Performance énergétique et réglementation - ARCAD / … · Voie des bâtiments neufs Route du...

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Centre d'Etudes Techniques de l'Equipementde l'Ouest

Performance énergétique et réglementation

Sihem TASCA-GUERNOUTI

CETE de l’ouest

Rencontre ARCAD

Simulation thermique dynamique

23 mars 2012

2Initiation EEB

Les objectifs

• Préserver l‟environnement

Réduire les émissions de gaz à effet de serre

Maîtriser les consommations énergétiques

• Préserver la qualité des bâtiments

Garantir les conditions sanitaires

Améliorer le confort, l’accessibilité et la sécurité

Valoriser le patrimoine bâti

• Garantir la cohésion sociale

Maîtriser les loyers et les charges

Maintenir et créer des emplois

Favoriser la compétitivité économique

Politiques énergétiques en bâtiment

3

Les dates clés en France et en Europe

• 2000 : Plan national de lutte contre le changement climatique

• 2002 : Directive européenne sur la performance énergétique des

bâtiments

• 2003 : Stratégie Nationale de Développement Durable 2003-2008

actualisée

• 2004 : Plan climat 2004-2012 (actualisé en 2006)

• 2005 : Loi de programme fixant les orientations de la politique

énergétique

• 2007 : Sommet de mars « Triple 20 en 2020 »

Réduire de 20 % les émissions de CO2

Réduire de 20 % les consommations d’énergie (9,5 % par rapport à 2005)

Produire 20 % d’énergie finale à partir des énergies renouvelables (7 % en

2005)


4

Les dates clés en France et en Europe

• Synthèse des dispositifs réglementaires

Grenelle de

l’Environnement

2007

RT

2010/2012/2015

Loi d’orientation

post-Grenelle

Dispositifs pour

le bâtiment

existant


5

Les dates clés de la RT en France

• 1955-1958 : Premières règles de construction

• 1969 : Réforme (contrôle a posteriori des exigences)

• 1974 : Prise en compte des déperditions du local

• 1982 : Prise en compte des besoins de chauffage

• 1988 : Consommation eau chaude sanitaire + chauffage

• RT2000 : Performance énergétique chauffage + eau chaude

sanitaire + éclairage

• RT2005 : Performance énergétique des bâtiments neufs

• RT Globale et Eléments : Performance énergétique des bâtiments

existants

• RT2012 : Performances bioclimatiques et énergétiques des

bâtiments neufs


6

Les moyens, en trois mots


Réglementer

• Les réglementations thermiques (RT)

• Les études de faisabilité des approvisionnements en énergie

Sensibiliser

• Le diagnostic de performance énergétique (DPE)

Inciter

• Les certificats d’économie d’énergie (CEE)

• Les bonus de coefficient d’occupation des sols (COS)

• Les avantages fiscaux

• Les aides financières

7

Les moyens, synthèse

Inciter

Sensibiliser

Réglementer

• Études de faisabilité

• RT 2005• RT 2012

• Études de faisabilité

• RT existant

• DPE vente• DPE location

• Labels• Bonus de COS• Aides financières• CEE

• Bonus de COS• Aides financières• CEE

• DPEconstruction

Construction

Bâtiments existantsBâtiments neufs

Vente ou locationTravaux


8

Les moyens : dispositifs réglementaires

• Bâtiments existants : RT existant

• Bâtiments neufs : RT 2005 – RT2012

• Faisabilité d‟approvisionnement en énergies

• Les labels


9


• Vers le facteur 4

RT2000

RT2005RT2012

Voie des bâtiments neufs

Route du parc existant

RTExistant


10

L‟énergie finale (kWhEF) est la quantité d‟énergie disponible pour l‟utilisateur final.

L‟énergie primaire (kWhEP) est la consommation nécessaire à la production de cette énergie finale.

Par convention, du fait des pertes liées à la production, la transformation, le transport et le stockage :

1 kWhEF 2,58 kWhEP

pour l'électricité

1 kWhEF 1 kWhEP

pour les autres énergies (gaz, réseaux de

chaleur, bois, etc.)

L’unité de la RT


11


• RT existant : Les grands principes

o A quel moment de la vie d’un bâtiment ?

– A l’occasion de travaux de rénovation, de remplacement ou

d’installation dans un bâtiment existant

o Objectifs généraux

– Améliorer la performance énergétique du bâtiment

– Limiter l’utilisation de la climatisation et maintenir le niveau de

confort d’été

– Ne pas dégrader le bâti


12


• RT existant : 2 volets


13


• RT existant : quelle RT appliquer ?

Calcul du coût des travaux

o Travaux de réhabilitation thermique portant sur :

– l’enveloppe,

– les installations de chauffage,

– les installations de production d’eau chaude sanitaire,

– les installations de refroidissement,

– les installations de ventilation et d’éclairage …

o Exemples de travaux à prendre en compte

– Travaux induits (peinture, plâtrerie … suite aux travaux d’isolation)

– Réfection de l’étanchéité de toitures-terrasses, de la couverture de toiture, remplacement ou installation de protections solaires, création de murs sur l’extérieur, etc.


14


• RT existant : quelle RT appliquer ?

Calcul du coût des travaux

o Coût de construction fixé par arrêté (20 décembre 2007 relatif au coût

de la construction) et révisé chaque année au 1er janvier en fonction de

la variation annuelle de l’indice du coût de la construction appréciée entre

la valeur du deuxième trimestre de l’année N-2 et la valeur du deuxième

trimestre de l’année N-1 (source: rt-batiment.fr).

– Résidentiel 1502 € HT/m² de SHON (au 1 janvier 2012)

– Non résidentiel 12852 € HT/m² de SHON (au 1 janvier 2012)

o Date pour l’estimation des coûts des travaux

Avant le dépôt du permis de construire ou de déclaration des travaux

A défaut, avant l’acceptation des marchés


15


• RT existant « globale » : Les principes

Les principes sont similaires à la RT2005

o Une exigence globale portant sur la consommation du bâtiment

après travaux

o Une exigence portant sur le confort d’été après travaux

o Des caractéristiques thermiques minimales

Des exigences proches de celles de la RT2005


16


RT existant « globale » : Les exigences (1/3)

1. Cep du bâtiment inférieure ou égale à la consommation

de référence

– Niveau de référence et règles de calcul définies par arrêté

(méthode de calcul Th-CE ex)

2. Consommation maximale

– Pour les bâtiments résidentiels : consommation conventionnelle

d’énergie pour le chauffage, le refroidissement et la production

d’eau chaude sanitaire inférieure ou égale à un coefficient maximal

Cepmax

– Pour les bâtiments non résidentiels : Cep après travaux

(Cepprojet) inférieure de 30 % à Cep avant travaux (Cepinitial)


17


• RT existant « globale » : Les exigences (2/3)

Consommation maximale Cepmax pour le chauffage, le

refroidissement et la production d’eau chaude sanitaire en résidentiel

Énergies de chauffage

11580H3

145110H2

165130H1

Chauffage électrique

(dont pompes à

chaleur) ou réseau de

chaleur

Combustibles

fossiles ou bois

Zones

climatiques


18


• RT existant « globale » : Les exigences (3/3)

3. Confort d‟été

Tic inférieure ou égale à la température intérieure

conventionnelle de référence Tic-réf

4. Caractéristiques thermiques minimales

Respect de toutes les caractéristiques thermiques

minimales réglementaires : limite au principe de

compensation


19


• RT existant « élément par élément » : Des objectifs

spécifiques :

o Faire évoluer l’offre de produits vers la performance

o Sensibiliser les particuliers, les installateurs à l’amélioration de la

performance énergétique


20


• RT existant « élément par élément » : Les principes

Tous les bâtiments existants non soumis à la RT existant

« globale »

o En cas de remplacement ou d‟installation :

– de composants

– d’ouvrages

– d’équipements

o Exigence de moyens portant sur :

– la performance de l’élément installé

– ses conditions d’installation


21


• RT 2005 : Champ d‟application

o Les bâtiments visés :

– Tous les bâtiments neufs

– Les parties nouvelles de bâtiment

– Date de référence pour application : dépôt de demande du PC

o Les bâtiments exclus :

– Les bâtiments dont l’usage nécessite une température

d’utilisation inférieure à 12 C

– Les construction provisoires

– Les bâtiments d’élevage ou d’utilisation spécifique


22


• RT 2005 : les orientations

o Renforcement des exigences sur le bâti et les équipements

o Introduction des énergies renouvelables dans les systèmes de référence

o Coup de pouce à la conception bioclimatique

o Prise en compte des consommations de refroidissement et d’éclairage

o Respect d’un maximum de consommation énergétique

o Présentation d’un justificatif standardisé par le maître d’ouvrage


23


• RT 2005 : Exigences à respecter

Consommation d’énergie primaire

Celle du projet (Cep) doit être inférieure ou égale à celle d’un bâtiment de référence respectant toutes les exigences de la RT (Cepref)

Confort d’été

Vitrages, protections, orientations doivent permettre de garantir une température intérieure conventionnelle (Tic) inférieure ou égale à la température intérieure conventionnelle de référence (Tic-ref)

Caractéristiques thermiques minimales

Limite au principe de compensation : matériaux et systèmes doivent répondre à des normes minimales (gardes-fous)


24


• RT 2005 : Le principe général

o Le projet est comparé à un bâtiment « de référence »

o Le bâtiment de référence est le jumeau du projet :

– même géométrie

– mais les caractéristiques thermiques de ses composants sont

fixées à une valeur de référence définie réglementairement

o La consommation d’énergie du projet doit être inférieure à celle du bâtiment de référence

Le projet

Le même

bâtiment avec

les prestations

de référenceConsommation d’énergie


25



Conforme

Le projet consomme moins que

le projet de référence


26

Non conforme

Le projet consomme plus que le

projet de référence




27


• RT 2005 : Consommation d‟énergie primaire

o Coefficient Cep

Consommations en énergie primaire

• Chauffage

• Refroidissement

• Production d’eau chaude sanitaire

• Auxiliaires de ventilation

• Auxiliaires de chauffage et d’eau chaude sanitaire

• Éclairage

Production d’électricité à demeure

o Règles de calcul Th-CE annexées à l’arrêté du 24 mai 2006


28


• RT 2005 : Consommation maximales

Consommation maximale Cepmax pour chauffage, refroidissement

et production d’eau chaude sanitaire en résidentiel (en

kWhep/m²/an)

Énergies de chauffage

13080H3

190110H2

250130H1

Chauffage

électrique (dont

pompes à chaleur)

Combustibles

fossiles sauf

bois

Zones

climatiques


29


• RT 2005 : Deux options possibles

o Appliquer une solution technique (ST)

– Solutions garantissant le respect de tout ou partie d’exigences

réglementaires

– Exemples : ST Confort d’été, ST Maison individuelle …

o Faire réaliser une étude thermique

– Calcul réalisé par un bureau d’études thermiques

– Utilisation de logiciels évalués par le centre scientifique et

technique du bâtiment

– Mise à disposition d’une synthèse d’étude thermique

standardisée


30

Les moyens : le Grenelle de l’Environnement

• Bâtiments neufs : vers des BEPOS

o Évolution de la réglementation thermique

– 2012 : 50 kWhep/m²/an

– 2020 : Bâtiments à énergie positive

o Anticipation dès 2010 pour :

– Bâtiments publics et bâtiments tertiaires

– Logements sociaux neufs dans le cadre de l’ANRU


31

Les moyens: dispositifs réglementaires

• De la RT 2005 à la RT 2012

Évolution de la consommation d'énergie primaire en construction neuve

résidentielle collective

Parc actuel RT 2005 Label HPE Label THPE RT 2012

0

50

100

150

200

250

300

Co

nso

mm

ati

on

en

kW

hE

P/(

m².

an

)

Valeur moyenne tout combustible sur les 5 usages

Cepmax

en zone H2, combustibles fossiles sur 3 usages

Cepmax

en zone H2, électricité sur 3 usages


32


• RT 2012 : dates d‟application

o 28 octobre 2011

– Bureaux

– Bâtiments d'enseignement primaire et secondaire (jour/nuit)

– Établissements d'accueil de la petite enfance

o 1 mars 2012 (Décret n 2012-111 du 27 janvier 2012)

– Bâtiments à usage d'habitation (maisons individuelles ou accolées, logements collectifs, cités universitaires, foyers de jeunes travailleurs)situés en zone ANRU

o 1er janvier 2013 pour les bâtiments à usage d’habitation hors zone ANRU

o Un 2ème décret concernera les autres bâtiments tertiaires: Date d'application avant le 1er janvier 2013

– Commerces, restauration, résidences pour personnes âgées ou dépendantes, hôpitaux, hôtels, établissements sportifs, ...


33


• RT 2012 : orientations

o Une généralisation dans le neuf des bâtiments basse consommation : diviser

au moins par 2 les consommations par rapport à la RT 2005

o Une exigence sur l'efficacité globale du bâti portant à fois sur les besoins de

chauffage, de refroidissement et d'éclairage (construction bioclimatique)

o Une modulation de l’exigence de consommation (Cepmax) en fonction des

émissions de GES

o Le recours aux énergies renouvelables en maison individuelle

o Une réglementation plus lisible : exigences exprimées en valeur absolue

o Une réglementation performantielle, centrée sur la performance énergétique

globale du bâtiment

o Exigences de moyens limitées et visant à l'amélioration des pratiques. Ex :

obligation de traitement de l'étanchéité à l'air du bâtiment en maisons

individuelles ou accolées et logement collectif


34


• RT 2012 : les exigences en bref

o Trois exigences de performance énergétique

1- Besoin Bioclimatique conventionnel Bbio

Bbio ≤ Bbiomax

2- Consommation conventionnelle d'énergie Cep

Cep ≤ Cepmax

3- Confort d‟été

Tic ≤ Ticréf en zone CE1

o Des exigences de moyens


35


• RT 2012 : définition des surfaces

o Pourquoi définir les surfaces en RT 2012 ?

Une exigence Cep en kWhEP/(m².an) en valeur absolue

Nécessité de définir de manière fiable, adaptée et pérenne, les surfaces utilisées dans le calcul réglementaire

o SHON définie au code de l'urbanisme

Surface à considérer dans la RT 2012 à définir pour que les exigences ne soient pas impactées ultérieurement par une modification de la définition des surfaces du code de l'urbanisme

Supprimer tout ce qui ne relève pas d'une réalité physique (surfaces d'accessibilité, …)

o Définition de la SHONRT dans l'arrêté


36


• RT 2012 : SHONRT en MI et LC

Repartir de la définition de la SHON et l’adapter en

excluant les surfaces non soumises à la RT :

SHON RT= SHOB

Combles et sous-sols non aménageables ou

aménageables et non aménagés pour

l'habitation ou pour des activités à caractère

professionnel, artisanal, industriel ou

commercial

Toitures-terrasses, balcons, loggias,

vérandas non chauffées, surfaces non

closes situées au rez-de-chaussée ou à des

niveaux supérieurs

Surfaces aménagées en vue du

stationnement des véhicules

-

SHONRT = somme des surfaces de plancher de chaque niveau de la construction, après déduction des surfaces de locaux sans équipements de chauffage


37


• RT 2012 : Surfaces en MI et LC

o La surface habitable d’un logement est définie par l’article R.111-2 du code la construction et de l’habitation.

o La surface habitable d’un bâtiment est la somme des surfaces habitables des logements le constituant.


38


• RT 2012 : SHONRT pour les autres bâtiments

Bâtiments tertiaires, Foyers de jeunes travailleurs et Cités

universitaires

Multiplication de la surface utile du bâtiment par un coefficient dépendant

de l'usage

SHONRT = Coef .SURT

Usage du bâtiment (ou de la partie de bâtiment)

Coefficient multiplicateur

Bureaux 1,1

Enseignement primaire 1,1

Enseignement secondaire (partie jour) 1,2

Enseignement secondaire (partie nuit) 1,2

Établissements d'accueil de la petite enfance 1,2

Foyers de jeunes travailleurs 1,2

Cités universitaires 1,2


39


• RT 2012 : les surfaces pour les autres bâtiments

Bâtiments tertiaires, Foyers de jeunes travailleurs et Cités

universitaires

SURT : Surface de plancher construite des locaux soumis à la RT après déduction des surfaces occupées par :

– Les murs, cloisons fixes, poteaux, cages d'escalier,

– Parties des locaux inférieurs à 1,80m,

– Gaines, locaux techniques affectés au fonctionnement général du bâtiment et à occupation passagère...


40


• RT 2012 : définition des catégories CE1 et CE2

o Bâtiments de catégorie « CE2 » :

Nécessité éventuelle d’installer des systèmes actifs de refroidissement pour assurer un bon confort d’été alors que les fenêtres sont fermées

– immeubles situés en zones de bruit des aéroports ou des voies rapides

– règles de sécurité empêchant l'ouverture des fenêtres (IGH), etc.

Installation effective d'un tel système

o Tous les autres bâtiments sont dits de catégorie « CE1 ».

ET


41

Définition du besoin bioclimatique conventionnel: Bbio

• Le Bbio valorise la conception du bâti, indépendamment

des systèmes énergétiques.

• Le Bbio (en points) comprend les besoins :

o De chauffage

o De refroidissement

o D'éclairage artificiel

Un bâtiment performant n'est pas une juxtaposition de techniques performantes. C'est grâce à la conception bioclimatique que le bâtiment pourra être performant.

Méthode de calcul RT2012

42

Définition du besoin bioclimatique conventionnel: Bbio

• Bbio (en points)

Bbio = 2 x (Bchauffage + Brefroidissement) + 5 x Béclairage

• La méthode de calcul Th-BCE 2012 tient compte des

caractéristiques du bâti suivantes :

o Déperditions surfaciques et linéiques des parois opaques, déperditions par les baies

o Inertie

o Apports solaires, impact des protections solaires et de leur mode de gestion

o Scénarios d‟occupation et apports internes dus aux occupants, autres apports internes (conventionnels) apports par des dispositifs passifs non séparables du bâti (serres, vérandas)

o Infiltrations d‟air par les défauts de perméabilité de l‟enveloppe

o Déperditions par renouvellement d‟air (calculées sur une base conventionnelle)

o Accès à l‟éclairage naturel des locaux


43

Enjeux de l’approche Bbio

L'appréciation de la performance du bâtiment ne se limitera plus à la qualité isolante de l'enveloppe

Ubat remplacé par Bbio

Le projet le plus compact avec une meilleure orientation desvitrages a les besoins de chauffage et d'éclairage artificiel lesplus faibles, alors que son Ubat (dû à une surface vitrée plusimportante) est moins bon.

A SHONRT

(102,77 m²) égale et pour une même épaisseur d'isolation :

Compacité

Surface vitrée 1/6 SHAB équi-répartie 1/5 SHAB dont 50% sud

Ubat résultant 0,303 0,330

Besoin chaud 27,7 22,5

Besoin éclairage 1,77 1,65

Bbio 64,3 53,28


44


La répartition des 3 composantes du Bbio (chauffage, refroidissement, éclairage) varie selon les typologies de bâtiment

Besoin en éclairage

Besoin en chauffage

Besoin en refroidissement


45

Bbio

Rechercher un maximum d’éclairage naturel : grandes surfaces vitrées, faible profondeur du bâtiment (moins de compacité)

Besoin d'éclairage artificiel

Évacuer la chaleur par la ventilation ou l'enveloppe

Limiter les apports internes dus aux équipements électriques (éclairage)

Se protéger des apports solaires

Besoin de refroidissement

Limiter les déperditions de chaleur par l'enveloppe : compacité, isolation

Limiter les déperditions de chaleur par la ventilation : étanchéité du bâtiment, maitrise des débits

Capter les apports solaires

Besoin de chauffage



46

Les modulations du Bbiomax

• Pour tous les bâtiments

Bbiomax = Bbiomaxmoyen x (Mbgéo + Mbalt + Mbsurf)

Exigence : Bbio ≤ Bbiomax

• Modulation fonction de :

Bbiomaxmoyen : valeur moyenne du Bbiomax définie par type d‟occupation du bâtiment ou de la partie de bâtiment et par catégorie CE1/CE2

Mbgéo : coefficient de modulation selon la localisation géographique

Mbalt : coefficient de modulation selon l‟altitude

Mbsurf : pour les maisons individuelles ou accolées, coefficient de modulation selon la surface moyenne des logements

Pour les bâtiments comportant plusieurs zones, définies par leur usage, le Bbiomax du bâtiment est calculé au prorata des surfaces de chaque zone, à partir des Bbiomax des différentes zones.

Plus un logement est petit, plus le rapport entre la surface déperditive de l'enveloppe et la surface habitable augmente, et donc plus les déperditions au m² sont importantes.


47

Exemple de calcul de l’exigence du Bbiomax

• Bureau en zone H1a inférieure à 400 m, CE1

Bbiomax = Bbiomaxmoyen x (Mbgéo + Mbalt + Mbsurf )

Bbiomax = 70 x (1,1 +


Bbiomax = 70 x (1,1 + 0 + 0) = 77

48

Niveau d’exigence du Bbiomax

• Maisons individuelles ou

accolées et logements

collectifs

Catégorie CE1

Altitude ≤400m

Sans modulationde surface

72

84

72

66

60

54 48

42Bbiomax


49


• Bâtiments de bureaux

Altitude ≤400m

Catégories

CE1 ou CE2

77/140

84/140

77/140

77/140

70/140

63/140 56/168

56/168Bbiomax


50


• Bâtiments d'enseignement

secondaire (partie jour)

Altitude < 400 m

Catégorie CE1

44

56

44

44

40

36 36

32Bbiomax


51

Définition de la consommation conventionnelle d’énergie

Cep

• La consommation conventionnelle d'énergie Cep en

kWhEP/(m².an) comprend :

o Le chauffage

o Le refroidissement

o La production d‟eau chaude sanitaire

o Les auxiliaires de ventilation, de chauffage, de refroidissement et d'eau chaude sanitaire

o L'éclairage

o Déduction faite de toute la production d‟électricité à demeure

• Pour les bâtiments à usage d'habitation :

o Exigence à respecter supplémentaire : Cep avant déduction de la production d'électricité à demeure ≤ Cepmax + 12 kWhEP/(m².an)


52

Enjeux sur le Cep

• Pour les bâtiments d'habitation

En RT 2012, les consommations de chauffage sont fortement réduites par :

– La limitation des besoins (Bbio),

– L'efficacité du système de chauffage

• Le poste d'eau chaude sanitaire (ECS) devient le premier poste de consommation avant le chauffage

Impossibilité de réduire significativement les besoins d'ECS (puisage des occupants)


53

Les modulations de Cepmax

• Cas général :

Cepmax = 50 x Mctype x (Mcgéo + Mcalt + Mcsurf + McGES)

Exigence : Cep ≤ Cepmax

• Modulation en fonction de :

Mctype : coefficient de modulation selon l'usage du bâtiment ou de partie de bâtiment et sa catégorie CE1/CE2

Mcgéo : coefficient de modulation selon la localisation géographique

Mcalt : coefficient de modulation selon l‟altitude

Mcsurf : pour les maisons individuelles ou accolées et les logements collectifs, coefficient de modulation selon la surface moyenne des logements

McGES : coefficient de modulation selon les émissions de gaz à effet de serre des énergies utilisées

Pour les bâtiments comportant plusieurs zones, définies par leur usage, le Cepmax du bâtiment est calculé au prorata des surfaces de chaque zone, à partir des Cepmax des différentes zones.


54

Cas particulier du Cepmax en LC

• Une équation investissement / économies d‟énergie moins

favorable dans le logement collectif que dans la maison

individuelle

• Une filière industrielle qui doit s‟adapter (notamment

proposer des systèmes d'ECS adaptés au collectif,

performants et à coût maîtrisé)

• Pour ne pas pénaliser le logement collectif :

Augmentation temporaire de l'exigence de 7,5 kWhEP/(m².an) pour les permis de construire déposés avant le 31 décembre 2014 :


Cepmax = 57,5 x Mctype x (Mcgéo + Mcalt + Mcsurf + McGES)

55

Exemple de calcul de l'exigence du Cepmax

• Bureau en zone H1a inférieure à 400 m, CE1, alimenté

par un réseau de chaleur où le contenu en CO2 = 0,125

kg/kWh



56

Exemple de calcul de l'exigence du Cepmax

• Bureau en zone H1a inférieure à 400 m, CE1, alimenté

par un réseau de chaleur où le contenu en CO2 = 0,125

kg/kWh



57

Niveaux d'exigence du Cepmax

• Maisons individuelles ou accolées

• Logements collectifs

après le 1er janvier 2015

Catégorie CE1

Altitude ≤ 400m

Sans modulationde surface

Sans modulation GES

60

65

60

55

50

45 45

40Cepmax


58


• Bâtiments d'enseignement secondaire

Catégorie CE1

Altitude ≤ 400m

Sans modulation GES

61

66

61

55

55

50 50

44Cepmax


59


• Établissements d'accueil

de la petite enfance

Catégorie CE1

Altitude ≤ 400m

Sans modulation GES

94

102

94

94

85

85 77

77Cepmax


60


• Bâtiments de bureaux

Altitude ≤ 400m

Catégories CE1 ou CE2

Sans modulationGES

77/121

84/132

77/121

77/121

70/110

63/99 56/88

56/88Cepmax


61

Température intérieure conventionnelle: Tic

• Définition

Valeur en période d'occupation de la température opérative

• Exigence à respecter

Pour les bâtiments de catégorie CE1 :

Sur les 5 jours les plus chauds, la Tic la plus faible doit être inférieure à la Ticréf

(Dépend de l'inertie, des facteurs solaires, des modes de fonctionnement des protections mobiles (nouveauté), …etc.)

Pas d'exigence de confort d'été pour les bâtiments de catégorie CE2

• Révision du critère de confort d‟été à venir

o Définir un critère en valeur absolue

o Appuyer la logique de l‟optimisation de la conception

o Paramétrage à préciser pour définir le niveau d'exigence


62

Objectifs de la méthode de calcul conventionnel

• Se rapprocher des consommations réelles des bâtiments

Dans le cadre d'une approche conventionnelle opposable

• Intégrer le calcul des besoins bioclimatiques Bbio

• Fiabiliser la méthode de calcul et les logiciels

Calcul en valeur absolue (disparition du Cref)

• Intégrer de nouveaux composants et systèmes

• Intégrer des indicateurs "parlants"

• Éviter l'effet "boite noire" résultant du choix d'une méthode dynamique horaire


63

Schéma d’ensemble de la méthode de calcul conventionnelle

CS

TB

: GT

Applic

ate

ur R

T2012


Une « Zone » peut être séparée en différents « Groupes » si:

1. Les locaux principaux ont des évolutions de températures très différentes.

2. Les locaux ont des températures proches mais les besoins de chauffage et/ou refroidissement doivent être séparés.

64

Structuration du bâti dans la méthode de calcul conventionnelle

Il existe 4 niveaux de calcul

Le niveau « Bâtiment »

Éléments communs à tout le bâtiment (situation géographique…).

Expression des exigences: Bbio, C.

Le niveau « Zone »

Regroupement des parties de bâtiment pour lesquelles les scénarios d‟occupation sont identiques.

Le niveau « Groupe »

Calcul des températures intérieurs

Calcul des besoins: Chaud, refroidissement, éclairage

Le niveau « Local»

Affinement des apports internes de chaleur et d‟humidité


65

Bâtiment 1

Zone 1 Zone 2

Groupe 1_1

« Circulation »

Groupe 1_2

« Standard »

Groupe 2

« Standard »

Local

1_1_1

Local

1_1_2

Local

1_1_3

Local

1_2

Local

2

Le niveau « Zone » permet de définir les possibilités de ventilation traversante ou entre niveaux.

L’impact des défauts d’étanchéité est calculée à la frontière d’une zone (conventionnellement, tous les locaux sont en connexion aéraulique).

Une zone peut comporter: 1 ou plusieurs groupes « Standards »1 ou 0 groupe « Circulation ».

Méthode de calcul RT2012Structuration du bâti dans la méthode de calcul conventionnelle

66

Structuration des systèmes dans la méthode de calcul conventionnelle

Il existe 6 types de systèmes correspondant aux usages suivants:

Chauffage

Refroidissement

Ventilation

ECS

Éclairage

Production d’énergie non liée aux systèmes précédents

Satisfaction du confort des occupants


67

3 niveaux sont à distinguer pour les systèmes assurant le confort des occupants:

Émission

Satisfaire le besoin de l‟occupant (chaud, froid, débits, ECS, éclairage artificiel).

Distribution

Réseaux alimentant les émetteurs.

Génération

Alimentation énergétique des réseaux de distribution.



68

Méth

ode T

h-B

CE

2012

Le générateur peut être commun à plusieurs bâtiments. Il est défini au niveau « Projet ».

Les émetteurs sont définis au niveau « Groupe ».

Possibilité d’avoir différents émetteurs de même fonction dans un même groupe



69

Chauffage/Refroidissement

Fonction de l‟émetteur: chauffage ou refroidissement

Ratio d‟émission par rapport au groupe

Caractéristiques d‟émission et de régulation

Distribution: Réseaux primaire / secondaire caractérisés par les pertes (W/K), la température et les consommations d‟auxiliaires

Génération: Dispositifs de stockage, de génération et de composants amonts à la génération (EnR, tours de refroidissement…)

ECS

Émetteurs: Robinets, mitigeurs…

Distribution / Génération: Idem chauffage



70

Ventilation

Émetteurs: Bouches connectées aux débits (fournis/extraits)

Distribution: réseaux caractérisés par les pertes aérauliques

Générateurs: moteurs (extracteurs, CTA, etc.)

Éclairage artificiel

Émetteurs: différents systèmes d‟éclairage

Éclairage conventionnel (puissance installée identique) pour:

MI et LC

Chambres: enseignement secondaire- partie nuit, établissements sanitaires avec hébergement , FJT, Cité U, hôtels-partie nuit.

Éclairage du projet (possibilité de valoriser la régulation des systèmes et de leurs puissances)

Autres usages



71

Éclairage artificiel

Éclairages non pris en compte dans la méthode de calcul quelque soit la catégorie de bâtiment:

Éclairage extérieur

Éclairage des parkings

Éclairage de sécurité

Éclairage de mise en valeurs (objets d‟art, tables de restaurant…)



72

Il existe 2 types de données d'entrée

Les données vérifiables, connues lors de la livraison du bâtiment

– Descriptif du bâtiment et de ses équipements

– A saisir par l'utilisateur

Les données non vérifiables et donc fixées par la méthode de calcul (données conventionnelles)

– Les conditions météorologiques

– Les usages : horaires d'occupation, température de consigne, apports internes

Le calcul de la consommation d'énergie Cep est un calculconventionnel et non prédictif. Après la réception du bâtiment et en considérant les données réelles d’occupation et de conditions climatiques, la consommation effective pourra différerdu Cep calculé.

Définition de la méthode de calcul conventionnelle


73

Conditions météorologiques

o 8 zones climatiques

o Données météorologiques horaires mises à jour sur la base des mesures des 15 à 20 dernières années (stations météo disposées sur 8 départements différents)

o Facteur correctif des données météorologiques selon l‟altitude avec 3 niveaux : ≤ 400m, de 401 à 800m, > 800m

o Types de données :

– Température de l‟air

– Vitesse du vent

– Rayonnement direct normal …

Usages : scénarios d'usages affinés et redocumentés par rapport à la RT 2005

Les conventions


74

• Scénario de chauffage : horaires d‟occupation et température

de consigne associée

En maison individuelle et logement collectif, prise en compte de 3semaines de vacances dans l‟année (2 semaines en août et 1 semaineen décembre) correspondant à de l‟inoccupation (7 C pour le modechauffage)

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26

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Sur une journée de semaine

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14

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22

26

30

Sur une journée de weekend

En mode refroidissement

En mode chauffage

Température de consigne dans un logement

Exemples de scénarios conventionnels


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• Scénario d'apport interne : W/m² par heure comprenant

l‟occupation et les équipements électriques autres que

l'éclairage, en maison individuelle et logement collectif00:0

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40

80

120

160

Niveaux d'apports internes dus aux occupants sur une journée de semaine dans une maison de 90 m²

Apport

de c

hale

ur

en W

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80

160

240

320

400

480

Niveaux d'apports internes dus aux équipements ménagers sur une journée de semaine dans une maison de 90 m²



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• Scénario d'ECS : horaires et volume (l) de puisage à

40 C

Moyenne de 500 litres à 40 C/adulte/semaine

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5

10

15

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30

35

0

5

10

15

20

25

30

35

Besoins d'eau chaude sanitaire sur une journée dans une maison de 90m²

Octobre-Mars

Avril-Septembre

Be

so

in d

'ea

u c

ha

ud

e s

an

ita

ire

(e

n li

tre

s)



77

• Scénario d„éclairage

Puissance conventionnelle de 1.4W/m² pour MI et LC

Une consommation énergétique est calculée que lorsque l’éclairement naturel est insuffisant .



78

• Actions des occupants sur l'enveloppe

o Action sur les protections solaires mobiles

– Prise en compte dans le cas de sommeil, éblouissement, lutte contre la surchauffe : scénario défini selon l'usage du bâtiment

o Ouverture des fenêtres

– Prise en compte d'un scénario d'ouverture des fenêtres en été : en fonction du niveau de température intérieure en mi-saison (tout bâtiment) et en été (bâtiments non climatisés)

– Pas de prise en compte d'un scénario d'ouverture des fenêtres en hiver pour tout bâtiment



79

• Calcul au pas de temps horaire sur une année complète

CS

TB

: GT

Applic

ate

ur R

T2012

Principe de calcul


80

• Calcul au pas de temps horaire sur une année complète

• Approche orientée « objet »

• Description de chaque composant: entrées/sorties

• Structurée comme suit:

o Un cœur de calcul: Calculs annuels au pas de temps horaire pour Bbio, Cep et Tic

o Des pré-processeurs: En amont du cœur de calcul (pour alimenter les objets composants)

o Des posts-processeurs: Intégration et traitement des résultats horaires

Principe de calcul


81

• Projet décomposé en bâtiment/zone/groupe/local

• Les scénarios d‟occupation (température de consigne, présence des occupants…) sont définis au niveau d‟une zone de bâtiment

o A chaque zone correspond un usage ( Ex : dans un lycée, on peut retrouver une zone « enseignement » et une zone « restaurant »)

• Une même zone peut contenir plusieurs locaux (Ex : dans une zone « enseignement », on peut retrouver un local « salle de classes », un local « salle des professeurs » et un local « centre de documentation »)

o Les scénarios d‟apports internes (apports de chaleur, apports d‟humidité …) sont définis au niveau du local

Principe de calcul


82

Principe de calcul


Méthode de calcul ThBCE2012

83

Logiciels d’application


84

TF

E-C

AR

DO

NN

EL

: Ju

lie D

UC

HA

TE

LL

E

Modélisation RC

85

Rôle décisif de la simulation

• Evaluer les choix architecturaux:

o Besoins de chauffage/refroidissement, confort d‟été

o À toutes les phases de la conception dès l‟esquisse

• Evaluer la consommation des équipements de chauffage,

ventilation et climatisation (stratégie de contrôle et choix

énergétiques)

• Optimisation des performances énergétiques en améliorant le

confort des occupants

• Tester des composants/ concepts architecturaux/ équipements

innovants

• Fiabiliser l‟étude thermique: modèles réglementaires vs modèles

plus détaillés des outils de STD

• Outil de démonstration et d‟aide à la décision pour le maître

d‟ouvrage

86

Les objectifs du modélisateur

• Avoir recours à des outils basés sur l‟étude des performances

(modélisation physique la plus fidèle)/ en opposition au calcul

réglementaire

• Objectifs divers:

o Besoins de chauffage (optimisation de l‟enveloppe)

o Confort d‟été (Tmax, nbre heures où T>Tc)

o Consommations (rendement des systèmes)

o Ventilation et qualité de l‟air (ventilation naturelle)

o Intégration des EnR

A différent stade du projet

87

Différents types de simulation

• Confirmer les performances vis à vis des exigences réglementaires.

Calculs thermiques (CLIMAWIN: calcul

réglementaire RT 2005)

• Valider la pertinence des options de conception

Simulation thermique en régime permanent (EC-PRO: logiciel de

certification énergétique des bâtiments)

• Visualiser pour chaque zone, en fonction des besoins internes et

du temps extérieur, les échanges thermiques du

bâtiment


88

Simulation dynamique: Approches

• Objectif: déterminer le comportement thermique du bâtiment en

régime dynamique

• Problème: complexité géométrique du bâtiment

• Approche: discrétisation du bâtiment en zones et calculer des bilans

de masse et d‟énergie

• Approches diverses:

o Modélisation monozone

o Modélisation multizone

o Modélisation zonale

o Code de champs (CFD)

89

Simulation dynamique: Approches

Codes CFD Modèles multizones Modèles monozones

Raffinement du maillage et des hypothèses

Dégradation du modèle Navier-StokesBernoulli

Modèles zonaux

Global Détail

Bâtiment Pièce unique

90

Simulation dynamique: Bases

La simulation multizone

• Point de départ: un bâtiment (système constructif, équipements,

occupants)

• Description du bâtiment (zonage)

• Modélisation physique ( hypothèses: débit, humidité…,etc.)

• Systèmes d‟équations

• Résolution du problème

• Résultats

• Exploitation des résultats

Simulateur (choix du pas de temps, contrôle des équipements…etc.)

91


Définition des zones

Le découpage des zones thermiques d‟un projet est déterminé selon

l‟usage, l‟intermittence, les ambiances intérieures, la localisation, les

charges internes, la logique de contrôle (jour/nuit), etc.)

Alcyone

92


Description du bâtiment (composants)

• Parois opaques (enveloppe, parois internes)

• Vitrages

• Occultations

• Ponts thermiques

Pleaides-Comfie

93


Définition des charges (scénarios)

• Ventilation

o Externe

o Interne

• Charges internes

o Equipements

o Personnes

o Eclairages

o …

• Charges variables dans le temps

Pleaides-Comfie

94


Définition des maques solaires

• Masques lointains

o Arbres, montagnes, bâtiments, etc.

• Masques proches

o Débords de toitures, brises soleil, etc.

• Masques amovibles

o Stores, volets, etc.

Pleaides-Comfie

95


Définition des équipements

• Description des composants

o Chaudière, PAC, boucle de distribution, émetteurs, etc.

• Régulation

o Consignes besoins de chauffage/ refroidissement

( Evaluation de la puissance à fournir à chaque pas de temps pour maintenir la consigne)

96


Définition du climat extérieur

• Fichiers météorologiques annuels fournis

• Génération de fichier météorologiques

• …

Pleaides-Comfie

97

Simulation dynamique: Résultats

• Les besoins / consommations

o Totaux, par poste (chauffage, refroidissement, …)

o Avec un pas de temps (par heure, par jour, par mois…)

• Les variations des températures, d‟humidité…

o Pour chaque zone

o Pour les jours critiques de l‟année (jour le plus froid, le plus chaud)

98

Conclusions 1/2

Calcul réglementaire

• Vérification des performances / exigences réglementaires

• Calcul d‟un besoin et d‟une consommation conventionnels ( ≠

consommations réelles)

• Utilisation de différents scénarios conventionnels (charges internes,

régulation,…etc.)

• Utilisation de station météorologiques conventionnelles (8 zones

climatiques)


• Outil d‟aide à la décision simulant le comportement thermique réel du

bâtiment

• Choix de l‟outil le mieux adapté à ses besoins

o Optimisation de l‟enveloppe (évaluation des choix architecturaux, proposition de solutions bioclimatique…)

o Gestion des équipements (approcher la consommation réelle)

99

Conclusions 2/2


• Les besoins/ consommations calculés sont entachés d‟incertitudes:

o Qualités des modèles ( conduction 1D, pas de transferts aérauliques…)

o Incertitudes sur les données d‟entrées (caractéristiques matériaux, météo, occupation…)

o Transformation des données (lecture sur plan, erreur de saisie…)

o Choix de l‟outil et expertise du modélisateur

Prudence1 bâtiment + 1 outil + 10 utilisateurs

= 10 résultats différents

100

Objectifs

• Étudier les phénomènes physiques qui caractérisent le comportement thermique du bâti ancien

o Approche typologique du bâti ancieno Campagne d‟instrumentation in situ approfondie

• Élaborer un nouveau modèle de calcul

• Identifier les réels enjeux en terme de réhabilitation énergétique du bâti ancien

BATAN (2008-2011)

101

Les acteurs du projet

DGALN (Ministère du développement durable)

ADEME

CNRS – ENTPE : Laboratoire des Sciences de l‟Habitat (Coordinateur)

CETE de l‟Est

CETE de l‟Ouest

Maisons Paysannes de France

INSA de Strasbourg

Maîtrise d’ouvrage :

Maîtrise d’œuvre :

BATAN (2008-2011)

Organisation du projet

BATAN (2008-2011)

Conclusions / comportement du bâti ancien

• Mise en évidence, par les mesures in situ des propriétés suivantes :

o Consommation moyenne inférieure à celle du parc existant

o Confort d‟été

o Forte perméabilité à l‟air

o Variabilité des propriétés thermiques en fonction de l‟humidité

• Une importante base de données récoltées, à exploiter

BATAN (2008-2011)

Conclusions / modèles BATAN

• Première validation interne, effectuée dans le cadre du projet, sur un panel élargi (environ 40 logements) :

o Résultats satisfaisants pour les immeubles haussmanniens;

o Problèmes rencontrés quant aux domaines de validité des modèles (adéquation “typologie – modèle” à affiner);

o Une validation à étendre de manière plus large et exhaustive.

BATAN (2008-2011)

Retombées et perspectives

• Travail à approfondir, notamment sur :

o La caractérisation des matériaux anciens, via des mesures en laboratoire et in situ (conductivité, résistance à la vapeur d‟eau, hygroscopicité,…)

o Le comportement hygrothermique (transferts couplés) des systèmes constructifs traditionnels

o La modélisation et l‟optimisation multicritère des solutions de réhabilitation du bâti ancien

• Évolution du modèle de calcul réglementaire TH-CE ex.

BATAN (2008-2011)

Positionnement et objectifs

HUMIBATex (20012-2015)

ANR 2011- Bâtiments et Villes Durables

Organisation du projet

HUMIBATex (20012-2015)

Performance énergétique et réglementation - ARCAD / … · Voie des bâtiments neufs Route du...

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