bricker : le lifting technologique d’un immeuble quinquagénaire. | liege creative, 21.02.17
TRANSCRIPT
Raymond Charlier, Service Provincial des Bâtiments
Sylvain Quoilin, ULg - Thermodynamics and Energetics Laboratory
Gabrielle Masy, HEPL
Mardi 21 février
BRICKER : le lifting technologique d’un immeuble quinquagénaire.
H.E.P.L. – Catégorie technique
Projet européen « BRICKER »
Le bâtiment – quai Gloesener de la H.E.P.L. a été retenu comme site de
démonstration. Il bénéficiera en 2015 et 2016 de vastes travaux de
rénovation énergétique intégrant des technologies innovantes développées avec le soutien du 7ième Programme Cadre de la Commission Européenne
H.E.P.L. – Catégorie technique
Projet européen « BRICKER »
Un projet réplicable, rentable, de haute efficacité énergétique et zéro émission pour rénover des bâtiments publics et atteindre une réduction de 50 % des
consommations énergétiques à travers des interventions passives d’isolation et
le recours à des technologies actives innovantes zéro émission.
H.E.P.L. – Catégorie technique
1ière partie : Travaux d’isolation technologies passives
CHARLIER Raymond – S.P.B. – Province de Liège
2ième partie : Cogénération à cycle ORC technologies actives
QUOILIN Sylvain – Université de Liège
3ième partie : Ventilation double-fluxdécentralisée – technologies actives
Masy Gabrielle – H.E.P.L. – Province de Liège
Technologies passives :
1. Remplacement murs rideaux2. Remplacement de châssis
+ Isolation des façades3. Isolation des toitures
6
1. Remplacement des murs rideaux
L’ensemble des deux murs rideau en aluminium ont été remplacés.
Avant
Après - Photo montage 3D
7
1. Remplacement des murs rideauxPhotos des travaux – Janvier 2016 à Juin 2016
February2016– Installationofelevators(lifts)onsite
February2016– DismantlingCurtainWallA
8
1. Remplacement des murs rideauxPhotos des travaux – Janvier 2016 à Juin 2016
March2016– RebuildingCurtainWallA–DismantlingCurtainWallB
April2016– RebuildingCurtainWallB
9
1. Remplacement des murs rideauxPhotos des travaux – Janvier 2016 à Juin 2016
May2016– Installationofsolarprotection’sprofiles
10
1. Remplacement des murs rideauxFin des travaux – Juin 2016
June2016– Endofworks
June2014– Expectedfinallook
11
Calcul des gains énergétiques
Consommations actuelles :Electricité : 407,6 MWh/an - Gaz : 4.461 MWh/an (391.000 m³)
Soit 238 kWhEP/m² - Classe Energétique : Niveau E
Consommations futures :Electricité : 57,6 MWh/an - Gaz : 1.657 MWh/an (145.000 m³)
+ Biomasse : 311 Tonnes/anProduction d’électricité :350 MWh/an par la cogénération ORC
Soit 78 kWhEP/m² - Classe Energétique : Niveau B
12
Calcul des gains financiers et TRS
Consommations actuelles – Coûts :Electricité : 77.450 €/an - Gaz : 293.000 €/an
Total : 370.450 €/an
Consommations futures - Coûts :Electricité : 10.950 €/an - Gaz : 109.000 €/an
+ Biomasse : 62.200 €/anTotal : 182.150 €/an
Gain : 188.300 €/anCV : 22.750 €/an (350 x 65)
Investissements : Subsides :Travaux d’amélioration : 2.831.920 € C.E. : 954.120 €
Ureba : 108.521 €
T.R.S. : 8,5 ans
(2.831.920 € - 954.120 € - 108.521 €) / (188.300 € + 22.750 €)
13
2. Remplacement châssis + IsolationTrois façades sont en cours de rénovation par le remplacement des châssis et l’isolation par l’extérieur.
Avant
Après – Photo montage 3D
14
2. Remplacement châssis + IsolationPhotos des travaux – Février 2016 à Décembre 2016
March2016– Scaffoldings+dismantlingofwindowsframes– BlockNr 6– RearFacade
March2016– Replacementofwindowsframes–BlockNr 6– Facadeinpatio
15
2. Remplacement châssis + IsolationPhotos des travaux – Février 2016 à Décembre 2016
April2016– Externalinsulation– BlockNr 6– RearFacade
May2016– Replacementofwindowsframes– BlockNr 1– Facadeinpatio
16
2. Remplacement châssis + IsolationPhotos des travaux – Février 2016 à Décembre 2016
July2016– Internalfinishing– BlockNr 1– Facadeinpatio
September2016– Finishingplaster– BlockNr 6– RearFacade
17
2. Remplacement châssis + IsolationPhotos des travaux – Février 2016 à Décembre 2016
October2016– Insulation14cmrockwool– BlockNr 6– Facadeinpatio
November2016– Finishingplaster– BlockNr 6– Facadeinpatio
18
Pré-monitoring et Post-monitoring
Pré-Monitoring des consommations électriques, de gaz et de chauffage par circuit :
19
Pré-monitoring et Post-monitoring
Post-monitoring des consommations pellets, huile thermique et production d’électricité :
20
3. Isolation des toituresLa toiture du Bloc 1 : Isolation par l’intérieur (PIR + nano PCM)La toiture du Bloc 6 : Isolation par l’extérieur
Avant Après
21
3. Isolation des toituresPhotos des travaux – Avril 2016 à Décembre 2016
May2016– Dismantlingofceilings
May2016– ReceptionofPurinova’s panels
22
3. Isolation des toituresPhotos des travaux – Avril 2016 à Décembre 2016
September2016– Worksontheroof–Newwaterproofing
September2016– InstallationworksofPurinova’s panels
23
3. Isolation des toituresPhotos des travaux – Avril 2016 à Décembre 2016
October2016– Acciona installssensorsintoPurinova’s panels– Post-monitoring
October2016– EndofinstallationofPurinova’s panels
Introduction
Objectif duprojet:Réduction significative del’impactcarbone
Solution:Enplusdestechnologiespassives,lebâtimentdoit produire del’électricité àpartir desourcesrenouvelables!
Technologies:PV,Eolien,Hydro,Biomasse
Losses: 10% Power: 40%
Heatrejection
50%
Fuel: 100%
Traditional steam power plant
Overall efficiency:40%
Losses: 10% Power: 35%
Usefulheat: 55%
Fuel: 100%
Steam power plant with cogeneration
Overall efficiency :90%
30
Combinedheatandpower(CHP)Usingbiomass
SteamCycle
ORCCycle
ICEFuelCell
GasTurbine
StirlingGasification
SelectedTechnology
Combined heat and powerTechnologies
What is an ORC cycle?
31
Wasteheatrecoveryorrenewableenergies:solar,biomass,geothermal
Electricity/mechanicalpower
Heat(heatingdemand)
Organiccompoundvswater=>Valorizelowt° heatsources
ü Dryfluids=>nothreatofdamagefortheturbine
ü Highvapor densityü Workingfluidatlowpressure(<30bar)ü Pressureinthecondenserpossibly
higherthanambientpressure(noinfiltration)
IntroductionOrganic Fluids
32
ORC versus Steam cycles
33
Source: Gaia, 2011
ü Simplerarchitectureü Easytoinstall(inapre-
assembledsquid),compactandreliable
ü Autonomoussystemü ORCsystems:more
economicallyprofitablethansteamcyclesforpowerslowerthan~1MWe (steamcyclesnecessitatehighP&T)
ü Possibility touseonce-through boilers
ü Heatsourcet° between100°Cand350°C
Volumetric expanders Turbomachines
Scroll Screw Piston Axial Radial
Cycle components:Expansion Machine
34
1kWe – ~200kWe Min~50kWe
ORCMarketevolution&prices
36
0,00%
0,20%
0,40%
1970 1980 1990 2000 2010 2020
ProportionofEngineeringpapersdealingwithOrganicRankineCyclesonElsevier
Problem of the turbine: Turning compressors into expanders
39
Example 1: Open-drive air scroll compressor:
• Converted into an expander
• Built in volumetric ratio : 3.94
• Absence of lubrication
• Not tight
Problem of the turbine: Turning compressors into expanders
40
Example 2. Refrigeration Compressor
• Built in volumetric ratio : 2.9
• Max temperature in compressor mode : 130°C
• No leakage
• Lubrication
ORC test rigsMain Challenges:Characterize all ORC components at small scaleTest different working fluidsFind or develop the right components for small- scale ORCsOptimize the cycle
41
45
1. Qualité de l’air intérieur
Le taux de CO2 comme indicateur de la qualité de l’air.
400 1000 1500 2000 3000 4000 ppm
Air extérieur
Maximum fixé par l’OMS
Maximum fixé par les normes internationales
Mesurées fréquemment dans les classes
Concentration en CO2 dans l’air ppm
4646
1. Qualité de l’air intérieur
Une journée d’école sans ventilation
Grillesdeventilation,dimensionnéesselonlesnormes,volontairementfermées
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
800015h32
16h32
17h32
18h32
19h32
20h32
21h32
22h32
23h32
0h32
1h32
2h32
3h32
4h32
5h32
6h32
7h32
8h32
9h32
10h32
11h32
12h32
13h32
14h32
15h32
16h32
17h32
18h32
19h32
20h32
21h32
22h32
23h32
LLN18/10:Rénovationrécentedeschâssis
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
0 h
001
h 00
2 h
003
h 00
4 h
005
h 00
6 h
007
h 00
8 h
009
h 00
10 h
00
11 h
00
12 h
00
13 h
00
14 h
00
15 h
00
16 h
00
17 h
00
18 h
00
19 h
00
20 h
00
21 h
00
22 h
00
23 h
00
PontàCelles4/10
Source:C.Massart,UCL, [email protected]
47
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
0h00
1h00
2h00
3h00
4h00
5h00
6h00
7h00
8h00
9h00
10h00
11h00
12h00
13h00
14h00
15h00
16h00
17h00
18h00
19h00
20h00
21h00
22h00
23h00
LLN211/10:23élèvesenjournée– 14élèvesengarderiejusque17h
47
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
0H00
1H00
2H00
3H00
4H00
5H00
6H00
7H00
8H00
9H00
10H00
11H00
12H00
13H00
14H00
15H00
16H00
17H00
18H00
19H00
20H00
21H00
22H00
23H00
1. Qualité de l’air intérieur
Une journée d’école avec ventilation naturelle
Ouverturede2fenêtressurfaçadesopposéespendant15mindurantlesrécréations
PontàCelles5/10
Ouverturede2fenêtrespendant15minenrécréationetentempsdemidi
Grillesde ventilationouvertes
Source:C.Massart,UCL, [email protected]
4848
1. Qualité de l’air intérieur
Mesures ponctuelles dans plus de 1000 classesMesures continues dans 87 écoles
0
50
100
150
200
250
300
350
400
Denmark Sweden Norway
Natural ventilation
Exhaust ventilation
Balanced ventilation
Source:GeoClausen,DTU,Danemark
49
2. Ventilation double flux
VMC double flux centralisée avec récupération de chaleur
Source:http://www.energieplus-lesite.be/
Besoin de ventilation dans les classes: 22 m3/h par personne
50
3. Ventilation double flux décentralisée
Encombrement Entretien des filtres
Centralisée Décentralisée
5151
3. Ventilation double flux décentralisée
Air neuf
Air extrait
Echangeurde chaleurFiltres ->
Système Airria Greencom
5252
3. Ventilation double flux décentralisée
Echangeur développé en surface frontale plutôt qu’en longueur
Pressure drop
Efficiency
5656
Simulation du système de ventilation
Programme de recherche SISAL:Simulations de systèmes accessibles en ligne:https://sisal.provincedeliege.be/
5757
Nombre d’heures cumulées où le taux de CO2 dépasse un seuil
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200Cum
ulat
ed ti
me
abov
e [h
ours
/yea
r]
1430 h
1750 h
1070 h
2420 h
XCO2,in [ppm]
1000 h
500 h
2000 h
44%
60%
70%
100%
Before retrofitting
After retrofitting
After retrofitting withoutdouble flow ventilation
Simulation du système de ventilation
5858
Réduction du risque de surchauffe par bypass du récupérateurNombre d’heures cumulées où la température dépasse un seuil
16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 320.01
0.1
1
tin [°C]
Cum
ulat
ed ti
me
abov
e
0.05
Bypass of Heat Recovery14 %
5 %
No Bypass
0.14
0.06 6 %
Air neuf
Air extrait
Bypass del’échangeurde chaleur
Simulation du système de ventilation
5959
Contacts
Luc PrieelsGreencomhttp://www.airria.be/accueil.html
Gabrielle MasyHaute Ecole de la Province de Liè[email protected]