Séminaire d'introduction Minergie "Tour de Suisse 2013": Construire et rénover pour les...
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www.minergie.ch MINERGIE® – Tour de Suisse romande 2013| Séminaire d’introduction
Enjeux et exemples dans la conception de bâtiments Minergie, Minergie - P
www.minergie.ch MINERGIE® – Tour de Suisse romande 2013| Séminaire d’introduction
Manuel Bauer
Flourentzos Flourentzou
Estia SA Parc scientifique EPFL
1015 Lausanne
Document élaboré par
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Thèmes abordés
• Enveloppe du bâtiment: isolation, ponts thermiques, fenêtres
• Aération: principes, possibilités
• Confort d’été
• Production de chaleur et Energies rénouvelables
• Evolution vers les labels Minergie-eco, Minergie-A
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C: Villa mitoyenne à Illkirch (2009)
Construction neuve Minergie-P, haute qualité de l’enveloppe
Minergie GE-005-P
Minergie VD-626
B: Maison Villageoise à Corcelles (2011)
Rénovation Minergie, énergies renouvelables
A: Ecoquartier Les Fontenettes, Carouge (2012-2016)
Construction de 7 immeubles R+8 Minergie et Minergie-P
335 logements HBM
Minergie F-67-001-P
Exemples d’application
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Enveloppe du bâtiment Isolation - ponts thermiques - fenêtres
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Le périmètre isolé, zone chauffée
(a) (b) (c)
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A. Locaux non-chauffés au rez et au sous-sol
Suppression des logias
Intégration des locaux non chauffés aux rez de chaussée
Forte pénalisation de la cage d’escaliers ouverte
B. Quelques locaux non-chauffé au sous-sol
Entrée non-chauffée hors périmètre isolé
Découpage et regroupement zones NC
Périmètre isolé claire
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Exigence primaire sur l’enveloppe
Valeur Limite Qh.li SIA 380/1 (MJ/m2)
Exemple Qh,li = 140 MJ/m2 = 100%
Qh
Besoin de Chaleur Qh (MJ/m2)
(facteur de forme de 1.3)
Neuf Rénovation
Minergie P 60%
SIA 380/1 100%
Minergie, Minergie-A 90%
125% SIA 380/1
80 % Minergie P
Bilan thermique
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Exigences ponctuelles (valeur U)
SIA 380/1 (2009) Minergie (2009) Minergie-P
Eléments opaques
(neuf) 0.2 0.15 (module)
0.1
(cible)
Eléments opaques
(rénovation) 0.25 0.15 (module)
0.1-0.15
(cible)
Fenêtres 1.3 1.0 (module) 0.8-1.0
(cible)
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U≤0.15 W/m2K
Uw≤1.0 W/m2K Fenêtres
Murs/Toiture
Module Minergie obligatoire seulement pour solution standard
Autres modules: pour industrie et dépôts, pour modernisation d’éléments
Modules Minergie
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Isolation performante
(λ=0.031 W/mK)
Isolation standard
(λ=0.037 W/mK)
Façade compacte
support béton
SIA 380/1 2007 U=0.25 W/m2K
14 cm 12 cm
SIA 380/1 2009 U=0.2 W/m2K
18 cm 15 cm
Minergie-P U=0.1 W/m2K
36 cm 30 cm
Epaisseur et qualité de l’isolant
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SIA 380/1 2008 U=0.25 W/m2K
15 cm 15 cm 13 cm
SIA 380/1 2009 U=0.2 W/m2K
20 cm 19 cm 16 cm
Minergie-P U=0.1 W/m2K
46 cm 39 cm 32 cm
Façade ventilée
support béton
Ossature bois
(λ=0.034 W/mK)
Console Alu
(λ=0.036 W/mK)
Isolation
performante
Support à vis
(λ=0.031 W/mK)
Mode constructif et qualité de l’isolant
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exemples de produit de fixation performant
Réf: système «phoenix» Isover/Wagner
Mode constructif et qualité de l’isolant
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Isolation dans ossature bois
38 cm laine de cellulose + 5 cm laine minérale - parois ossature bois et toiture 20 cm de mousse phénolique sous chape - plancher
Isolation enveloppe existante (1999) 16 cm de laine minérale – toiture 8 cm doublage intérieur parois en laine minérale 6 cm EPS isolation sous chape – contre terre
Isolation périphérique ventilée
20 cm de laine de verre, consolles métaliques avec rupture thermique (U 0.15-0.18) 20 cm de EPS λ-0.029 toiture 6 cm PUR + 3 cm EPS sous-chape
Principes d’isolation
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Ponts thermiques: maîtrise des détails
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Gains solaires et déperditions
g = 20 – 70%
Uw = 0.8 – 4 W/m2K
g = 1 – 6%
U = 0.1 – 1 W/m2K
Vitrage Mur
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Qualité des verres et fenêtres
(*) valeur indicatives pour dim. Normalisée 155x115, Uf=1.3, Ψ int=0.05.
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Performances des cadres (W/m2K)
Bois
Uf = 1.1 à 1.9
Bois / Metal
Uf = 1.2 à 2.2
PVC
Uf = 1.0 à 2.4
Metal rupture
thermique
Uf = 1.4 à 3.5
sources illustrations: Egokiefer / Wicona
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Fenêtre, effet de la découpe
La valeur Uw de la fenêtre tient compte :
- du verre (Ug au centre = 1.1 W/m2K)
- du cadre - de l’intercalaire
Uw = 1.3 Uw =1.45 Uw =1.6
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Fenêtres, effets de la découpe
Isolation
Lumière naturelle Apports solaires
avant
après
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Maîtrise de la surchauffe estivale
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Principe
• Gains thermiques limités
• Masse thermique apparente
• Rafraichissement passif Ouverture la journée lorsque dehors il fait plus frais Ouverture la nuit pour décharger la chaleur Free cooling
Absorption des gains thermiques journaliers Décharge de la chaleur pendant la nuit
Protection solaire efficace extérieure Apports internes réduits (éclairage, appareils classe A)
Un bâtiment massif, avec des protections solaires, qui s’ouvre pendant la nuit, ne surchauffe jamais en Suisse
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Partie vitrée et protections solaires
Local lourd, ventilé la nuit, faibles gains solaires: 99 heures de surchauffe Même local, tout vitré avec stores intérieurs: 1983 heures de surchauffe
Vitré 80%, protections solaires intérieures Chambre 3X5 Dalles et parois béton Ventilation nocturne Localisation: Genève
Simulation 382/1 avec DIAL+ Cooling
Vitré 14%, protections solaires extérieures
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Masse thermique apparente
Chambre 3X5 Fenêtre 1.6X0.8 (14% vitr) Ventilation nocturne Localisation: Genève
Simulation 382/1 avec DIAL+ Cooling
Local lourd, parois et dalles en béton
Local léger, construction ossature bois
Local lourd, faibles gains solaires, ventilé la nuit: 99 heures de surchauffe Même local, ossature bois sans masse: 300 heures de surchauffe
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Possibilité de ventilation nocturne
Chambre 3X5 Fenêtre 1.6X0.8 (14% vitr) Parois et dalles en béton Localisation: Genève
Simulation 382/1 avec DIAL+ Cooling
Ventilation mécanique de base
Ventilation de base + naturelle nocturne
Local lourd, faibles gains, ventilé la nuit: 99 heures de surchauffe Même local, pas ventilé pendant la nuit: 2038 heures de surchauffe
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Volets, apports solaires limités
Masse thermique apparente (noyau maçonnerie, sol)
Ventilation nocturne (fenêtre de toit motorisée, entrées impostes)
Volets roulants
Apport de masse thermique par mur mitoyen
Chape au rez
Stores à lamelles
Pas besoin de mesures particulières supplémentaires (petite fenêtres, affectation logement sans gains)
Confort estival
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Aération Principes / Possibilités
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Pourquoi aérer
odeurs
vapeurs d'eau
CO2
gaz, vapeurs, aérosols toxiques
chaleur extérieure gains internes
contact avec la saison courant d'air par temps chaud
• évacuer les polluants
• évacuer la chaleur
• besoins psychologiques
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Exigences sur l’aération
Ouvertures spécifiques à prévoir (fenêtres, inst. Aération,..)
Aération automatique (6 systèmes possibles)
Double-flux
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Exigences sur la perméabilité à l’air
Enveloppe étanche. Valeurs limites fixées dans la norme
Selon SIA 180
Exigences accrues. Contrôle Blowerdoor exigé
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6 systèmes d’aération Minergie
1. aération douce (double-flux)
2. extraction simple
3. aération douce par pièce
4. aération douce + récupération
ecs
5. extraction simple + récupération
ecs
6. ouverture automat. de fenêtres
Cuisine
Bain
WC
Séjour
Chambre
Repas Air neuf Air rejeté
Air pulsé
Air vicié
RC
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entrées et sorties simple-flux hygroreglables
système performant de ventilation double-flux et de récupération de chaleur
Ventilation: toujours adaptée et contrôlée
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Production de chaleur et énergies renouvelables
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Enveloppe performante et bon facteur de forme Optimisation avant les choix techniques: liberté de choix de la production de chaleur, économie d’investissements
Distribution à basse température Meilleur rendement pour les chaudières à condensation (gaz, mazout) Amélioration sensible du COPA pour les PAC
Puissance de chauffage (kW) Adapter la puissance aux besoins (investissement, optimisation du fonctionnement)
Approvisionnement, prix combustible Bois, Pétrole, Gaz, Electricité ? Mise en service Régulation, équilibrage, isolation des conduites (chauffage et ventilation)
Production de chaleur: éléments déterminants
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Renouvelable, effet de serre Mazout, Gaz -> non renouvelable, émission CO2 Bois -> bilan CO2 neutre, mais ressource limitée PAC -> 2 à 4 parts renouvelables, 1 part électrique Solaire (passif, actif) -> renouvelable, pas de transport
0
0.5
1
1.5
Mazout, Gaz Bois PAC Solaire(passif, actif)
Facteurponderation Minergie/efficacité
Energies renouvelables
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PAC air/eau externe (10 kW) chauffage (3.7 kW), appoint eau-chaude (30%) Solaire thermique (7 m2) ECS (70%) Indice pondéré Minergie-P 25.4 kWh/m2 (limite 30)
SRE: 258 m2
Production de chaleur et consommation
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Indice Minergie 0 kWh/m2
Projet Optimisé Installations techniques ✔ Circulateurs classe A Isolation enveloppe ✔ Enveloppe très performante (Minergie-P) ✔ Enveloppe étanche: n50,st = 0.58 h-1 ✔ Energie grise 25 kWh/m2 (limite 50 kWh/m2an) ✔ Indice Minergie pondéré 25 kWh/m2an
Production d’énergie ➔Photovoltaique 25 m2 (3000
kWh/an)
Facteur pondération
Minergie
Passer à MINERGIE-A®?
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Chaudière à buche (18 kW) Chauffage + ECS (45%)
Solaire thermique (5.5 m2) ECS (55%)
Indice pondéré Minergie 2010 56 kWh/m2 (limite 60) SRE: 274 m2 Consommation: 12 stères
Production de chaleur et consommation
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Projet Optimisé Installations techniques ✔ Circulateurs classe A ➔ Chaudière à buche rendement: 85% ➔ Chauffage solaire et ECS 20m2 Isolation enveloppe ✖ Toiture 24cm ✖ Plancher contre terre 12cm ✖ Cloison contre non-chauffé12cm ➔ Changement dernières fenêtres de 1992 ✖ Enveloppe étanche: n50,st = 1.5 h-1 ✔ Energie grise (yc Reno 1999) 16 kWh/m2an
(limite 50 kWh/m2an) ✔ Indice Minergie pondéré 47 kWh/m2an
Indice Minergie 0 kWh/m2
Production d’énergie ✔ Toiture Photovoltaique
48 m2 (6400 kWh/an)
Facteur pondération
Minergie
Passer à MINERGIE-A®?
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PAC chauffage à distance basse température à 40°C – récup. de chaleur des eaux usées pour le chauffage et l’ECS (66%) Chaudière à gaz locale (33%) Indice pondéré Minergie-P 29 kWh/m2 (limite 30)
SRE: 30’000 m2
Production de chaleur et consommation
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Indice Minergie 29 – 9 = 20 kWh/m2
Projet Optimisé Installations techniques ✔ Modulation ventilation jour-nuit ➔ Optimisation COP à 5 ✖ Capteurs solaires ECS Isolation enveloppe ✔ Enveloppe très performante (Minergie-P) ✔ Enveloppe étanche: n50,st ≤ 0.6 h-1
✔ Energie grise 30 kWh/m2 (limite 50 kWh/m2an) ✔ Indice Minergie pondéré 29 kWh/m2an
Production d’énergie ➔ Toiture Photovoltaique 140 m2
(20’000 kWh/an, 9 kWh/m2a)
Passer à MINERGIE-A®?
Facteur pondération
Minergie
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Energie grise ✔ Energie grise 106 MJ/m2 ➔ Optimisation parement façade (-13 MJ/m2)
0
50
100
150
200
biland'énergiegrise
Lumière naturelle ✔ Autonomie >50%
Ecologie dans la construction, bruit, qualité de l’air ➔ Suivi et optimisation du choix des matérieux
Projet Fontenettes simulation DIAL+ Lighting
0
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140
160
180
200
Base Optimisation
bilan énergiegrise (MJ/m2)
Limite Minergie-A
Limite Minergie-eco max
Limite Minergie-eco min
Passer à MINERGIE-ECO®?
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Questions ?
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A. Les Fontenettes Construction d’un quartier HBM de 335 logements en MINERGIE-P®
Maître de l'ouvrage
Architecte
Physique du bâtiment
Projet
Réalisation
Adresse
SRE
Fondations HBM Emma Kammacher
et ville de Carouge pour l’espace
public
Frundgalina sa architectes fas sia
Estia SA, Lausanne
2008-2012
2012-2017
Carouge
30 450 m2
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Heinz MEIER
Estia SA
Parc scientifique EPFL
1015 Lausanne
1998-1999, 2011
Corcelles-près-Concise
274 m2
Architecte
Physique du bâtiment
Concept technique
Réalisation
Adresse
SRE
B. Rénovation d’une maison villageoise à Corcelles
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Habitat de l’ILL
Illkirch, France
Pimmel Architecte, Mulhouse
Dorean, Burnhaupt le haut
Estia SA, Lausanne
OTE ingénieurie, Illkirch
2007-2008
2009
254 m2
Maître de l'ouvrage
Architecte
Constructeur
Physique du bâtiment
Ingénieurs CV
Projet
Réalisation
SRE
C. Construction d’une maison MINERGIE-P® à Illkirch (Alsace)