Comment r é ussir un bâtiment d ’ activit é à Energie Positive

Comment réussir un bâtiment d’activité à Energie Positive

L’exemple des bureaux de l’Agence Rennaisede SOPREMA ENTREPRISES

Emmanuel de SURY

Points clés de la conception d'un bâtiment à structure métallique à énergie positive.

• Bâtiment à Energie Positive ( BEPOS )

« Un bâtiment produisant plus d’énergie qu’il n’en consomme. »

Minimisation des besoins énergétiques

Compensation par une production de photovoltaïque

• Bâtiment Basse Consommation ( BBC ) sans production photovoltaïque

« Un bâtiment réellement économe en énergie. »

Renforcement de l’enveloppe thermique du bâtiment

Choix d’équipements faiblement énergivores

• Démarche HQE Intégration lors de la conception de cibles HQE telles que:

- Gestion de l’énergie

- Qualité sanitaire des espaces

- Qualité sanitaire de l’air

Objectifs

COMMENT RÉUSSIR UN BÂTIMENT D’ACTIVITÉ À ÉNERGIE POSITIVE?

• Orientation du bâtiment Rechercher une orientation de la façade principale au sud dans la mesure du réalisable

• Espaces tampon au Nord

Exposition nord des pièces de service (Sanitaires, local technique, archives, …)

• Optimisation des ouvrants au Sud

Favoriser les apports solaires gratuits par l’implantation des fenêtres sur la façade sud le plus possible

Réduire les déperditions thermiques en minimisant les surfaces vitrées au nord

• Compacité du bâtiment.

Concevoir une forme de bâtiment compacte pour réduire les surfaces déperditives

• Isolation

Minimiser les déperditions des parois extérieures.

Une Conception Énergétiquement Sobre

La RT 2012 – Attention aux écarts/dérives constatés sur les bâtiments BBCExtrait de l’article du moniteur du 18 février 2011

- « des écarts parfois gigantesques entre les calculs des bureaux d’études et la réalité du terrain »

- « les anomalies techniques , au premier rang desquelles les ponts thermiques non pris en compte et les défauts d’ étanchéité à l’air »

Il n’y avait pas

de contrôlea posteriori

L’étanchéité à l’air

Exemple d’un ouvrage

performant construit en 2002

Impact de la perméabilité

Malgré une très bonne isolation thermique :

L’étanchéité à l’air n’est pas bonne

• Bilan : Q4>>3

• Les principaux points de fuite :

Angles de bardageLiaison bardage / toiture / longrineLanterneaux et voûtesPortes sectionnellesJonction bardage / menuiserieMenuiserieLèvres de plateaux

L’étanchéité à l’air Objectifs

• Perte énergétique : besoin en chauffage multiplié

par 2 ou 3

• Qualité de l’air intérieur médiocre

• Le rendement de la VMC double flux passe de

0,9 à 0,5 voir 0

• Les débits de VMC calculés à 20Pa sont

impossibles à garantir

• Risque important de condensation dans la

paroi

Impact de la perméabilité


• Etanchéité à l’air Eviter l’entrée incontrôlée d’air neuf dans le bâtiment et la fuite d’air chaud dans l’environnement extérieur.

Maîtrise du coefficient d’infiltration d’air du bâtiment: Q4

Influence du coefficient Q4 sur les consommation énergétiques:

L’exigence sur le coefficient Q4 entraine un gain de l’ordre de 70% sur le bilan énergétique par rapport au même bâtiment présentant une étanchéité plus conventionnelle.

Une isolation de bâtiment de qualité doit être accompagnée d’un bon traitement de l’étanchéité pour optimiser les gains énergétiques.


Bâtiment SOPREMA

Bâtiment Standard

Coefficient i4 [m3/m².h] 0,3 3

Consommations (Chauf+ écl+aux) [kWhep/m².an] 43 74

Gain énergétique (Energie primaire) 19 225 kWhep/an

Gain énergétique (Energie finale) 7 450 kWhep/an

Bâtiment SOPREMA

Bâtiment Standard

0

10

20

30

40

50

60

70

80

Consommations de chauffage


• Etanchéité à l’air Exemple de traitement de l’étanchéité à l’air

Problèmes de continuité au droit des refends et des dalles intermédiaires

Risques d’association scotch/parement

Risques d’oubli non visible après la pose des plaques de plâtres

Risques de détériorations

Coordination entre les lots

Bâtiment SOPREMA Bâtiment Standard

Parfaitement hors d’air

Indépendant des autres lots

Essai de la perméabilité à l’air en cours de chantier

Gain planning; travaux de bardage indépendants des travaux de plâtrerie / peinture



• Isolation thermique

Ponts thermiques traités au maximum par le principe de double isolation

→ Ubat = 0,465 W/m².K soit plus de 30% de gain par rapport à la référence.

• Ventilation Ventilation double flux haute efficacité.

Récupération de plus de 90 % de la chaleur de l’air extrait.

• Eclairage LED pour l’éclairage des circulations et des sanitaires

Consommation très faibles

Sondes de détection de présence

Murs Extérieurs 150 + 140 mm de laine de roche R=9,17 m².K/W Isolation périph verticale 80 mm de polystyrène extrudé sur 50 cm de hauteur R=2,30 m².K/W Toiture terrasse végétale 90 + 90 mm de polyuréthane + substrat de culture R=7,58 m².K/W Toiture bac acier 140 + 90 mm de laine de roche R=7,75 m².K/W Vitrages Double vitrage Aluminium à rupteurs de ponts thermiques Uw= 1,5 W/m².K

Des matériaux performants


• Prise en compte des apports solaires gratuits Favoriser les apports solaires en hiver afin de réduire

les consommations de chauffage

Se protéger des apports solaires en été afin de garantir un confort thermique sans besoin de climatisation

• Ventilation Un réglage fin des débits de renouvellement d’air

• Chauffage Un système de chauffage venant en appoint étant donné la performance

de l’enveloppe et la prise en compte des apports gratuits.

• Simulation thermique Dynamique Accepte le bâtiment comme un objet vivant, réactif aux

éléments extérieurs, et non comme un objet inerte.

Mesure la réaction des matériaux à des variations d’apports thermiques internes ou externes (inertie thermique).

Permet une maîtrise des apports solaires en évaluant les gains solaires utiles et en contrôlant la surchauffe estivale: Contrôle de la température intérieure heure par heure.

Besoins de Chauffage

Apports Solaires

Surchauffe

Un dimensionnement adapté


Mise en place d’une GTB « Gestion Technique du Bâtiment » Mutualisation de la gestion des équipements énergétiques.

• Ventilation Réduit nocturne de ventilation ou sur ventilation nocturne l’été pour rafraichir le bâtiment

Un renouvellement d’air adapté à l’utilisation des locaux

Mise en place de détecteurs de présence contrôlant les débits de ventilation

Mise en place de sonde à détection de CO2 dans les locaux à occupation multiple (type salle de réunion)

Contrôle des consommations de la centrale

• Eclairage Un éclairage des locaux à luminosité constante, s’adaptant aux variations de l’éclairage naturel

Un éclairage régulé par détection de présence et de luminosité

Maitrise des consommations d’éclairage

• Chauffage Gestion automatique de la température intérieure des locaux

Réduit nocturne permettant une baisse des consommations

Relance programmable afin d’assurer un confort thermique

Une Gestion énergétique intelligente


• Consommations en chauffage

Soit 9,7 kWh d’énergie finale par m² par an

• Consommations d’éclairage

• Consommations auxiliaires

• Consommations Totales

Le bâtiment SOPREMA présente un gain énergétique d’environ 48% par rapport à un bâtiment similaire présentant des équipements de référence moyens

L’objectif de bâtiment Basse consommation est respecté, avec une marge très confortable.

Référence Bâtiment Théorique Bâtiment réel Gain68 kWep/m²/an 27 kWhep/m².an 39 kWhep/m².an 42 %

Référence Bâtiment Théorique Bâtiment réel Gain35 kWhep/m²/an 8 kWhep/m².an 16 kWhep/m².an 54 %

Référence Bâtiment Théorique Bâtiment réel Gain 15 kWhep/m².an 8 kWhep/m².an 6 kWhep/m².an 60 %

Référence Bâtiment Théorique Bâtiment réel Gain 118 kWhep/m².an 43 kWhep/m².an 61 kWhep/m².an 48 %

Les résultats de la simulation énergétique


• Intégration de la production Photovoltaïque. Mise en place de 130 m² de capteurs photovoltaïques intégrés en toiture et en façade.

Production annuelle estimée: 21 140 kWh /an

Soit 89 kWhep/m².an théorique (108 en réel)

En tenant compte de la production d’électricité par les capteurs photovoltaïques, le bilan énergétique du bâtiment devient positif.

Le bâtiment produit environ 2 fois plus d’énergie qu’il n’en consomme.

Référence Bâtiment Théorique Bâtiment réel Gain

118 kWhep/m².an -47 kWhep/m².an -46 kWhep/m².an 140 %

Les résultats de la simulation énergétique

Un Bâtiment à ENERGIE POSITIVELa nouvelle Agence SOPREMA ENTREPRISES de Rennes

Orientation plein Sud

Toiture photovoltaïque Brise soleil et pergolahorizontaux au Sud

Brise Soleil extérieurs orientablesÀ l’Est et à l’Ouest

Etanchéité à l’airde l’ensemble des façades

Terrasse végétalisée

bardage photovoltaïque

Power Management System

Application de gestion active de la demande d’énergie

Jean-Noël DESNE SCHNEIDER ELECTRIC

• Objectifs du démonstrateur

• Effacement des pointes (auto-alimentation)• Fonctionnement iloté du bâtiment en cas de black-out• Lissage de la courbe de charge réseau• Détourer toutes les contraintes (techniques,

économiques, juridique…)• Utilisation des batteries pour fournir de la puissance

au réseau de distribution

• Aspect économique

• Autoconsommation le plus souvent possible• Revente du surplus d’énergieIdentifier les nouveaux modèles économiquesIndustrialisation de l’innovation

PMS: Architecture de principe

Power Management System

Charges prioritaires

Véhicule to grid

Stockage réversible

Charges non prioritaires

Charges sécurisées

Batteries

PV Eolien

Fournisseur Energie

126 kWc 4,1 kW

Bornes de recharge

Saft Li Ion 56 kWh

45 kWh

Gestion optimisée de la production PV

Optimisation de la puissance souscrite

Pilotage et valorisation des effacements

Gestion et pilotage de la surconsommation

Rénovation énergétique de logements sociaux dans le cadre du Pacte Electrique BretonDouarnenez Habitat

Jan DE HOOG

Sommaire

• Contexte

• Présentation du projet

• Mission du BET

• RT Existant

• Scénarios de rénovation

• Analyse technico-économique

Contexte• Pacte Electrique Breton

- Partenaires : Etat, Région Bretagne, RTE, ADEME & ANAH- 3 Constats :

Situation péninsulaire bretonne Faible autoproduction (8%) Dynamisme démographique et économique

- 3 Actions : Renforcer la maîtrise de la demande en électricité (MDE) Développer les EnR Sécurisation de l’alimentation électrique (production et réseaux)

• Appel à Projet FEDER (Fonds Européen de développement régional) « Réhabilitation thermique des logements sociaux en chauffage électrique »- Diminution de 40% des consommations- Consommation après travaux Cep < 230 kWhEP/m².an

Présentation du projet

• 16 Logements - Gourlizon (29)- Construction : 1988- Typologie : 6 T2 (70 m²), 6 T3 (90 m²) et 4 T4 (100 m²)- Mode constructif :

Dalle béton sur TP avec isolation périphérique Murs en maçonnerie traditionnelle, isolation intérieure Plafonds (rampants et combles), isolation laine minérale Menuiseries PVC, double vitrage

- Equipements techniques Chauffage effet joule (convecteurs et accumulateurs) ECS Electrique VMC Simple Flux Autorèglable

Mission du BET

• Etudes préliminaires- Diagnostic de l’existant- Définitions de scénarios travaux- Analyse technico-économique

• Maîtrise d’œuvre- Etudes de conception (AVP & PRO)- Analyse des offres (ACT)- Suivi de chantier (VISA, DET & AOR)

RT Existant

Evaluation de 3 critères avant et après travaux :- Ubât : Coefficient de déperditions du bâti (W/m².°C)- Cep : Consommation d’énergie primaire (kWhEP/m².an)

Usages : Chauffage, ECS, Climatisation, Eclairage et Auxiliaires- Tic : température conventionnelle intérieure (°C) Etat initial :

Logement Type 2

Logement Type 3

Logement Type 4

Scénarios de rénovation

Scénarios 1 : Travaux d’isolation d’enveloppe- Remplacement des menuiseries et portes d’entrée- Isolation extérieure- Renforcement isolation des combles- Mise en place d’une ventilation simple flux hygro B

Scénarios 2 : Changement d’énergie- Mise en place de PAC Air/Eau pour le Chauffage & ECS avec réseau de

chauffage BT- Mise en place d’une ventilation simple flux hygro B

Scénarios de rénovation

Scénarios 1 : Performance après travaux

Scénarios 2 : Performance après travaux:

T2: T3: T4:

T2: T3: T4:

Analyse technico-économique

Investissements :- Scénario 1 : 490 000 € HT (soit 30 625 € HT/logement)- Scénario 2 : 219 000 € HT (soit 13 960 € HT/logement)

Consommations énergétiques (Chauffage, ECS & Auxiliaires) : - Référence : 220 000 kWh/an 20 500 € TTC/an- Scénario 1 : 113 000 kWh/an 10 500 € TTC/an- Scénario 2 : 70 000 kWh/an 6 500 € TTC/an

Temps de retour actualisé :- Scénario 1 : > 30 ans- Scénario 2 : 15 ans

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