BÂTIMENTS BBC NEUFS OU RÉNOVÉS : LES CONDITIONS DU ... · LES CONDITIONS DU DÉPLOIEMENT DE LA...
Transcript of BÂTIMENTS BBC NEUFS OU RÉNOVÉS : LES CONDITIONS DU ... · LES CONDITIONS DU DÉPLOIEMENT DE LA...
BÂTIMENTS BBC NEUFS OU RÉNOVÉS :LES CONDITIONS DU DÉPLOIEMENT DE LA PERFORMANCE ÉNERGÉTIQUE LES
PREMIERS ENSEIGNEMENTS DES CAMPAGNES DE MESURE
« Bâtiments BBC neufs ou rénovation,les conditions du déploiement de la performance
énergétique, les premiers enseignements des campagnes de mesure»
David CORGIER19 février 2013
Bureau d’ingénierie d’Aide à la décisionpour Maitrise d’Ouvrage et Maitrise d’Œuvre
Mise en pratique de la démarche qualité énergétique dans le bâtiment
LA PRODUCTION
2
Projet GENHEPI : la rénovation de l’ALLP
Avril 2007
Octobre 2007
AVANT
• Problématique de confort d’été (32 °C)
• Consommation énergétique en chauffage
(150 kWh/m².an)
• Estimation d’un besoin de climatisation
280 kW
APRES
• Amélioration de l’enveloppe du bâtiment,
• 90 kW de PAC réversible installé couplée
à la chaudière existante,
• Facteur 4 sur les GES et 2 sur les
consommations énergétiques
(climatisation comprise)
4
0
50
100
150
200
250
300
Initial Initial avec climatisation 2008 2009
Chauffage /
rafraichissement
TOTAL
consommation
Bilan avec ENR
(photvoltaique)
Résultats de la STD
Valeur générée RT2005
(chauffage / clim)
Le bilan d’exploitation et les enseignements
• Outil réglementaire inadapté à la conception et à la garantie du résultat• La simulation thermique dynamique ne traite que les aspects thermiques• L’éclairage et les auxiliaires ne sont pas adressés• Le système PAC est très sollicité (durée de vie!!)
Projet GENHEPI : la rénovation de l’ALLP
Con
som
mat
ion
Ep
en k
Wh/
m².
an (S
CH
ON
)
Projet GENHEPI : la rénovation de l’ALLP
• Architecture hydraulique / schéma de principe :
5
Pompe à chaleur air / eau
Chaudière gaz
Bouteille de découplage
6
Projet GENHEPI : la rénovation de l’ALLP
Mesure et enregistrement des données physiques en dynamique :
CYCLAGE DES COMPRESSEURS DE LA PAC AIR/EAU- Température extérieure- Nombre de compresseurs en marche
Constat :- Pilotage défaillant le WE- Court-cycles en modeoccupation en raison de lafaible charge, du pilotagedéfaillant et del’architecture hydraulique.
Projet RIEEB : Ecole BBC de Pringy
7
Données administrativesNom Ecole maternelle
Activité Enseignement (maternelle)Localisation Pringy (74)
Année de construction
2007
Données d’activitésNombre de bâtiments 1
Surface chauffée 1287 m²Volume chauffé 3500 m²
Nombre de classes 5
Type d’énergie
ChauffageBois (plaquette forestière)
Gaz (secours et intersaison)
ECS Electricité
Projet RIEEB : Ecole BBC de Pringy
8
• Architecture hydraulique / schéma de principe :
Production : chaudière bois et gaz
Bouteille de découplage hydraulique
Distribution : plancher chauffant et réseau de chaleur
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
260
0.0
10.0
20.0
30.0
40.0
50.0
60.0
70.0
80.0
90.0
9:0
0
10
:00
11
:00
12
:00
13
:00
14
:00
15
:00
16
:00
17
:00
18
:00
19
:00
20
:00
21
:00
Pu
issa
nce
th
erm
iqu
e d
e l
a c
ha
ud
ière
(kW
)
Tem
pé
ratu
re d
'ea
u (
°C)
Temps (h)
Evolution des températures d'eau du circuit hydraulique de la chaudière bois
Temp_Ret_Bois (degC) Temp_Dep_Bois (degC) Puissance chaudière bois (kW)
Projet RIEEB : Ecole BBC de Pringy
9
Mesure et enregistrement des données physiques en dynamique :
CYCLAGE sur la chaudière bois
Cyclage de 30 minutes
Projet RIEEB : Ecole BBC de Pringy
10
Mesure et enregistrement des données physiques en dynamique :
CYCLAGE sur la chaudière gaz
60.0
62.0
64.0
66.0
68.0
70.0
72.0
74.0
76.0
78.0
80.0
82.0
84.0
86.0
88.0
90.0
8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00
Tem
pé
ratu
re d
'ea
u (
°C)
Temps (h)
Evolution des températures d'eau du circuit hydraulique de la chaudière gaz
Temp_Ret_Gaz (degC) Temp_Dep_Gaz (degC)
Cyclages de 26 et 18 minutes
11
Bâtiment BBC PREBAT avec 2 années de monitoring localisé à Annecy
• Isolation par l’extérieur,• VMC double flux,• Émission par plafond chauffant et rafraîchissant,• Pompe à chaleur géothermique à forages verticaux,• Intégration d’une solution photovoltaïque en toiture avec un système de bac acier
CAUE74 : Monitoring PREBAT
12
CAUE74 : instrumentation de la PAC
Circuit de distribution
Bouclegéothermique
Circuit primaire
13
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
Con
som
mat
ion
élec
triq
ue (
kWh/
m².
moi
s)Consommation électrique par équipement du système d e chauffage et rafaîchissement
PAC_2009-2010 Circulateurs_2009 -2010 PAC_2010-2011 Circulateurs_2010 -2011
Système de chauffage: PAC eau/eau sur sondes géothe rmiques
Fonctionnement des auxiliaires pendant l’intersaison (Mai-Juin 2010) � PAC = Arrêtée
Réglage de la puissancede la pompe du réseau dedistribution à la baisse
CAUE74 : la consommation de la PAC
14
COPinstallation = Energie utile
Energie fournie
Qchaud
WelecPAC + Weleccirculateurs =
0.00.51.01.52.02.53.03.54.04.5
Coefficient de performance (COP) du système de chauffage
COP_machine "COP"_Installation
Impact des pompes
Rendement de l’installation proche d’un système à effet joule
Semaines de l’année
Pour la saison de chauffe: COP machine = 3.3
COP installation = 2.2
15
CAUE74 : instrumentation de la PAC
Système PAC:
• Un monitoring dynamique avec un pas de 2 secondesa été réalisé en été et en hiver pour évaluer lessollicitations de la PAC
• Cyclage en mode chauffage (12 000 cycles/an)
16
T° retour Sec
T° départ Sec
V3V (%)
Cpt Nrj Frd PAC & Cpt Nrj Chd PAC
Cpt Nrj Frd Utile & Cpt Nrj Chd Utile
Ballon de capacité ≈2000 litres avec une bonne isolation Cr<0.08Wh/L.K.jour
De coupler la pompe du secondaire au fonctionnement de la PAC.
Déplacer la sonde de température de commande de la PAC sur le ballon tampon
Arrêt de toutes les pompes à la fin de la saison de chauffe
CAUE74 : Evolution de l’installation fluideAfin de minimiser les phases transitoires de la PAC et de maximiser les phases en mode stabilisé (Amélioration du COP)
17
CAUE74 : Evolution de l’installation fluide
0.00.51.01.52.02.53.03.54.04.5Oc
t_42
Oct_
43No
v_44
Nov_
45No
v_46
Nov_
47De
c_50
Dec_
51De
c_52
Janv
_1Ja
nv_2
Janv
_3Ja
nv_4
Janv
_5Fe
v_6
Fev_
7Fe
v_8
Fev_
9M
ars_
10M
ars_
11M
ars_
12M
ars_
13M
ars_
14Av
ril_1
5Av
ril_1
6Av
ril_1
7
Coefficient de performance (COP) du système de chau ffage
COP_machine "COP"_Installation "COP"_Machineavec ballon de 2000L
"COP"_Installation avec ballon tampon de 2000L
COP_Machine = COPmax par une meilleure gestion du fonctionnement de l’installation
(Ballon tampon + optimisation du fonctionnement des pompes)
Constats sur la conception du système de chauffage
La pratique de conception des systèmes de générationn’est pas adaptée aux bâtiments avec une enveloppeperformante,
� Le dimensionnement des générateurs en statique doitrespecter les contraintes de mise en chauffe en période degrand froid (robustesse) et les situations de charges internesextrêmes,
� Les sollicitations dynamiques liées au pilotage des émetteurs,l’équilibrage des réseaux et au climat sont négligées,
� L’impact des auxiliaires est sous-estimé (pompes decirculation par exemple).
18
Préconisations sur la conception du système de chauffage
Le schéma de principe de la production est à concevoir en statiqueet en dynamique avec une approche systémique pour :
o Disposer de la puissance pour les conditions extrêmes(générateur et émetteurs), et assurer le confort des occupantsen toutes saisons
o Intégrer un volume de stockage réellement exploité, sansconsidérer le volume du circuit hydraulique de distribution,avec un contrôle / commande adapté pour :
o Eviter les courts –cycles sur les équipements,
o Garantir les températures de fonctionnement desgénérateurs,
19
LA VENTILATION
20
T° souf. CTA
Bâtiment
Echangeur CTA
BE
Pre-
Chf
BE_Chf
T° rep. CTA
T° rejet. CTA
T° recup. CTA
BE rec. CTA BE Chf. CTA
Volet by pass.
CTA
21
Système de ventilation d’air
Bâtiment du CAUE74 : Le monitoring de la VMC DF
Echangeur à plaques
Ventilation DF
22
Bâtiment du CAUE74 : Le monitoring de la VMC DFSystème de ventilation d’air localisé en volume non -chauffé : VMC double flux avec récupérateur d’énergie du type échangeur à plaques
Rendement humide EUROVENT constructeur de l’échangeur de la VMC Double Flux : 62%
0.20
0.25
0.30
0.35
0.40
0.45
0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 12.0 14.0 16.0
EE
C
Température Entrée Echangeur (°C)
Efficacité de l'échangeur de la VMC
Année 2010-2011 Année 2009-2010
Taux de récupération effectif de la VMC in vivo
Trec =qairneuf x (Ts - Text) / (qairvicié x (Ti - Text))
Tre
c
Analyse sur l’efficacité du système de ventilation la pratique en tertiaire (I4 à 1.7 pour le BBC)
23
Bâtiment du CAUE74 : Le monitoring de la VMC DF
• L’évaluation des performances de la VMC Double flux en intégrant les consommations des ventilateurs nous amène à l’introduction de la notion de « COP » équivalent :
Ce « COP » tient compte des performances de la ventilation(moteur, variateur, ventilateur, pertes de charge etc..) et du taux derécupération de chaleur .
24
Qrécupérée via l ’échangeur
[Welecventilateurs DF] – [WelecVentilateurs SF]« COP » =
Energie récupérée
Supplément d’Energie consommée par la ventilation
=
25
Système de ventilation d’air: COP de la VMC double flux avec récupérateur d’énerg ie
Qrécupérée via l ’échangeur
[Welecventilateurs DF] – [WelecVentilateurs SF]= `COP ´=
Energie récupérée
Supplément d’Energie consommée par la ventilation
Bâtiment du CAUE74
Hypothèse pour une ventilation simple flux (puissance spécifique) SFP = 0.25 W/(m3/h)
=
Analyse sur l’efficacité du système de ventilation
26
Une ventilation double flux est impactée par d’autresparamètres que ses seuls composants intrinsèques del’équipement :
• Le rendement enthalpique est à considérer car il est représentatifde la réalité d’usage,
• L’étanchéité à l’air des conduits de ventilation,
• Les pertes de charge dans les conduits,
• L’étanchéité à l’air du bâti,
• Les ventilations auxiliaires réduisant le débit d’air repris :ouverture des fenêtres, VMC SF des sanitaires dans le tertiaire(15% du débit soufflé), hottes par extraction dans le logement, etc..
• La qualité de maintenance,
Conclusion sur l’efficacité du système de ventilation
27
Le système de ventilation doit être conçu et adapté à notre climat et nos pratiques :
• Le climat hivernal doit être sévère sur une longue période pourmotiver une récupération de chaleur ,
• Les systèmes aérauliques doivent être optimisés,
• L’étanchéité à l’air du bâtiment et le système de ventilationdoivent être en cohérence (un I4 au niveau BBC dégrade tropl’efficacité de l’échangeur par déséquilibre des débits, mais leniveau PassivHaus est satisfaisant),
• La maintenance doit s’adapter pour garantir la pérennité dessystèmes (remplacement des filtres au lieu du nettoyage)
• Une analyse globale énergétique et pas seulement thermiquedoit être réalisée en conception (indicateur du type COP global),
Conclusion sur l’efficacité du système de ventilation
28
Le système de ventilation doit être conçu et adapté à notre climat et nos pratiques : exemple d’étude énergétique paramétrique :
• Un taux de récupération effectif de l’échangeur élevé (taux de récupération à 0.65)
• 2 niveaux de performance de l’aéraulique : SFP de 0.4 W/(m3/h) et 0.565 W/(m3/h) par ventilateur,
• 5 localisations sur le territoire français et une en Scandinavie
Calcul du COP annuel pour prendre en considération les performances des systèmes de génération.
29
1,0
1,71,8
1,41,62
2,26
1,5
2,62,7
2,2
2,4
3,4
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
3,00
3,50
4,00
NICE ANNECY STRASBOURG BORDEAUX NANTES STOCKHOLM
Annual heat recovery ventilation system COP HEE = 65% + 1.13 W/m3/h HEE = 65% + 0.8 W/m3/h
Conclusion sur l’efficacité du système de ventilation : étude paramétrique
Conclusion
• Le processus bâtiment actuel n’est pas adapté auxenjeux car les concepteurs n’ont pas accès auxrésultats de leurs travaux,
• Les concepteurs ne disposent pas des outils deconception des systèmes leur permettant d’évaluerl’impact de leurs choix (simulation énergétiquedynamique du bâtiment et des systèmes ),
• Des solutions et des outils existent et doivent êtrevalidées sur des opérations pilotes pour être diffusésauprès des acteurs concepteurs,
.. .. reste à concrétiser « les bonnes intentions » tousensemble!
30
50 Avenue du Lac Léman 73377 Le Bourget du lac
Merci de votre attention…
…Des questions
Avec le soutien de
32
Bâtiment du CAUE74 : Le monitoring de la VMC DF