Cas d’étude: Siège de Velux China de la performance ...

110/02/2016 Aymeric Novel – TERAO - LaSIE

Cas d’étude: Siège de Velux China – de la performance théorique à la performance réelle mesurée

Aymeric Novel

Directeur des opérations –TERAO

Doctorant au LaSIE à l’université des sciences et technologies de La Rochelle

avec F.Allard et P.Joubert

Introduction

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Objectifs du projet:

• Nouveau showcase des produits de VELUX China (2000m², R+1)

• Outil marketing pour les activités de VELUX activities en relation à la démarcheSustainable Active Buildings

• Objectif énergétique ambitieux (30-50 kWh/m²/an sur usages RT: Niveau anticipé de la réglementation thermique danoise 2020) avec une qualité d’environnement intérieurclasse B CEN recommendation report 1752:1999

• Coût de construction raisonnable (6000 RMB/m²).

Calendrier:Conception d’Avril 2011 à Mai 2012

Construction terminée en Mai 2013

Commissioning (Cx) terminé en Mai 2014

Suivi des performances (M&V) terminé en septembre 2015


“Sustainable Active Building”

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Stratégies pour l’efficacité énergétique:

• Enveloppe (isolation et ouvrants)

• Lumière naturelle abondante

• Apports solaires contrôlés

• Dalles actives (TABS)

• PAC géothermique sur pieux

• Double flux avec recuperation de chaleur

• Panneaux solaires thermiques pour ECS

• Ventilation naturelle


Fenêtres et lumière du jour

4

Les espaces avec 2% et plus de FLJ moyen sontconsidérés bien éclairés mais l’éclairage artificielest encore beaucoup utilisé. Les guidelines deVELUX demandent d’atteindre 5% sur le plan detravail.


Tous les espaces occupésrégulièrement ont accès à la lumièredu jour et sont tous équipés derégulation sur sonde de luminositépour l’éclairage artificiel

Cet objectif est atteint auR+1 avec des FLJ moyenssupérieurs à 6%. Le RDCaffiche des FLJ moyensentre 1,7% et 4%

5

La zone de Langfang a un fort ensoleillement pendant l’hiver et l’été.

En été, les apports solaires sont très importants et sont à

contrôler pour la performance énergétique sur le poste climatisation.

Pour les contrôler, des stores extérieurs motorisés sont mis en place.

En hiver, des stores vénitiens intérieurs sont installés

pour contrôler l’éblouissement mais en laissant un

maximum d’apports solaires entrer pour préchauffer les espaces notamment via les fenêtres sur les façades sud et ouest

Maîtrise des apports solaires

blinds South/West East North

Awning blind electrical 33.2F-12Ar-5HE 33.2F-12Ar-5HE (clear Low-E) 33.2F-12Ar-5HE (clear Low-E)

Blackout electrical

33.2F-12Ar-5HE 33.2F-12Ar-5HE (clear Low-E) 33.2F-12Ar-5HE (clear Low-E)

Electrical Plisse FHL

5H-14Ar-5HE 5H-14Ar-5HE (clear Low-E) 5H-14Ar-5HE (clear Low-E)

Manual Plisse

GGL Integra

33.2F-12Ar-5HE 33.2F-12Ar-5HE (clear Low-E) 33.2F-12Ar-5HE (clear Low-E)

5H-14Ar-5HE 5H-14Ar-5HE (clear Low-E) 5H-14Ar-5HE (clear Low-E)

S06

S06

S08 S08

S06

S06

S08

S06

S06

S06

S06

S06 S06

S06

S06


6

Thermal Active Building System permet de stocker dans les dalles béton les calories/frigories fournies par une boucle d’eau alimentée par une PAC géothermique

Les dalles actives restituent lentement cette énergie durant la journée ce qui écrête les charges et permet de gérer le confort thermique avec uniquement l’air neuf traité

Le chargement des dalles est effectué la nuit lorsque l’électricité est peu chère. Toutes les pompes sont à haute efficacité énergétique et de type VSD.

Dalles actives – TABS


Méthodologie de management de

l’efficacité énergétique


Définition de la Garantie de Performance Energétique:− Cible: 60,3kWh/m²/an tous usages

− 10% d’ajustement potentiel de reference accepté

− Si 5kWh/m²/an de dépassement: 10% des honoraires


− …


Responsabilités: Erreurs de conception, d’analyse des documents d’EXE, erreurs dans l’analyse des offres, erreurs dans les verifications chantier

Facteurs d’ajustements: Variations climatiques, nombre d’occupants, points de fonctionnements des systèmes, densité d’équipements informatiques



Nous avons identifié 3 types de risques pouvant se propager:

− Technique

− Méthodologie / procédure

− Montage du projet


Esquisse/

ConceptAPS APD

PRO/

DCE/

ACT

Chantier

Commissioning

M&VAOR

Ecart



Montage du projet:− Un MOA porteur du concept (futur utilisateur)

− Un AMO général (assure également la supervision du chantier)

− Un AMO efficacité énergétique indépendant

− Un Local Design Institute (MOE obligatoire)

− Une entreprise pour le gros oeuvre, second oeuvre, CFO/CFA

− Une entreprise pour le CVC et la GTB (dialogue compétitif)


Méthodologie:− Démarche similaire à un commissioning dès la phase conception

− Intégration du point de vue exploitation durant la conception

− Intégration des besoins pour appliquer l’IPMVP dans la conception du système de suivi

− SED au coeur de la definition de la référence, de la maitrise des incertitude, de la definition des logiques de regulation et des dimensionnements



Technique:− Modélisation avancée du bâtiment et de ses systèmes, notamment pour

prendre en compte le rôle central de l’inertie

− Mission de dimensionnement de tous les dispositifs d’efficacité énergétique


Heating and cooling loads: Comparison between current occupancy projection and

preliminary design assumptions

0.0

10000.0

20000.0

30000.0

40000.0

50000.0

60000.0

70000.0

Reference (COWI's assumptions) 53 occupants

kW

h

Heating loads

Cooling loads

Sum of the loads

Heating and cooling loads: Comparison between mid-term occupancy projection and

preliminary design assumptions

0.0

10000.0

20000.0

30000.0

40000.0

50000.0

60000.0

70000.0

Reference (COWI's assumptions) 70 ocupants

kW

h

Heating loads

Cooling loads

Sum of the loads

Concept Concept

-9,6% -4%

Net Present Value Inflation rate 1%

-192000

-190000

-188000

-186000

-184000

-182000

-180000

-178000

-176000

-174000

15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

Insulation thickness

RM

B

NPV 25 years

Energy consumption prediction as a function of office equipment density

0.0

10000.0

20000.0

30000.0

40000.0

50000.0

60000.0

70000.0

80000.0

heating cooling ventilation lighting office equipment total

kW

h/y

ear

50W/computer

75W/computer

100W/computer

125W/computer

150W/computer



Technique:− Modélisation avancée du bâtiment et de ses systèmes, notamment pour

prendre en compte le rôle central de l’inertie

− Mission de dimensionnement de tous les dispositifs d’efficacité énergétique




Technique:− Définition de la logique de regulation et du compromis entre sophistication et

reel besoin de l’usager pour la GTB

− Définition du plan de monitoring pour pouvoir précisément adjuster le modèle de référence





Chantier:

−Gestion des modifications

−Registre des problèmes

−Checklist des dispositifs d’économie d’énergie

−Présence continue du MOA et de son AMO

−Présence hebdomadaire de l’AMO efficacité énergétique

−Contrôle qualité des produits reçus

−Contrôle qualité de la mise en oeuvre (en particulier les TABS)

Commissioning


East/South and Roof windows (5H-

14Ar-5HE)

Test values Velux values June 2011

Velux values May 2012

Simulation values

U-factor 1.38 1.3 1.5 1.3

SHGC 0.49 0.29 0.37 0.36

VLT 0.7 0.62 0.46 0.7

West/North windows (33.2F-

12Ar-5HE)

Test values Velux values June 2011

Velux values May 2012

Simulation values

U-factor 1.53 1.3 1.4 1.3

SHGC 0.57 0.29 0.57 0.36

VLT 0.75 0.62 0.75 0.7

Commissioning


LocationCx

sensor (ppm)

BMS sensor (ppm)

Occupancy (Y/N)

Sensor rating

Comment

Training room F1 478 580 N -Non-

compliant

CIC manager office F1

551 428 Y -Non-

compliantMeeting room 1 F1 518 522 N ++ GoodMeeting room 2 F1 572 506 Y + Compliant

Marketing office F1 546 433 Y -Non-

compliant

CIC office space F1 530 443 Y -Non-

compliantHR department F2 522 472 N ++ Good

Financial department F2

530 465 Y + Compliant

Marketing office F2 546 438 N -Non-

compliant

IT department F2 559 440 Y -Non-

compliant

Server room F2 600 495 N -Non-

compliantCEO office F2 555 561 N ++ Good

Technical room F-1 575 528 N ++ Good

LocationCx

sensor (°C)

BMS sensor (°C)

VAV box sensor (°C)

VAV opening fraction

(%)

BMS sensor rating

Training room F1

24.9 22.9 24.2 100% -

Meeting room 2 F1

21.6 21.6 20.1 63% +

Marketing office F1

23.6 23.3 22.5 27% ++

CIC office space F1

23.3 22.5 22.4 28.4% ++

HR department

F223.6 23.1 22.4 33.7% ++

CEO office F2

23.6 22.6 21.7 100% ++

Technical room F-1

24.6 25.2 25 0% ++

Commissioning

Principaux problèmes fonctionnels:

−Condensation en été: Température de l’eau froide délivrée par la PAC géothermique trop basse et la condition de démarrage du groupe froid programmée dans la GTB était erronnée

−Surchauffe hivernale: la temperature de l’eau chaude délivrée par la PAC géothermique trop élevée et le temps de réponse des unitéscompresseur a été rallongé

Les fonctions d’automatisation de la GTB ne sont pas conformes aux promesses mais:

−La clef est de trouver les bons points de fonctionnement et de constater les profils réels des charges thermiques

−Les données de fonctionnement sont disponibles et permettent de comprendre les installations


PAC géothermique

0

5

10

15

20

25

30

0h 1h 2h 3h 4h 5h 6h 7h 8h 9h10h11h12h13h14h15h16h17h18h19h20h21h22h23h

°C

Time

GSHP source loop temperature

GEO-SP GEO-RT

-1

0

1

2

3

4

5

6

7

0

h

1

h

2

h

3

h

4

h

5

h

6

h

7

h

8

h

9

h

1

0

h

1

1

h

1

2

h

1

3

h

1

4

h

1

5

h

1

6

h

1

7

h

1

8

h

1

9

h

2

0

h

2

1

h

2

2

h

2

3

h

°C

Time

GSHP source side loop temperature difference

Nuit: Delta T = 5°C

Jour: Delta T = 2,5°C

Conforme au paramétrage GTB

TABS demande plus de capacité froid que la CTA comme simulé

Pas de problème identifié

Eté: côté source

CTA et groupe froid

Soufflage d’air à 17°C

Air repris ~ Text

La PAC géothermique fonctionne pour le rafraichissement d’air mais la déshumidification n’est pas opérationnelle. Le groupe froid en toiture ne démarre pas tel qu’il le devrait car son démarrage programmé est

lié au taux de charge partiel de la PAC. Les occupants se sont mis à ouvrir les fenêtres ce qui a empiré le problème et a impliqué une ouverture à 100% des VAV box. Il a été recommandé de modifier la température de l’eau froide et le temps de charge des TABS, de modifier le programme de fonctionnement du groupe froid, de

faire un travail de sensibilisation aux occupants quant à l’ouverture des fenêtres

Logique de régulation revue du groupe froid: Pendant la journée démarrage si l’humidité relative reprise >60%, Pendant la nuit démarage si la température de rosée proche du sol atteint la consigne

Eté

Soufflage d’air à 100% d’humidité

Air repris ~ HRext

Eclairage

Les mesures de niveau d’éclairement sont bonnes

Des sondes de luminosité défaillantes ont été identifiées et remplacées

Beaucoup d’ajustements sur site pour une regulation optimum

Ajustement particulier pour la sale show room


GTB

Revue de la programmation dansune certaine mesure pour que les problemes fonctionnels soientrésolus

Ajustement des saisons pour maximiser l’usage de la ventilation naturelle

Bons paramétrage des équipements CVC et révision à la baisse des ambitions en termesd’automatisation

Mise à jour du manueld’exploitation


Suivi des performances (M&V)


Analyse de la quantité et qualitédes données disponibles:

M&V 1: HVAC (7%), indoor environment (14%)






Analyse de la qualité de l’environnement intérieur:

16

18

20

22

24

26

28

30

32

34

36

38

40

42

8/4

8/5

8/6

8/7

8/8

8/9

8/10

°C

Indoor air temperature from 08/04 to 08/10 C1

C2

C3

C4

C5

C6

C7

C8

C9

C10

C11

C12

C13

Outdoor airTemp



Analyse du fonctionnement des systèmes:

Par rapport à la phase Cx, nous voyons un fonctionnementcorrect avec contrôle de l’humidité strict sur uneconsigne à 60% par le groupe froid en été



Analyse des consommations:Baseline yearly electricity

consumption (kWh/m²/year)

Metered yearly electricity consumption

(kWh/m²/year)63.2 56.6

Ajustement de la base de référence par STD:

- Serveur

- Occupation

- Climat

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