FORMATION BÂTIMENT DURABLE · FORMATION BÂTIMENT DURABLE: RÉNOVATION BRUXELLOISE À HAUTE...

FORMATION

BÂTIMENT DURABLE

Florence GREGOIRE

Conception énergétique :

Comment minimiser le besoin de chauffage ?

RÉNOVATION BRUXELLOISE À

HAUTE PERFORMANCE

ÉNERGÉTIQUE

AUTOMNE 2017

FORMATION BÂTIMENT DURABLE : RÉNOVATION BRUXELLOISE À HAUTE PERFORMANCE ÉNERGÉTIQUE – AUTOMNE 2017

OBJECTIFS DE LA PRÉSENTATION2

N Identifier les éléments architecturaux et techniques qui

influencent le bilan énergétique d’un bâtiment et quantifier leur

impact

N Proposer une stratégie visant à garantir une conception

intelligente de bâtiment à très haute performance énergétique


TABLE DES MATIÈRES3

DEFINITIONS

STRATEGIE

EN RÉSUMÉ


DÉFINITIONS STRATÉGIE EN RÉSUMÉ

BILAN THERMIQUE GLOBAL4

En hiver

Source / Bron : Guide PEB RW 3.2

12

3

45

6

710

11

12

13

14

1. Déperditions par transmission

2. Déperditions par ventilation volontaire

3. Déperditions par in/exfiltration

4. Déperditions totales de l’enveloppe

5. Apports solaires

6. Apports internes

7. Besoins nets en énergie pour le chauffage

10. Solaire thermique éventuel

8. Pertes du système

12. Consommation finale pour le chauffage

13. Pertes de transformation

14. Consommation d’énergie primaire

pour le chauffage

+

+

=

-

-=

-

+

=

+

=

9. Besoins bruts en énergie pour le chauffage=

11. Pertes de production+

8

9




En hiver

N Besoin net…

Bilan du bâtiment non rénovéUmoyen = 1,6 W/m²K

Type de ventilation : non conforme

Etanchéité = 7,8

Bilan d’une rénovation « traditionnelle » Umoyen = 0,5 W/m²K

Type de ventilation : C

Étanchéité = 7,8

23,6

6,1

5,3

16,0

10,3

8,6

0

5

10

15

20

25

30

35

40

Déperditions

(kWh/m²an)

Apports

(kWh/m²an)

Besoins en énergie de chauffage

Apports solaires

Apports internes

Pertes par infiltrations

Pertes par ventilation

Pertes par transmission

Source / Bron : ecorce




En hiver

N Besoin net…

Bilan du bâtiment non rénovéUmoyen = 1,6 W/m²K


Etanchéité = 7,8

Bilan du bâtiment rénové passifUmoyen = 0,25 W/m²K

Type de ventilation : D (88%)

Étanchéité = 0,6

23,6

6,1

5,3

16,0

10,3

8,6

0

5

10

15

20

25

30

35

40

Déperditions

(kWh/m²an)

Apports

(kWh/m²an)


Apports solaires

Apports internes




Source / Bron : ecorce




En été

3. Apports internes par l’éclairage+

6. Déperditions par transmission

7. Déperditions par ventilation

8. Déperditions par in/exfiltration

4. Apports internes par les ventilateurs

5. Apports internes par les appareils

10. Besoins nets en énergie

pour le refroidissement

11. Pertes du système

de refroidissement

12. Besoins bruts en énergie

2. Apports internes par les personnes

15. Pertes de transformation

16. Consommation d’énergie

primaire du bâtiment

-

6 7 8

1

2345

10 11

12 13

9

-

+

+

+

+

=

+

=9. Chaleur à évacuer par le système de refroidissement=

-

1. Apports solaires

14

15

16

13. Pertes à la production

14. Consommation d’énergie

pour le refroidissement

+

=

Source / Bron : Guide PEB RW 3.2



DEFINITIONS

STRATEGIE

EN RÉSUMÉ



TRIAS ENERGETICA9

Rappel

Source / Bron : Guide Bâtiments Durables

Recommandation G-ENE00

« Diminuer la consommation d’énergie des bâtiments »



BESOIN DE CHAUFFAGE10

Au niveau du besoin de chauffage

N Le simple assemblage de composants adaptés ne mène pas

nécessairement à un bâtiment à haute performance énergétique.

L’interaction entre les différents éléments nécessite une approche globale

et une réelle stratégie de conception permettant finalement d’atteindre la

HPE…

… Le tout est supérieur à la somme des parties.

N Ceci implique qu’un bâtiment doit être conçu pour être HPE dès le départ,

sous peine de devoir user de mesures excessives et souvent très

coûteuses.

N In fine, un bâtiment HPE, c’est …

• Des économies d’énergie,

• Un confort intérieur élevé que ça soit en hiver, en été et en entre-saison




Minimiser les pertes…

23,6

6,1

5,3

16,0

10,3

8,6

0

5

10

15

20

25

30

35

40

Déperditions

(kWh/m²an)

Apports

(kWh/m²an)


Apports solaires

Apports internes






Minimiser les pertes…

… et puis MAXIMISER LES APPORTS

23,6

6,1

5,3

16,0

10,3

8,6

0

5

10

15

20

25

30

35

40

Déperditions

(kWh/m²an)

Apports

(kWh/m²an)


Apports solaires

Apports internes







MINIMISER LES PERTES

N Minimiser les pertes par transmission

N Minimiser les pertes par infiltration

N Minimiser les pertes par ventilation

MAXIMISER LES GAINS



MINIMISER LES PERTES PAR TRANSMISSION14

Part des déperditions de l’enveloppe d’un logement passif

Dossiers de primes passives à Bruxelles

Source / Bron :

http://www.maisonpassive.be/IMG/pdf/PMPquellesfenetresP1.pdf




Quelle isolation?

N U murs 0,1 à 0,2 W/m²K

N U sol 0,15 à 0,2 W/m²K

N U toiture 0,1 W/m²K

N U fenêtre variable…




Quelle isolation?

On définit une température de confort ressentie (appelée aussi

"température opérative" ou "température résultante sèche") :

T°opérative = (T°air + T°parois) / 2

pour autant que la vitesse de l'air ne dépasse pas 0,2 m/s.

Source / Bron : Guide Bâtiments Durables




Zoom sur les menuiseries

Basse énergie

1,5 W/m²K > < 0,25 W/m²K

Passif

0,9 W/m²K > < 0,15 W/m²K

Fenêtre 6x plus déperditive!





N Point faible & élément clé… bien que absolument pas rentable!

N Simplifions

• Situation: simple vitrage / châssis alu double vitrage / châssis bois:

• Gain en terme de Uw: (0,3 * 4 W/m²K + 0,7 * 6 W/m²K) – (0,3 * 2 W/m²K

+ 0,7* 1,1 W/m²K + 3 * 0,055 W/mK) 3,87 W/m²K

• Gain en kWh: 3,87 W/m²K * 1m² * 12.5K * 6000h = 290 kWh/an ( 32m³

de gaz dépensé par chaudière 90% rendement)

TRS: 475€ / 22,5€ 21 ans

N Et si on part de double… vers triple?

N Petit truc: prix du combustible www.apere.org >





N Déperdition globale Uw (« window »):

• « frame »: Uf

• « glass »: Ug

• Intercalaire

N Si objectif :Uw < 0.85W/m²K

• Uf < (0,85-0,7*1,1-3*0,055)/0,3 impossible

• Uf < (0,85-0,7*0,6-0,3*0,039)/0,3 = 1,04W/m²K





N Déperdition globale Uw (« window »):

• « frame »: Uf

• « glass »: Ug

• Intercalaire

N Mise-en-œuvre : nœud constructif et étanchéité à l’air

N Gain solaire/surchauffe et facteur solaire

N Transmission lumineuse et confort visuel

… Un élément clé!




Murs

N Objectif : U murs: 0,1 à 0,2 W/m²K

N En pratique

• 12 cm LM avec λ = 0,032 W/mK fixé mécaniquement

U ≈ 0,25 W/m²K

• 20 cm PU avec λ = 0,023 W/mK fixé mécaniquement

U ≈ 0,12 W/m²K

• 25 cm EPS avec λ = 0,032 W/mK collé (avec finition crépi)

U ≈ 0,12 W/m²K

• 40 cm Cellulose avec λ = 0,040 W/mK dans une ossature bois (13%)

U ≈ 0,12 W/m²K




Murs

N Isolation extérieure ↔ intérieure

Source / Bron : brochure audit PAE2 région Wallonne, 2013




Murs


• Risque principal

Source / Bron : outil Isolin (Architecture et Climat)



Murs


• Risque secondaire


Source : outil Isolin (Architecture et Climat)

Source / Bron : outil Isolin (Architecture et Climat)




Murs


• Souvent oublié: réduction du potentiel de séchage

Objet d’une présentation spécifique Focus sur la diffusion de vapeur d’eau




Murs


• La masse thermique… Quelle surface?




Murs

N Isolation et mise-en-œuvre:

• Couche continue:

• Couche fixée mécaniquement

• Structure bois

0.050

0.150

0.250

0.350

0.450

0.550

6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

Conductivité t

herm

ique d

e la p

aro

i et corr

ection

liée a

ux f

ixations o

u à

la s

tructu

re b

ois

[W

/m²K

]

Epaisseur de l'isolation (PUR 0,023W/mK) [cm]

Isolation continue

Isolation perforée

Isolation et structurebois

5 fixations/m² sur toute

l’épaisseur: +15%

15% bois / 85%

isolation: +50%

0,2 W/m²K

10,5cm 11,5cm 17,5cm




Murs

N Isolation et mise-en-œuvre:

• Fixation mécanique spécifique: couche quasi continue...

Source / Bron : http://www.isofinish.be/fr/produits/borgh http://www.etanco.be/fr/assortiment-produits/facade/bois/marcovis-eisys/ ecorce

http://www.isofinish.be/fr/produits/borgh

http://www.etanco.be/fr/assortiment-produits/facade/bois/marcovis-eisys/




Toiture

N Objectif : U toit = 0,1 W/m²K

N En pratique

• 19 cm LM avec λ = 0,032 W/mK dans ossature en bois (7%)

U ≈ 0,2 W/m²K

• 45 cm Cellulose avec λ = 0,039 W/mK dans ossature en bois (7%)

U ≈ 0,1 W/m²K

• 22 cm PU avec λ = 0,023 W/mK collé sur toit plat

U ≈ 0,1 W/m²K




Toiture

N Toiture inclinée

• Combles non habitables




Toiture

N Toiture inclinée

• Combles habitables

Source : Energie+

Source : Isover

Source : Recticel

http://www.bati-journal.mobi/wp-content/uploads/20912832.jpg

http://www.bati-journal.mobi/wp-content/uploads/20912832.jpg




Toiture

N Toiture inclinée

• Combles habitables : isolation par l’intérieur

N Conception : Diffusion de vapeur d’eau

Attention si absence de sous-toiture

N Mise en œuvre : Continuité de l’isolant ET du pare-vapeur parfois difficiles à assurer

N Finition : Finitions intérieures à refaire

• Combles habitables : Sarking

N Conception : Bonne continuité de l’isolant

N Mise en œuvre : Adaptation nécessaire des rives de toiture (gouttières, solins, raccords

divers de la toiture)

N Finition : La couverture de toiture doit être refaite




Toiture

N Toiture plate :

• Toiture chaude à privilégier

• Toiture compacte à mettre en œuvre uniquement dans certaines

conditions

Objet de la présentation Focus sur la diffusion de vapeur d’eau

Source / Bron : Energie +




Plancher

N Objectif : U sol = 0,15 à 0,2 W/m²K

N Rôle de l’environnement (plancher sur sol ou sur extérieur?)

N En pratique

• 22 cm Cellulose avec λ = 0,039 W/mK dans ossature en bois (11%)

U ≈ 0,2 W/m²K

• 14 cm de PUR posé (panneau) avec λ = 0,022 W/mK

U ≈ 0,15 W/m²K

• 17 cm de PUR projeté avec λ = 0,027 W/mK

U ≈ 0,15 W/m²K




Plancher

N Détail de mise en œuvre…

Source / bron : ecorce




Et leurs raccords…

Objet d’une présentation en journée 2 : Focus sur les nœuds constructifs







MAXIMISER LES GAINS



MINIMISER LES PERTES PAR INFILTRATION39

Étanchéité à l’air

Vérifié par un Blower door test:

N Mesure du débit de fuite (infiltration)

N Utilisé pour classifier et certifier (n50, V50…)

N Utilisé pour évaluer les pertes par in-/exfiltration annuelles

Objet d’une présentation en J2_1

Focus sur l’étanchéité à l’air







MAXIMISER LES GAINS



MINIMISER LES PERTES PAR VENTILATION41

Rappel

23,6

6,1

5,3

16,0

10,3

8,6

0

5

10

15

20

25

30

35

40

Déperditions

(kWh/m²an)

Apports

(kWh/m²an)


Apports solaires

Apports internes




Bilan d’une rénovation

« traditionnelle » Umoyen = 0,5 W/m²K

Type de ventilation : C

Étanchéité = 7,8

Bilan du bâtiment

non rénovéUmoyen = 1,6 W/m²K


Etanchéité = 7,8

Bilan du bâtiment

rénové passif Umoyen = 0,25 W/m²K

Type de ventilation : D (88%)

Étanchéité = 0,6Source / Bron : ecorce




PREAMBULE

Pourquoi ventiler?

N Assurer la qualité de l’air intérieur des locaux compte tenu

• De l’occupation des locaux et des pollutions liées

• des pollutions liées au bâti (meubles entre autre)

N ( Objectif secondaire : Permettre le rafraîchissement du bâtiment en été)

Gestion hiver et été

N Hiver

• Limiter les pertes par ventilation

• Attention aux consommations auxiliaires

N Été

• Limiter l’introduction d’air chaud (by-pass)

• Ventilation intensive (surtout si masse thermique accessible)




Combien ? Les débits…

N VENTILATION HYGIÉNIQUE : le débit doit garantir une qualité d’air

suffisante en fonction des pollutions en présence. Plusieurs documents

précisent les débits qu’il faut mettre en œuvre :

• Norme NBN D50-001 (1) : dimensionnement (résidentiel)

• Norme NBN EN 13779 (2) : dimensionnement (tertiaire)

• Norme NBN EN 15251 : usage et critères de confort (tertiaire et

résidentiel)

• PEB (annexes, renvoi aux normes),

• Autres réglementations (RGPT,…) et documents ‘scientifiques’ (PHPP,…)

N VENTILATION INTENSIVE : le débit à mettre en œuvre dépend du

bâtiment (inertie,…), du climat et des charges à évacuer.




Combien ? Les débits… Mais pas que!




Combien ? Les débits… Mais pas que!

N Ventilation hygiénique et chauffage/climatisation : Toujours garder un esprit

critique!

N La ventilation hygiénique permet un rafraichissement du bâtiment limité:

• En logement: suffisante si complétée par des mesures « passives »

(protection solaire, ouverture fenêtres)

• En bureau… plus compliqué

N Rafraichissement supplémentaire : puits canadien?




Points d’attention essentiels:

N Débits imposés mais régulation indispensable

N Récupérateur de chaleur : performant mais avec by-pass

N Fonctionnement à optimiser: pertes (été/hiver) mais aussi (et surtout)

consommations auxiliaires!

N Sensibilisation, maintenance/entretien et bonne conception (perte de

charges / acoustique…)

Objet d’une présentation cet après-midi : Focus sur la ventilation







MAXIMISER LES GAINS



MAXIMISER LES GAINS48

Rappel

N Rayonnement




Rappel

N Facteur solaire (g, FS, SC) = fraction de l’énergie solaire incidente qui

passe au travers du vitrage (10% - 86%)

N Transmission lumineuse (TL) = fraction du rayonnement solaire visible qui

passe au travers du vitrage (7% - 97%)




Quelques chiffres

N Remarque :

• Krypton: 0,00949 W/(m.K) >< Argon: 0,01772 W/(m.K)

• Tout est possible… tout a un prix

Gaz UTransmission

lumineuse

Réflexion

lumineuseFacteur solaire

Opti3 4/16/4/16/4 Argon 0,6 W/m²K 72% 15% 50%

Ultra3 4/16/4/16/4 Argon 0,5 W/m²K 55% 30% 37%

Egreen 4/18/4/18/4 Argon 0,6 W/m²K 73% 17% 61%

SprimoZ4 4/12/4/12/4 Krypton 0,4 W/m²K 74% 16% 53%

UltraOne 4/16/4 Argon 1,0 W/m²K 76% 15% 55%

Sprimo Z9 Argon 0,9 W/m²K 70% 18% 49%

Sprimo Z8 Krypton 0,8 W/m²K 70% 18% 49%

Source / Bron: Sprimoglass




Quelques objectifs

N Apports solaires couvrent les déperditions conductives des ouvertures

Déperditions [kWh/an]

= Sfenêtre [m²] x Uw [W/m²K] x Degré.Heures [kKh/an]

Apports [kWh/an]

= FS [%] x Sfenêtre [m²] x FR [%] x Rayonnement global moyen [kWh/m²an]

FS = Facteur solaire

FR = Facteur de réduction du rayonnement

= Ombrage x Facteur de salissure x Rayonnement incident non perpendiculaire x Clair de vitrage

= 75% x 95% x 85% x Clair de vitrage




Quelques objectifs


0

100

200

300

400

500

600

700

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Rayonnement total mensuel moyen par orientation [W/m²]

Nord

Sud

Est

Ouest

Horizontal

Source / Bron : Meteonorm - Uccle

Période de chauffePériode de chauffe




Quelques objectifs


N En logements en Belgique : protections solaires (« règle générale »)

N Nord: PS (fixe ou mobile) non recommandée

N Est / ouest: PS extérieure mobile, à défaut vitrage sélectif ou PS fixe

N Sud: PS fixe (ou mobile) recommandée




Quelques objectifs

N En logements

• apports solaires couvrent les déperditions conductives des ouvertures

• protections solaires en pratique en Belgique (« règle générale »)







Quelques objectifs


N En logements en Belgique : protections solaires (« règle générale »)




Outils d’Aide au dimensionnement Source : http://susdesign.com/




Quelques objectifs

N En logements

• Compromis confort visuel / confort thermique

Orientation

du local

Surface nette éclairante /

surface au sol du local

Surface nette éclairante

située au-delà de 100 cm par

rapport au niveau du sol

/ surface au sol du local

Sud Supérieure à 15%

si protection solaire > 20% Supérieure à 12%

Est et ouest Comprise entre 15% et 25% Supérieure à 12%

Nord Comprise entre 15% et 25% Supérieure à 12%

Surface nette éclairante = ab + 2dc



DEFINITIONS

STRATEGIE

EN RÉSUMÉ



STRATÉGIE HIVER 58

Concevoir un bâtiment très performant

Stratégie en période de

chauffe

Minimiser les pertes

pertes par transmission

les pertes par

ventilation

les pertes par infiltration

Maximiser les apports gratuits

Mettre à profit les apports

solaires

Maximiser les apports internes



STRATÉGIE ÉTÉ59

Concevoir un bâtiment très performant

Stratégie en période estivale

Minimiser les apports de chaleurs

les apports solaires

les apports internes

l’introduction d’air chaud

Evacuer et réguler la chaleur

Recourir à la surventilation

Tirer parti de l’inertie du bâtiment

Profiter de la fraicheur du

sol


OUTILS60

Guide bâtiment durable

N Thème Energie

Dossier | Diminuer les pertes thermiques par transmission

Dossier | Assurer une grande inertie thermique

Et tous les dispositifs du dossier Energie

N Dispositif | Poser un châssis neufN Dispositif | Intégration d'un double châssis intérieurN Dispositif | Améliorer un châssis existant

N Dispositif | Isoler un mur par l'extérieurN Dispositif | Isoler un mur par l'intérieurN Dispositif | Isoler un mur creux par la coulisse

N Dispositif | Isoler le plancher des comblesN Dispositif | Isolation du sol par le basN Dispositif | Isoler un sol (par le haut - par le bas)

N Dispositif | Isolation par l'intérieur des toitures inclinéesN Dispositif | Isoler une toiture inclinée par l'extérieurN Dispositif | Isoler des toitures plates

http://www.guidebatimentdurable.brussels/fr/diminuer-les-pertes-thermiques-par-transmission.html?IDC=22&IDD=5381

http://www.guidebatimentdurable.brussels/fr/assurer-une-grande-inertie-thermique.html?IDC=22&IDD=6247


OUTILS61

Sites internet

N SunChartProgram

http://solardat.uoregon.edu/SunChartProgram.html

fournit le diagramme solaire en fonction des coordonnées géographiques

N Susdesign

http://susdesign.com/

propose différents outils pour dimensionner différents types de protections

solaires fixes (débordements, lamelles, …)

N Sketch Up :

permet de visualiser l’ombrage en fonction du temps

N Carnaval

http://sourceforge.net/projects/carnaval/

logiciel fournissant le masque solaire du terrain en fonction des coordonnées

géographiques

http://solardat.uoregon.edu/SunChartProgram.html

http://susdesign.com/

http://sourceforge.net/projects/carnaval/


?

62

?


CONTACT

MERCI POUR VOTRE ATTENTION

63

Florence GREGOIRE

Ingénieur projet

écorce sa

+ 32 4 226 91 60

[email protected]

mailto:[email protected]

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