27/09/2011| DER/CPM | PAGE 1

EnveloppesConfortables & InnovantesHumidité/Thermique/Optique

Economie d’Energie / Santé

D. Quenard – C. Pompéo - H. Sallée – F. Olive – M. Cosnier – G. GarnierA.M. Pardo – F.D. Menneteau – M. Marion – L. GounonM.L. Eliard

CSTB – lundi 3 octobre 2011

DER/CPM

L’enveloppe du bâtiment est une interface qui protège contre les intrusions, les intempéries, le chaud, le froid, l'éblouissement.

L'enveloppe "surface" devient, à l'extérieur, un "collecteur de ressources" comme l’air, l’eau, l'énergie ou la lumière.

A l'intérieur, elle est un "diffuseur de bien être » qui assure confort à ses occupants : température idéale en toutes saisons, air sain, lumière diffuse et agréable, silence...

Enveloppe … une définition

Confort & Parois

DPE- ADEME

Non-isolée Isolée

Enveloppe et objectifs du Grenelle

Source : Ceren.

Réduction de moitié du chauffage

ES

Réduire la consommation énergétique et les émissions de CO2

L’isolation thermique … la solution la plus efficace

Source : http://www.epa.gov/oar/caaac/coaltech/2007_05_mckinsey.pdf

Chauffage / CombustionEmissions Polluants / Santé

Source : Impact sanitaire de la pollution atmosphérique urbaine Estimation de l’impact lié à l’exposition chronique aux particules fines sur l’espérance de vie – AFSSE – 2005Source : ZAPA – Ministère - AirParif

Ile-de-France / Airparif ations 2000Contribution en % des différents secteursd’activités aux émissions de polluants

« La pollution de l’air diminue l’espérance de vie de 9 mois pour chaque Français et l’exposition aux particules fines causerait 40 000 décès chaque année. C’est un enjeu de santé public »Nathalie KOSCIUSKO-MORIZET - décembre 2010

Particules (PM10) : B+T 60 %NOx : B+T 60 %

Source : DHV-PEP Chiel Boonstra

simple

Apports solaires

Pertes

Bila

n én

ergé

tique

ann

uel

U W/m².K

Tp SurfaceFS

Pertes Nettes

Apports Solaires : lumière - chaleur

VITRAGE

210 million bâtiments en EuropeEnviron 53 milliard de m² (résidentiel / tertiaire)

Source : E2APT-RICS-ACE

Le défi de la rénovation

60%

40 %

Construction neuve : environ 1 %

Rési

denti

elTe

rtiai

re

Isolation – Inertie Assistée

Valider l’intégrabilité des innovations

FUI SirteriBoite dans la BoiteIsolation + Fenêtre+ Protections Solaires + Inertie+ Ventilation Nocturne

Façade RideauOssature Alu - PRVAdeme COFAHE

Façade RideauOssature BoisANR EffinovboisDER/HTO

RUPTISOLRupteurs de Ponts Th.par l’intérieur

Projet FUI : SIRTERI Système Industrialisé de Rénovation

du Tertiaire par l’Intérieur

Le Conseil Général de l’Isère a mis à disposition trois bureaux au septième étage du bâtiment DODE de la Cité Administrative de Grenoble, pour évaluer ce concept.

Principe de la «boîte dans la boîte» : isolation + inertie assistée

Principe

Surventilation des bureaux

Ventilation pour les panneaux

MCP

Panneaux MCP=Panneaux Radiants

= Cloisons Actives

Double fenêtre

Panneaux PIV

Pose de la ventilation dans les faux plafonds

Pose des fenêtres

Pose des panneaux super isolants

Pose des Panneaux MCP

5 µm

MICRONAL ®

Températures d’air des trois bureaux

Paroi ventilée MCP

Paroi bureau Ref

Paroi Bureau sur-ventilé

Air bureau MCP

Paroi bureau MCP

Déstockage du MCP la nuit

+- -+

Sens conventionn

el du flux

Gain sur la température d’air

 Bureau

MCPVentilé

 

Bureau Ventilé

Bureau Ref.

Air Extérieur

Heures T≥ 27 °C 25 39 76 46 % temps entre 8 h et 19 h 19% 29% 57% 34%T maxi sur la période °C 28.6 30.5 35.7 33.0

 

 Bureau

MCPVentilé

 

Bureau Ventilé

Bureau Ref.

Air Extérieur

Heures T≥ 27 °C 23 24 64 14.5

 % temps entre 8h et 19 h 13% 14% 36% 8%

T maxi sur la période °C 29.6 30.5 34.3 30.1

Stores ouverts sur 16 jours en septembre

Stores fermés sur 12 jours en septembre

Indicateurs de confort

Vue extérieure Vue intérieure

Paroi Isolante Inerte et Translucide - INERTRANS

Rayonnement Flux entrant cellule test Flux entrant cellule ref

Caractérisation de la convection naturelle dans une brique de verre

Mesures PIV Modèle Boltzman sur gaz réseau

Restitution de chaleur progressive durant la

nuit

… de la recherche à l’évaluation

Les IHP - Isolants Haute Performance

PIV / VIP : Panneaux Isolant sous Vide INP : Isolant Nano-Poreux

SpaceloftAspen aerogelCUAP

Aerowool - Rockwoll : Pass’Innovation

Porextherm : CUAP ZAG - accepté Microtherm : CUAP CSTB – en cours

Contact pour AT : doublage intérieur+ VIP composant de façade + VIP

Les MCP

Plaque MCP

Energain Dupont : Pass’Innovation

HUMIDITE

QUESTIONS ?

Rappel des objectifs

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Comprendre et appréhender les phénomènes de transferts de gaz (air, polluants) à travers une paroi et plus particulièrement les constructions à ossature bois, et les parois à rénover.

Réaliser une étude détaillée du comportement des composants de l’enveloppe, en particulier des points singuliers (ponts thermiques, ruptures d’étanchéité …)

Proposer des modèles de transferts couplés gaz (air et vapeur d’eau) et chaleur, validés par des mesures à l'échelle réelle

Les « tunnels thermiques »

Fuites récurrentes (189 observations sur 123 logements)

2% 7%

12%

41%

38%

Structure

Tuyauteries

Trappes

Menuiseries

Passage des équipementsélectriques

Source : Litvak et al. 2005. Campagne de mesure de l’étanchéité à l’air de 123 logements. CETE Sud Ouest. Rapport n°DAI.GVCH.05.10. ADEME-DGUHC.

Surface Equivalente des « trous »

70 % des fuites

Source : CETE Ouest

Projet OPTIMOB

Étude expérimentale

- Échelle réelle

- Sollicitations climatiques naturelles

- Étude d’un bâtiment dans son ensemble

=> Réduction des risques liés à l’humidité

- déterminer l’impact couplé de l'étanchéité à l'air et des transferts d'humidité sur le transfert de chaleur,- évaluer les risques de condensation et les problèmes d’étanchéité à l’air des maisons à ossature bois

Étude numérique

- Développement d’un modèle

- Validation avec l’expérimentation

- Généralisable (climat, construction)

Support expérimental

> Maison à ossature bois

> 20m², 2,50m > Ossature épicéa> Construction

février-mars 2008> Côté sud: réserver

pour insérer une fenêtre

> Côté nord: entrée par une double porte

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int.ext.

Thermocouple

ThermohygromètreFluxmètre

int.ext.

Instrumentation

31

Station météo

À proximité de la cellule> Température, humidité relative > Rayonnement solaire direct et diffus> Vitesse et direction du vent

Génération de vapeur

derrière PV

surface parement

derrière MFP

derrière plâtre

Impact du parement intérieursur l’humidité absolue

MESURES

Impact de l’isolantsur la température

Impact de la capacité thermique (ρ.Cp)

ρ.Cp fdb=160 [kJ/m3.K] ρ.Cp ldv=15 [kJ/m3.K]

SIMULATION

Conclusion

Le rôle primordial du pare-vapeur en tant que barrière à la propagation de vapeur a été clairement confirmé

Le rôle important des matériaux de parement hygroscopiques dans l’ « inertie hygrique » a été également confirmé

La modification des transferts thermiques par des transferts hygriques dans l’enveloppe contenant des matériaux hygroscopiques a été mise en évidence

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Mise au point de l’outil de transferts couplés « chaleur-air-humidité », en développement mais non encore totalement validé

Valider l’outil :- En intégrant les aspects étanchéité/ventilation/rayonnement

incident- En poursuivant le développement de la base de données

matériaux- Définir des scénario intérieurs

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Reste à faire

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Humidité … suite

Hygrobat : en cours - revisiter les bases théoriques des transferts couplés : chaleur/air/humiditéLEPTIAB – LOCIE – CEA/INES/LEB – LERMAB-LERFOB-EDF-TREFLE – LMDC CRITTBOIS – LIGANTEC – NR GAIA

Humibatex : début 2012 – humidité dans les bâtiments existantsCETE – INSA – LEPTIAB – ALDES – ISOVER – Ventilairsec

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… de la recherche à l’évaluationHumidité et AT

Risque de condensation dans les cadres de fenêtre

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QUESTIONS ?

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ProspectiveEquipements Anciens – Nouveaux Usages

Energie Positive ?

Jeudi 11 Mars 2004

Janvier 2005Octobre 2011http://web.ujf-grenoble.fr/imagesetsciences/energiesdufutur/pres_pdf/quenard.pdf

Des Bâtiments Economes & Producteurs d’Energie… des usagers « énergivores »

RT 2020

Manque l’Energie Grise des Equipements Electrodomestiques et de la Mobilité

2 autres usages 1 impact

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Performance et Localisation

Indicateur Energie Primaire TotaleNormation Zone H2B pour 1 anEtude QEB - CIMBETON

Projet REZO-ZERO2007-2009

ConvergenceBâtimentTransport

Borne Bidirectionnelle

Mitsubishi: i-MiEV alimentation des équipments électro-domestiques

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Aujourd’hui :Aujourd’hui :Alimentation d’un téléphone ou d’un ordinateur portable.

Demain :Demain :Prise : 100 VPuissance : 1500 W

Batterie lithium-ion : 16 kWh,Consommation d’un ménage pour environ 1, 5 jour

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VE = nouvel équipement de la maison ?

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StockagStockagee

2300 kWh/an2300

kWh/an2000

kWh/an*2000

kWh/an*

*Pour un VE avec une consommation de 150Wh/km parcourant 13000 km/an

CESIChauffe-eau Solaire Individuel

VESIVéhicule Electrique Solaire Individuel

Analogie CESI-VESI

15-20m²3-5 m²

ProductionProduction

ConsommationConsommation

Equipements très performants individuellement vs

Equipements moins performants mutualisés???

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Usages Mutualiséséquipements domestiques

Réfrigérateur/CongélateurFroid

Chauffe-eau ThermodynamiqueChaud

Climatisation et ECS ?

Mutualisationéquipements informatiques / PC / ECS

Mutualisation à l’échelle des

bâtiments

www.helen.fi

Data-Center : Nouvelles Chaufferies ?

ECS/Piscine …

DALKIA

Merci pour votre écoute

Projet COFAHE (PREBAT, 2007-2010) sur des composants de façade à haute performance énergétique : expérimentation en taille réelle (caractérisation thermique). Partenaires : CSTB, COMPOSITEC, VETROTEX, GOYER.Coût complet : 165 k€ (aide accordée au CSTB : 82 k€).Responsable scientifique : H. Sallée

Projet OPTIMOB (PREBAT, 2008-2011) sur la réduction des risques liés à l’humidité et aux transferts d’air dans les constructions à ossature bois : expérimentation en taille réelle (mesure de température et d’humidité dans les parois d’une maison à ossature bois (modélisation analogique, approche globale). Partenaires : CSTB, EDF, ALDES, INSAVALOR-CETHIL, CTBA, OSSABOISCoût complet du projet : 750 k€ (aide accordée au CSTB : 173 k€)Responsable scientifique CSTB : G. Garnier.

Projet ENVHY (PREBAT, 2007-2009) sur l’amélioration des performances des bâtiments neufs, notamment par la prise en compte renforcée des aspects bioclimatique : expérimentation en taille réelle, modélisation multiphysique (approche CFD pour les écoulements d’air, approche globale pour la thermique du bâtiment)Partenaires : CSTB, CTBA, SMURFIT KAPPA, CRISTOPIA, ITF, CREABOIS, LOCIE, LAG, Université J Fourier GrenobleCoût complet du projet : 460 k€ (aide accordée au CSTB : 116 k€)Responsable scientifique : K. Johannes.

Projet RenEauSol (Habisol, 2010-2012) sur un capteur auto-stockeur intégré en toiture : expérimentation de taille réelle (PIV, cavité, eau, convection naturelle)Partenaires : LOCIE, CETHIL, CEA, CSTB, CRESSON, TecnisunCoût complet du projet : 1 098 k€ (aide accordée au CSTB : 38 k€ + financement d’une thèse APS-ADEME)Responsable scientifique CSTB: M. Cosnier

Projet RENOKIT (PREBAT, 2007-2009) sur l’évaluation d’un système intégré pour la rénovation par l’intérieur des logements existants : expérimentation en taille réelle (mesures thermique, fluxmétrique, acoustique, modélisation analogique, approche globale). Partenaires : CSTB, CTBA, SMURFIT KAPPA, CRISTOPIA, ITF, IRABOIS.Coût complet du projet : 485 k€ (aide accordée au CSTB : 209 k€)Responsable scientifique CSTB : H. Sallée.

Projet MAISON PASSIVE (PREBAT, 2007-2011) sur la conception et l’évaluation expérimentale de maisons passives : expérimentation en taille réelle (mesures thermique et fluxmetrique, modélisation analogique, approche globale)Partenaires : CNRS/LMOPS, ARMINES CEP, CETIAT, CSTB, CEA, Maison GIRAUD, SAINT GOBAIN ISOVER.Coût complet du projet : 1040 k€ (aide accordée au CSTB : 122 k€).Responsable scientifique CSTB : D. Quenard

Projet INERTRANS (PREBAT, 2008-2011) sur un composant d’enveloppe de bâtiment en brique de verre associant inertie et isolation translucide : expérimentation en taille réelle et en dimensions réduites (mesures PIV, mesures thermique, approche globale, modélisation fine de type gaz sur réseaux).Partenaires : CSTB, CETHIL, ARMINES CEP, CRISTOPIA, SAVERBAT, SIRIUS. Coût complet : 983 k€ (aide accordée au CSTB : 163 k€).Responsable scientifique CSTB : M.Cosnier

Les projets (FUI) : Projet SYSPACTE (FUI, 7ème appel d’offre, 2009-2012) sur les panneaux thermoélectriques pouvant être utilisés comme parois actives : modélisation multi-physique (double approche CFD et analogie électrique : phénomènes thermoélectriques et échangeurs) et réalisation d’un prototype intégrant le panneau thermoélectrique couplé aux échangeurs optimisés.Partenaires : ACOME, CRISMAT, ICG, LOCIE, CSTB, ANJOS.Coût complet du projet : 1540 k€ (aide accordée au CSTb : 110 k€).Responsable scientifique CSTB : M. Cosnier.

Projet SIRTERI (FUI, 5ème appel d’offre, 2008-2012) sur un système industrialisé de rénovation du tertiaire par l’intérieur : expérimentation en taille réelle (mesures thermique, fluxmétrique sur un bureau rénové. Modélisation analogique (approche globale).Partenaires : Sainte Marie Constructions isothermes, CNRS, A.RAYMOND.Coût complet du projet : 970 k€ (aide accordée au CSTB : 100 k€).Responsable scientifique CSTB : H. Sallée.