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« Nouveaux matériaux pour la thermoélectricité » Paris, 1er juillet 20081
Consommations d’énergie dans l’habitat et enjeux du Grenelle
Jean-Pierre TRAISNELCNRS, UMR AUS 7136
IFU, 4 rue Nobel, 77420 Champs sur [email protected]
« Nouveaux matériaux pour la thermoélectricité » Paris, 1er juillet 20082
Sommaire
• 1. Consommations d’énergie dans le parc résidentiel
• 2. Objectifs du Grenelle (neuf) : BBC, BEPOS
• 3. Packs de solutions dans le neuf• 4. Perspectives technologiques (neuf,
réhabilitation) et facteur 4
« Nouveaux matériaux pour la thermoélectricité » Paris, 1er juillet 20083
Facteur 4 : rupture avec la logique de production et de consommation énergétique actuelle
Secteur du bâtiment (données 2003)• 43% de la consommation finale française
(550 TWh résidentiel + 250 TWh Tertiaire)
• 25% des émissions de CO2 (85 Mt résidentiel + 35 Mt tertiaire).
Secteur des transports (données 2003)• 30% de la consommation finale française• 40% des émissions de CO2
Organisation spatiale (bâtiment + transports) : 2/3 des émissions de CO2,
3/4 des consommations d’énergie
« Nouveaux matériaux pour la thermoélectricité » Paris, 1er juillet 20084
Consommations totales (en énergie finale) du secteur: 215 TWh en 2001, dont plus de 50% pour le chauffage, 26% pour l’électricité spécifique et 5% pour la climatisation (ce poste représente une consommation annuelle moyenne de 30 kWh/m2 pour les bureaux ).
Postes de consommation d’énergie dans le tertiaire
Source: ADEME (2005), ENERGIE et SECTEUR DES BATIMENTS, Parcs et Consommations
Consommations énergétiques par usage du secteur tertiaire (TWh, 2001)
0
10
20
30
40
50
60
Commerce
s
Bureau
xEns
eigne
ment
Santé,
actio
n soc
iale
Sports
, loisir
s
CAHORE
Habita
t commun
autai
reTrans
ports
Climatisation
Electricité spécifique
Cuisson
ECS
Chauffage
« Nouveaux matériaux pour la thermoélectricité » Paris, 1er juillet 20085
Evolution des consommations d'énergie (TWh/an)(2000-2020: données CEREN)
0
100
200
300
400
500
1970 1980 1990 2000 2010 2020 2030
Scénario H2, CDPChauffageECSCuissonElectricité spécif
Postes de consommation d’énergie dans le parc de logements
Projection tendancielle 2020 d’après données du CERENRépartition des énergies de chauffage en 2000 : fioul 27%, gaz 34%, électricité 11%, bois 22%, GPL et CMS 6%
« Nouveaux matériaux pour la thermoélectricité » Paris, 1er juillet 20086
Consommations d'éléctricité spécifique, Répartition (1999)
24,9%
15,4%
3,8%
5,8%5,4%
5,4%
39,4%
froid domestique
éclairage
sèche linge
TV
Lave linge
Lave vaisselle
Divers (dont auxil. chauf.)
Total : environ 60 TWh en 1999, pour 24,7 Millions de résidences principales, d’une surface moyenne de 90 m2 (soit 2.200 Mm2)
Consommation d’élect. spécifique dans le parc de logements
Source : DGEMP, Observatoire de l’Energie, 2004.
« Nouveaux matériaux pour la thermoélectricité » Paris, 1er juillet 20087
Consommations d'énergie
0
100
200
300
400
500
Bâtiments<75 Bâtiments neufs Cibles F4 surl'énergie
Label Passiv Haus
(kW
h/m
2/an
) Electricité (kWh/m2/an)
ECS (kWh/m²/an)
Chauffage (kWh/m²/an)
Objectifs de réduction des consommations unitaires d’énergie
En kWh/m2/an d’énergie finale, d’après Constructif, novembre 2004Cibles F4 sur l’énergie : basées sur la consommation moyenne du parc en 2001Passiv Haus à 15 kWh/m2/an de besoins de chauffage (énergie utile).
Moyenne du parc en 2001:
(en kWh/m2/an)
Chauffage : 180
ECS : 28
Elec spéc : 12
Cuisson : 7
Total: 237
« Nouveaux matériaux pour la thermoélectricité » Paris, 1er juillet 20088
Minergie P ou Passiv Haus
Minergie®-S (Standard)
Conception architecturale
Forme, orientation, répartition des vitrages optimisée, ITECompensation (volume double hauteur) de l’effet « thermos »
Enveloppe opaque Umurs < 0.12 W/m²K (20-35 centimètres d'isolation)
Vitrages U < 0.75 W/m²Kvitrage triple à basse émissivité
Equipements ventilation
Chauffage * ECS
« Aération douce » en cascade pour limiter les débitsVMC double flux avec taux de récupération > 80% exigé, puits canadienPuissance, inférieure à 10 W/m2 * ECS: PAC sur l’air extrait
Exigences et exemples de solutions
(document Minergie)
(document Minergie)
« Nouveaux matériaux pour la thermoélectricité » Paris, 1er juillet 20089
Performances du Neuf « Grenelle »
• Niveau RT 2005 (chauffage et production d’eau chaude sanitaire) : Cepmax = 80 à 250 kWhep/m2shon/an selon l’énergie (fossile ou électricité) et la zone climatique
(BBC: effort F4 sur les consommations du neuf en énergie primaire)
• Programme de rupture technologique visant :– En 2012:
• 100% des logements neufs en BBC– En 2020:
• 100% des logements neufs en BEPOS (bâtiment à énergie positive)
BBC bâtiment basse consommation: Cep = 50 kWhep/m2 SHON en moyenne en France pour le logement neuf
(chauffage, ECS, climatisation, ventilation, auxiliaires, éclairage)
« Nouveaux matériaux pour la thermoélectricité » Paris, 1er juillet 200810
Définitions BBC et BEPOS (2012…)
• Deux labels BBC :– un BBC minimum à 50 x
(a+b) kWh-ep/m² pour les bâtiments sans compensation PV,
– un BBC avec compensation PV, fixant une limite avant compensation de 60 à 65 x (a+b) kWh-ep/m²
• BEPOS : BBC minimum et compensation totale par production électrique
Coefficients a et b: fonction des zones climatiques, corrigés des altitudes. La compensation PV s’exprime en énergie primaire
« Nouveaux matériaux pour la thermoélectricité » Paris, 1er juillet 200811
SOLUTIONS NEUVES MI GAZ
0
20
40
60
80
100
120
H1 H2 H3 H1 H2 H3 H1 H2 H3
kWh(
ep) /
m² /
an
conso primaire éclairageconso primaire ventilconso primaire auxconso primaire ECSconso primaire chauffage
RT 2005 THPE BBC
Vers le BBC : niveaux de consommations chauffage et ECS (avant solaire) équivalents
THPE et BBC: 50% des besoins ECS par solaire thermique, ou solution thermodynamiqueEffet Joule exclus en raison de la conversion finale >>>primaire avec le coefficient de 2,58Ici, pas de besoins de climatisation (valorisation de l’approche bioclimatique).Source: Etude CLIP « Habitat facteur 4 » en cours, CNRS-Energies Demain-EDF-GDF.
« Nouveaux matériaux pour la thermoélectricité » Paris, 1er juillet 200812
Quelques technologies de demain
• La cogénération solaire (PV+solaire thermique)• Autour de l’enveloppe
– Les super-isolants, isolants sous vide– Les isolants adaptatifs (protection au froid + captation solaire)– Les matériaux à changement de phase (stocker l’énergie, améliorer
le confort été et hiver, en restituant de l’inertie thermique)– Les vitrages actifs et sélectifs : isolants, producteur d’énergie avec
intégration de cellules PV...– Protections solaires et production d’énergie
EVALON V - Solar : membrane d'étanchéité synthétique pour toitures-terrasses sur laquelle sont intégrés en usine des modules photovoltaïques souples.20 à 23 m2 = puissance photovoltaïque de 1 kWc.
« Nouveaux matériaux pour la thermoélectricité » Paris, 1er juillet 200813
Et pour le bâtiment existant ? (le mur-manteau)
Deux familles de solutions : 1. ITE (isolation thermique par l’extérieur)
Exemple LOGIREP, La Demeure des Carrières, Fontenay-sous-Bois (Val-de-Marne), technologie BASF
Exemple BerlinFaçade: 14 cm avec reconstruction du stucCave: 20 cm Mineralwolle (WLG35)Toit : 24 cm Mineralwolle (WLG 35)Triple vitragePompe à Chaleur 39 kWVMC double flux
Source: Logirep
« Nouveaux matériaux pour la thermoélectricité » Paris, 1er juillet 200814
Et pour le bâtiment existant ?
Deux familles de solutions : 2. ITI (isolation thermique par l’intérieur)
Inconvénients:
- Perte d’inertie thermique
- Diminution de la surface habitable (épaisseurs d’isolants de 10 à 15 cm)
- Difficulté de traiter les ponts thermiques (points de condensation de l’humidité)
- Travaux intrusifs + nécessité de revoir la distribution électricité + chauffage
Matériaux à changement de phase?
Approche du confort localisé ?
Vêtements individuels plutôt que mur-manteau?
« Nouveaux matériaux pour la thermoélectricité » Paris, 1er juillet 200815
Impacts des scenarios (chgt syst + neuf) sur les émissionsde CO2 dues au chauffage
0
2 000
4 000
6 000
8 000
10 000
12 000
14 000
16 000
18 000
20 000
22 000
24 000
26 000
SCENARIO(ext) ELEC /bois et gaz
SCENARIO(ext) BOIS /GAZ / élec
SCENARIO(ext) BOIS /ELEC / gaz
SCENARIO(ext) GAZ /BOIS / élec
SCENARIO(trend) ELEC /
bois et gaz
SCENARIO(trend) BOIS /
GAZ / élec
SCENARIO(trend) BOIS /
ELEC / gaz
SCENARIO(trend) GAZ /BOIS / élec
kt d
e C
O2
élec appointpoële boisboisPACElecgazchauff urb
FACTEUR 4 sur le chauffage
Réhabilitation du parc antérieur à 2005: moyenne à 60 kWh/m2 en besoins de chauffage (énergie utile)Convention électricité pour le chauffage: inchangée, à 180 gCO2/kWhConvention pour le chauffage urbain existant : 200 gCO2/kWh (avant conversion possible à la biomasse)Source: Etude CLIP « Habitat facteur 4 » en cours CNRS-Energies Demain-EDF-GDF.
De multiples solutions à cumuler pour obtenir le F4 en 2050 (ici, sur le poste chauffage)
Conso 2005 Bois = 75 TWhElec = 45 TWh
Conso max 2035Bois = 90 TWhElec = 71 TWh
« Nouveaux matériaux pour la thermoélectricité » Paris, 1er juillet 200816
Evolution des contenus CO2 du kWh moyen de chauffage
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
situat° 2005
SCENARIO (ext) ELEC / bois etgaz
SCENARIO (ext) BOIS / GAZ /élec
SCENARIO (ext) BOIS / ELEC /gaz
SCENARIO (ext) GAZ / BOIS /élec
SCENARIO (trend) ELEC / boiset gaz
SCENARIO (trend) BOIS / GAZ/ élec
SCENARIO (trend) BOIS /ELEC / gaz
SCENARIO (trend) GAZ / BOIS/ élec
g CO2 / kWh de chauffage (moyenne du parc)
L’objectif de 60 kWh / m² en besoin de chauffage (moyenne pour le stock) semble être une cible à conserver pour les scénarios tendanciels.
(Source: Etude Habitat Facteur 4 en cours, CNRS-Energies Demain-EDF-GDF)
« Nouveaux matériaux pour la thermoélectricité » Paris, 1er juillet 200817
Conclusion: de multiples solutions à cumuler pour obtenir le F4 en 2050
• Comment obtenir le facteur 4 dans un parc de RP à faible taux de renouvellement ? (stock de 25 M, flux annuel de 0,4 M neuf et 0,05 M sorties)
• Sur l’ensemble des postes de consommations?– Eau chaude sanitaire, difficulté de réduire les
besoins…– Electricité spécifique, au-delà des lampes basses
consommations…– Demande de confort d’été en augmentation dans le
contexte de l’habitat hyper isolé et du réchauffement climatique (demande de systèmes réversibles)
« Nouveaux matériaux pour la thermoélectricité » Paris, 1er juillet 200818
Références bibliographiques
• Publications du CLIP: Habitat et développement durable, Cahiers 13 et 16 www.iddri.org/iddri/telecharge/cahier-du-clip/clip_13.pdf)
• Habitat-transport : recherche ETHEL, cf. http://ethel.ish-lyon.cnrs.fr (rapports R1, R2 et R3)