'atteindre le niveau de consommation

"bâtiment BBC"

• un scénario d'amélioration énergétique permettant d'atteindre le niveau de consommation

"bâtiment passif"

4.2.5. Traitement du confort d'été

Comme le montre le graphique ci-dessous, la température dans certaines pièces du bâtiment risque d'être

très élevées durant de longues périodes en été et révèle un inconfort estival significatif :

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"�� &�'��'��(�� 4,4,4,4,��

Le nombre d'heures d'occupation présentant une température supérieure à 28°C est de 2 531h :

En effet, en isolant ce bâtiment ancien par l'intérieur, l'avantage de l'inertie des murs en pierre devient

presque négligeable et la température à l'intérieur des locaux est rapidement très élevée en été, par

manque de protections solaires et de surventilation.

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4.3. Synthèse économique

Ci-dessous un premier estimatif des investissements à engager pour les travaux de réhabilitation

modélisés. Nous avons calculé les Temps de Retour Bruts sur investissement (TRB) de ces opération avec

un prix de l'énergie fixe et un prix de l'énergie avec un Taux de Croissance Annuelle Moyen (TCAM) de

5%.

Le prix du kWh fioul est de 6,5 c€HT et celui de l'électricité 7 c€HT, il est issu de la base nationale des

prix de l'énergie Pégase.

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5. Scénario 2 : optimisation BBC

5.1. Synthèse

En se basant sur le projet proposé initialement par le bureau d'études Synergisud, les caractéristiques de

certaines solutions ont été modifiées pour atteindre les performances du standard BBC :



Consommations de chauffage 23,7 kWhEP/m².an

Nombre d'heures d'inconfort (>28°C) 164 h dans l'année

Les besoins de chauffage sont de 34,1 kWh/m² sur l'ensemble du bâtiment.





A

B

C

D

E

F

G

= 50

51 à 90

91 à 150

151 à 230

231 à 330

331 à 450

451 à 590

Bâtiment économe


A

B

C

D

E

F

≤ 5

6 à 10

11 à 20

21 à 35

36 à 55

56 à 80


Forte émission GES

BBC

H

I> 750

591 à 750

G

H

I

81 à 110

111 à 145

> 145

BBC 63

3

kWhEP/m²/an

Base 771

Base 130

kg CO2/m²/an

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"�� &�'��'��(�� 4/4/4/4/��

Dans ce scénario, la répartition par poste des consommations d'énergie primaire du bâtiment se

répartissent comme suit :

Les postes éclairage et ECS prennent désormais une part beaucoup plus importante (en proportion, et pas

en quantité) dans la totalité des consommations énergétiques du bâtiment.



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Les gains de besoins de chauffage réalisables grâce aux isolants deviennent assez faibles au-delà d'une

certaine épaisseur (voir paragraphes suivants). L'impact des performances des menuiseries extérieures ne

présente pas cette valeur limite et est globalement plus important. Finalement, pour atteindre tout juste les

performances d'un bâtiment BBC, un bouquet d'actions de rénovation thermique possible sera le suivant :

Projet actuel Optimisation BBC





Plancher bas



6 cm



10 cm


cellulose 26 cm


cellulose 16 cm


polyuréthane 16 cm


polyuréthane 8 cm



émissif argon

Uw = 1,9 W/(m2.K)


émissif argon

Uw = 1,6 W/(m2.K)

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45%

0%

7%

27%

21%


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Ci-dessous le graphique montre l'influence de l'isolation des murs extérieurs sur les besoins de chauffage.

�Les 16 cm d'isolant prévu sont tout à fait suffisants, au-delà le gain est peu significatif. De 16 à 20 cm

d'isolant, ce gain est de 4%.

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Comme pour les murs extérieurs, nous réalisons la même simulation.

Le gain entre 8 et 16 cm d'isolant est d'environ 3%. Pour ce scénario, l'isolation de 8 cm de polyuréthane

sera donc considérée comme suffisante.

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0%

5%

10%

15%

20%

25%

30%

35%

40%

45%

50%

-

20,00

40,00

60,00

80,00

100,00

120,00

0,0 cm 2,0 cm 4,0 cm 6,0 cm 8,0 cm 10,0 cm 12,0 cm 14,0 cm 16,0 cm 18,0 cm 20,0 cm

Be

soin

s d

e c

hau

ffag

e (

kW

h/

m2.a

n)

Epaisseur de ouate de cellulose

Influence de l'isolation des murs

Besoins de chauffage Gain

0%

5%

10%

15%

20%

25%

30%

35%

40%

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Epaisseur de polyuréthane

Influence de l'isolation du toit terrasse


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Le gain entre 16 et 26 cm d'isolant ouate de cellulose est d'environ 3%. Pour ce scénario, 16 cm de ouate

de cellulose seront intégrées dans les caractéristiques de l'enveloppe.

��(��'��$��#��'��

L'isolation du plancher bas est également modifiée.

Le gain entre 6 et 10 cm d'isolant est encore d'environ 9%. L'isolation de 10 cm de polyuréthane serait

donc plus judicieuse.

��(��'��#��(��'��

Plusieurs menuiseries extérieures double et triple vitrage aux performances variées ont été testées.

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Influence de l'isolation des rampants


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Influence de l'isolation du plancher bas


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Une diminution de la valeur Uw des fenêtres de 0,1 W.(m2.K) permet de diminuer les besoins de

chauffage globaux du bâtiment de 1 kWh/m2.an. Pour atteindre les performances d'un bâtiment BBC, les

menuiseries extérieures seront améliorées en allant vers Uw = 1,6 W.(m2.K).

*��#��%��

Dans le cadre de la réhabilitation lourde envisagée pour ce bâtiment, les ponts thermiques devront être

traités en détails pour atteindre réellement les performances énergétiques visées.

En effet, après une réhabilitation avec isolation par l'intérieur, les liaisons entre les planchers

intermédiaires et les murs extérieurs vont se retrouver dans un environnement hygrothermique différent

de celui qui régnait à l'état initial. Le niveau de température du mur devenant plus bas en hiver, le risque

de condensation autour des têtes de poutres des planchers est augmenté et la capacité de séchage du mur

est diminuée. Il sera donc important de :

• vérifier l'état des planchers avant réhabilitation,

• vérifier la protection extérieure contre l'humidité et la pluie,

• veiller à une bonne étanchéité à l'air des parois intérieures pour éviter une transfert de vapeur

d'eau en provenance de l'intérieur,

• veiller à ne pas bloquer la diffusion de la vapeur d'eau des parois vers l'extérieur.

Des solutions de remplacement des dalles ou des appuis réalisés sur la face intérieure du mur avec rupture

de pont thermique devront être envisagées.

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Une paroi est plus ou moins perméable à la vapeur d'eau. La diffusion de la vapeur d'eau définit le

mouvement des molécules d'eau à travers un matériau. Le sens du transfert de vapeur en hiver est en

général de l'intérieur vers l'extérieur (faible pression à l'extérieur) et il s'inverse en été (pression élevée à

l'extérieur).

Dans les bâtiments anciens, la gestion de l'hygrométrie des locaux s'effectue donc naturellement à travers

les parois du bâti. Dès lors, une modification de la composition des parois va modifier l'environnement

hygrothermique des parois et peut entraîner des risques d'humidité et de condensation dans les parois.

L'humidité dans les parois est alors source de développement de moisissures (et donc de problèmes de

santé pour les occupants), d'une réduction de la protection thermique et d'une dégradation des éléments

constructifs.

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Uw= 2,0 Uw= 1,8 Uw= 1,6 Uw= 1,4 Uw= 1,2 Uw= 1,0

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Influence des performances des fenêtres


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Ainsi, il sera important de :

• contrôler si les parois ne présentent pas d'excès d'humidité,

• s'assurer de la protection extérieure des parois contre l'humidité et la pluie,

• adapter une stratégie pour la diffusion de la vapeur d'eau (du fait de la nécessité d'isoler par

l'intérieur, un pare-vapeur hygro-variable associé à un isolant tel que la ouate de cellulose est une

bonne solution),

• prévoir des installations qui assurent une ventilation suffisante des locaux.

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Projet actuel

Ventilation VMC Double Flux pour les bureaux

VMC Simple Flux pour les logements

Chauffage PAC nappe phréatique sur plancher

chauffant avec régulation


800L

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Des gains sont encore possible en termes de besoins de chauffage, mais remettent en cause certains choix

du projet. Par exemple on peut envisager de diminuer les besoins de chauffage par :

• L'usage d'une ventilation double flux pour les logements, mais le gain réalisé sur les besoins de

chauffage sera contrebalancé en grande partie par l'augmentation de la consommation des

auxiliaires de ventilation,

• L'usage d'une chaudière bois, afin de diminuer les consommations en énergie primaire.

Ci-dessous le détail des rendements utilisés, pour une PAC géothermique sur nappe phréatique utilisée

sur plancher chauffant basse température.

Rendement de production 4





Coefficient énergie primaire 2,58

Rendement EP 1,28




Emissions de CO2 dues au chauffauge 1,9 kgéq-CO2/m²

Compte tenu de la conservation nécessaire de l'aspect du bâtiment existant, empêchant une orientation

optimale du bâtiment, le niveau de consommation de chauffage est performant mais il devra être

largement amélioré pour atteindre le standard passif.

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Sur la base de cette modélisations du bâtiment rénové "scénario BBC", une méthode commune de

dimensionnement de puissance appelée pour la chaudière a été utilisée à titre indicatif. Cette méthode est

toujours basée sur les simulations thermiques dynamiques réalisées avec le logiciel Pléiades Comfie.

Pour dimensionner une chaudière, le pire des cas est pris en compte pour connaître la puissance appelée

correspondante :

- Température extérieure constante de -5°C (dans le cas de Mandres-les-Roses)

- Pas d'apport solaire, ni interne

- Température de consigne constante

Les résultats obtenus avec une consigne de 19°C sont les suivants :

TOTAL 11 672 W

Puissance chaudière (coefficient de sécurité +20%) 14,0 kW

D'après ce calcul réglementaire et non représentatif de la réalité, une chaudière d'une puissance de 350

kW (pour le chauffage uniquement, les besoins en ECS sont à rajouter) serait nécessaire.

Afin de prendre en compte la réalité d’usage du bâtiment et les qualités bioclimatiques des bâtiments

(apport solaire et inertie) pendant l’année, les monotones de chauffage ont également été calculées pour

différentes températures de consigne. Ces courbes mettent en relief le nombre d'heures par année pendant

lequel une certaine puissance de chauffage est appelée.

D'après ce graphique, des puissances de chauffage supérieures à 10kW sont appelées moins de 5% du

temps par an. Par conséquent, la solution suivante pourrait être mise en place :

• Installation de chauffage 10kW pour les besoins de base : installation chère

utilisant une énergie encore bon marché (PAC ou chaudière bois par exemple),

• Installation de chauffage 35kW pour les 5% de pics de froid : installation

bon marché utilisant énergie fossile de plus en plus chère (appoint électrique par exemple).

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Nombre d'heures dans l'année

Monotone de chauffage

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Le projet proposé par Synergisud intègre une pompe à chaleur (PAC) géothermique comme moyen de

production de chaleur, tout en gardant les émetteurs existants (radiateurs en fonte).

Or, cette association risque de fortement dégrader les performances du bâtiment. En effet, le coefficient

de performance (COP) d'une PAC varie avec la température extérieure mais également avec la

température de sortie de cette PAC. C'est la raison pour laquelle il est plus pertinent d'utiliser des

émetteurs de chaleur utilisant une température d'entrée (température de sortie de la PAC) la plus basse

possible. Ce n'est pas le cas des radiateurs en fonte (température d'entrée située entre 50 et 70°C, 45 à

50°C pour les radiateurs basse température), contrairement à un plancher chauffant par exemple.

Ces préconisations diminueront fortement les consommations de chauffage du bâtiment dans la pratique

et éviteront de mauvaises surprises.

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5.2.4. Traitement du confort d’été

L'inertie thermique intérieure d'un bâtiment est un facteur qui joue un rôle déterminant sur le confort

d'été. Et une isolation par l'intérieur masque l'inertie thermique du mur extérieur. De plus, les planchers

intermédiaires étant légers, la problématique du confort d'été dans ce bâtiment n'est pas banale et ne devra

pas faire de l'ombre au caractère "démonstrateur" de cette réhabilitation qui se veut exemplaire.

Des protections solaires devront être envisagées pour le confort d'été si la résistance moyenne de

l'enveloppe est améliorée. Le graphique ci-dessous montre, dans le cas d'une salle de formation à l'étage,

l'impact du changement des fenêtres.

La courbe verte montre l'évolution de la température dans le cas de base, la courbe rouge montre cette

évolution avec le remplacement des menuiseries extérieures. Pour se protéger des surchauffes, on peut

avoir recours à :

• Des protections solaires extérieures qui peuvent être des stores extérieurs ou des brise-soleils

verticaux bien intégrés le long des fenêtres

• Une ventilation efficace : La ventilation permet de "chasser l'air chaud" pendant les périodes

d'occupation, et il est même possible par une surventilation nocturne de charger les murs en froid

la nuit pour bénéficier de cette fraîcheur une partie de la journée.

Une surventilation mécanique : avec un caisson surdimensionné, on peut assurer un débit plus important,

et on peut laisser la ventilation en fonctionnement la nuit pour une surventilation nocturne. Cette solution

pose un problème : le gain en confort se traduit par une consommation énergétique.

L'autre solution pour ventiler de manière plus importante consiste à profiter des espaces traversants, c'est

à dire avec des orientations opposées pour bénéficier d'un flux d'air naturel. Cette solution requiert une

ouverture de fenêtres régulière mais permet de ventiler naturellement sans consommation énergétique.

Nous prendrons comme zone de référence pour le confort d'été les pièces du logement T2 qui sera le plus

chaud en temps normal.

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Comme on peut le voir dans ce tableau de synthèse, la température peut atteindre plus de 43°C.

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Le cas dit "de base" est le cas du bâtiment brut (scénario BBC), tel qu'il est modélisé. Nous regardons

ensuite l'influence de deux facteurs permettant d'améliorer le confort d'été :

• Une occultations d'été, rendu possible avec des stores extérieurs,

• Une surventilation rendu possible par la configuration des pièces qui sont quasiment toutes

traversantes.

Ci-dessous, la courbe de température pour la zone de référence.

On peut voir sur le graphique ci-dessus que les températures peuvent atteindre plus de 44°C en été.

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Les heures de confort relevées seraient les suivantes :

Ce graphique signifie que plus de 2 804 h dans l’année la température est supérieure à 28°C. Cette valeur

révèle un réel inconfort.

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L'occultation des baies vitrées a une grande influence sur le confort d'été. On peut voir ci-dessous

l'influence d'une occultation diurne : à chaque fois que l'occultation augmente de 20%, la courbe de

température diminue.

En pratique, l'occultation ne sera pas totale 100% du temps en été, mais on se place ici dans le cas où on

se protège tout l'été.

La légende des graphiques ci-dessous :

• Rouge : 0% d'occultation,

• Vert : 20% d'occultation,

• Bleu : 40% d'occultation,

• Gris : 60% d'occultation,

• Violet : 80% d'occultation,

• Bleu-gris : 100% d'occultation.

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"�� &�'��'��(�� )0)0)0)0��

Comme on peut le voir sur le graphique ci-dessus, une occultation importante permettent d'abaisser de

près de 6°C en moyenne la température intérieure dans la zone considérée.

Le nombre d'heure au délà de 28°C diminue sensiblement avec l'augmentation de l'occultation, comme on

peut le voir ci-dessous.

Occultation 0% 20% 40% 60% 80% 100%

Nombre d'heures >28°C 2 804 2 005 1 271 620 178 11

��(��'��$��

La surventilation permet d'améliorer sensiblement le confort d'été. En pratique cette surventilation sera

possible naturellement de par la configuration traversante des pièces. Dans les simulations ci-dessous, la

surventilation a été prise constante, c'est-à-dire diurne et nocturne.

La légende des graphiques ci-dessous :

• Rouge : 0,6 vol/h,

• Vert : 1,1 vol/h,

• Bleu : 1,6 vol/h,

• Gris : 2,1 vol/h,

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"�� &�'��'��(�� )1)1)1)1��

• Violet : 2,6 vol/h.

Une bonne ventilation permet de diminuer très fortement le nombre d'heures au-delà de 28°C, comme on

peut le voir ci-dessous.

Ventilation (vol/h) 0,6 1,1 1,6 2,1 2,6

Nombre d'heures >28°C 1 132 542 327 237 184

6�� H��''��

Au final le projet bénéficiera d'une ventilation d'été et d'occultation grâce aux volets coulissants. Le cas

simulé aura donc :

• Une surventilation de 1,6 vol/h,

• Une occultation pouvant atteindre 60% du temps en été.

Les résultats ci-dessous montre le gain par rapport au cas de base, en termes de températures observées

durant les mois d'été.

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"�� &�'��'��(�� )2)2)2)2��

La température maximale du cas optimisée est de 34°C. Dans le cas de base la température maximale

dépassait 44°C, cela signifie que le gain due à la configuration du bâtiment et les protections solaires

prévues suffisent à assurer un confort d'été acceptable.

En nombre d'heures le graphique ci-dessous montre que l'optimisation a permis de diviser le nombre

d'heures au-delà de 28°C par plus de 15.

Cas de base Cas optimisé

Nombre d'heures > 28°C 2 804 164

��'��Le nombre d'heures au-delà de 28°C est tout à fait acceptable. Un refroidissement actif ne semble pas

nécessaire pour garantir un bon confort d'été.

6��'��(��$��!��$��I��)5,5��Le réchauffement climatique lié à l'élévation du taux de CO2 dans l'atmosphère est une préoccupation qui

va devenir de plus en plus importante dans les années à venir. Les modèles météorologiques prévoient

une augmentation de l'ordre de 2°C à l'horizon 2030. Une des conséquences de ces perturbations va être

une augmentation des températures dans les bâtiments avec des incidences sur le confort d'été et un risque

éventuel sur la santé des occupants, en particulier des personnes fragiles.

En prenant en compte ces prévisions, les résultats de simulation font apparaitre l'augmentation de

l'inconfort d'été pour l'Institut Beauséjour, malgré les protections solaires et la décharge thermique

� �

"�� &�'��'��(�� ,5,5,5,5��

nocturne grâce à la surventilation. Le nombre d'heure au delà d'une température de 28°C double par

rapport aux simulations de base sur ce bâtiment :

Les températures dans le bâtiment montent alors jusqu'à 40°C. Le graphique ci-dessous montre les

températures dans une des salles de formation durant la semaine la plus chaude de l'année, avec les

températures actuelles (courbe rouge) et en projection 2030 (courbe verte) :

Les apports internes ont une très grande incidence sur cet inconfort d'été. Dans le cas de ce projet, une

isolation par l'extérieur résoudrait en partie la problématique estivale du bâtiment, mais dénaturerait

l'aspect extérieur du château.

5.1. Synthèse économique

5.1.1. Estimation du volet énergie / environnement

Ci-dessous un premier estimatif des investissements à engager pour les travaux de réhabilitation



5%.

Le prix du kWh fioul est de 6,5 c€HT et celui de l'électricité 7 c€HT, il est issu de la base nationale des

prix de l'énergie Pégase.

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Selon les critères de choix économiques, certaines opérations se révèlent très rentables avec des prix de

l'énergie augmentant annuellement de 5%.

Le budget "rénovation énergétique/confort d'été" supplémentaire par rapport au projet actuel pour le

scénario BBC est ici très faible par rapport au budget global de l'opération.

5.1.2. Comparaison avec le scénario « projet actuel »

Le scénario « projet actuel » fait ressortir un budget du volet énergie / environnement à 128 650 €.

Le scénario « BBC » avec optimisation du confort d’été présente lui à même périmètre, un budget à

136 600 €, soit un surcout de 7 950 €, c'est-à-dire de l’ordre de 0,5% par rapport au budget du projet.

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"�� &�'��'��(�� ,),),),)��

6. Scénario 3 : cible passif

6.1. Synthèse énergétique et confort

Un gain est possible du point de vue architectural en améliorant la disposition et les dimensions des

ouvrants pour bénéficier davantage des apports solaires gratuits. Cependant cette voie d'optimisation

implique des travaux beaucoup plus lourds et modifierait l'aspect extérieur de cet ancien bâtiment.

Il est malgré tout possible d'approcher les critères du standard allemand "Passiv Haus" :



Consommations de chauffage 19 kWhEP/m².an

Nombre d'heures d'inconfort (>28°C) 26 h dans l'année

D'après nos calculs en simulation thermique dynamique, les besoins de chauffage sont de 14,2 kWh/m².an

sur l'ensemble du bâtiment. Ce chiffre respecte le critère sur les besoins de chauffage inférieurs à 15

kWh/m².an mais encore une fois, la validation des différents critères du label "Passiv Haus" doit être

calculé avec le logiciel PHPP.

Le confort d'été est désormais très bon.





La répartition par poste des consommations d'énergie primaire du bâtiment se répartissent comme suit :

A

B

C

D

E

F

G

= 50

51 à 90

91 à 150

151 à 230

231 à 330

331 à 450

451 à 590

Bâtiment économe


A

B

C

D

E

F

≤ 5

6 à 10

11 à 20

21 à 35

36 à 55

56 à 80


Forte émission GES

Passif

H

I> 750

591 à 750

G

H

I

81 à 110

111 à 145

> 145

Passif 58

1

kWhEP/m²/an

Base 771

Base 130

kg CO2/m²/an

� �

"�� &�'��'��(�� ,,,,,,,,��

Le poste chauffage diminue encore en proportion du fait du coefficient de conversion énergie finale -

énergie primaire du bois (chaudière bois) par rapport à l'électricité (PAC utilisée dans les autres projets).



�6A��+��'��'��%��#��'��#��

Pour atteindre ces hautes performances thermiques, il pourra être mis en œuvre les préconisations

suivantes :

Projet actuel Optimisation passif





Plancher bas



6 cm



16 cm


cellulose 26 cm


cellulose 30 cm


polyuréthane 16 cm


polyuréthane 24 cm



émissif argon

Uw = 1,9 W/(m2.K)

Fenêtre bois triple vitrage peu

émissif argon

Uw = 0,9 W/(m2.K)


�

Projet actuel

39%

0%9%

29%

23%


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Ventilation VMC Double Flux pour la totalité du

bâtiment

Chauffage Chaudière bois sur radiateurs existants et

régulation


800L

�


Ci-dessous le détail des rendements utilisés, pour une chaudière bois avec radiateurs basse température.

Rendement de production 0,90





Coefficient énergie primaire 1

Rendement EP 0,75



Consommations de chauffage 19 kWhEP/m²

Emissions de CO2 dues au chauffage 0,2 kgéq-CO2/m²

L'utilisation du bois-énergie diminue très fortement les émissions de CO2 dues au chauffage du bâtiment.

6.2.4. Traitement du confort d'été

En appliquant les mêmes préconisations décrites dans le paragraphe 5.2.4, le niveau de confort d'été

devient maximal dans ce scénario "passif" :

� �

"�� &�'��'��(�� ,.,.,.,.��

De plus, la température maximum dans les pièces du bâtiment ne dépasse plus les 30°C.

6.2.5. Production solaire

Sur la base de cette enveloppe optimisée pour limiter au maximum les besoins en énergie, il peut alors

être pertinent de produire une partie de l'énergie consommée par le bâtiment.

� �

"�� &�'��'��(�� ,/,/,/,/��

En utilisant le logiciel CALSOL, il est possible de déterminer la puissance de l'installation photovoltaïque

nécessaire :

Ainsi avec une surface de 150 m2 de panneaux photovoltaïques polycristallins, le Bâtiment Beauséjour

sera à énergie positive (BEPOS) et produira sur l'année plus d'énergie qu'il n'en consomme (chauffage,

ventilation, ECS, ventilation et éclairage).

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6.3. Synthèse économique Ci-dessous un premier estimatif des investissements à engager pour les travaux de réhabilitation



5%.

Le prix du kWh fioul est de 6,5 c€HT et celui du bois 3,5 c€HT, il est issu de la base nationale des prix de

l'énergie Pégase. "��#��'��"��#��'��"��#��'��"��#��'�� B�B�B�B�� BBBB�� *��*��*��*��

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simulation thermique dynamique réalisée par … · de calcul (prise en compte de l’inertie et...

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