De la conception à la mesure, comment expliquer les écarts?
Olivier SIDLER
Du coefficient « G » aux 50 kWh/m²/an…..
- 1974 : arrivée du coefficient G. Les bâtiments ne font que perdre de l’énergie
- 1982 à 2012 : chaque bâtiment dispose de sa propre consommation de référence- 2012 : La récréation est finie, tout le monde doit 50 kWh/m²/an
Conséquences :
- les usagers veulent « vérifier » qu’on ne les vole pas
- les juristes voient un élément du contrat de vente et parlent de placer les 50 kWh/m²/an dans la garantie décennale
L’idée d’une garantie de résultats apparaît, et donc celle de la mesure des performances.
Une évolution étonnante
CHAUFFAGE (logements + bureaux)
55,0
35,2
71,5
57,4
44,0
73,4
53,4
63,4
50,0
25,0
50,0
42,5 42,5 42,5 42,5 42,5
-
10,0
20,0
30,0
40,0
50,0
60,0
70,0
80,0
Bron Ineed Mulhouse(rénovation)
B1 B2Dauphilogis
B2 OPAC B3 G1
Cons
omm
atio
n (k
Wh/
m²S
hab/
an)
Consommation mesurée Consomation envisagée
Energie primaire Energie utile
Bureaux
Attention : la surface de référence est toujours la SHAB
Ce qu’on observe
Attention : la surface de référence est toujours la SHAB
ECS (logements)
29,3
15,414,1
19,0
33,7
21,4
30,0
20,0
17,0 17,0 17,0 17,0
-
5,0
10,0
15,0
20,0
25,0
30,0
35,0
40,0
Bron Mulhouse(rénovation)
B1 B2 Dauphilogis B2 OPAC B3
Cons
omm
atio
n (k
Wh/
m²S
hab/
an)
Consommation mesurée Consomation envisagée
Avec chauffe eau solaireSans solaire
Ce qu’on observe
Attention : la surface de référence est toujours la SHAB
ELECTRICITE des SERVICES GENERAUX
11,2
13,9
26,2
19,9
15,2
11,610,0 10,0 10,0 10,0 10,0 10,0
-
5,0
10,0
15,0
20,0
25,0
30,0
Bron B1 B2 Dauphilogis B2 OPAC B3 G1
Cons
omm
atio
n (k
Wh/
m²S
hab/
an)
Consommation mesurée Consomation envisagée
Consommation des services généraux (logements)
Energie finale
Nota : la ventilation de tous ces bâtiments est de type double flux
Ce qu’on observe
Cas particulier du bâtiment de l’INEED (Drôme)
Ce qu’il faudra comprendre dans le cas de l’INEED, c’est pourquoi les consommations ont « dérapé » entre la 1ère et la 3ème année
Unités Année 1 Année 3Chauffage kWhep/m²Shab/an 25,8 35,2
(+36,4 %)Electricité kWhelec/m²Shab/an 21,8 26,1
(+19,7 %)Total en énergieprimaire
kWhep/m²Shab/an 82,0 102,5(+25,0 %)
Tous usages sans exception
Ce qu’on observe
Quel outil pour « prévoir la consommation »?
1 – Le calcul réglementaire ? Il se défend lui-même d’être une prévision. C’est une méthode conventionnelle.
2 – Les méthodes simplifiées type degrés-jours ? Elles ne sont plus du tout adaptées à des bâtiments dans lesquels les apports gratuits sont prédominants,
3 – La simulation dynamique : c’est l’outil le plus évolué pour explorer. Mais il suppose lui-même de faire beaucoup d’hypothèses,
Conclusion : se mettre d’accord avant tout sur l’outil jugé suffisamment fiable qui servira à déterminer la base des « prévisions »
1 – Impact des données climatologiques
1 - Les divergences dues aux données météo
1 – Au moment de la conception : on ne dispose pratiquement jamais de données météo propres au site étudié,
2 – Vérification des consommations : quelles données météo et pour faire quoi ?
- ne rien mesurer et supposer que la météo réelle est la même que celle utilisée dans les calculs….
- implanter une station de mesures sur le site, et corriger (même problème que précédemment).
Mais les écarts sont importants entre les différentes méthodes…
- prendre les données de la station météo la plus proche pour corriger. Mais corriger de quelle manière, avec quel outil ?
-10,0
-5,0
-
5,0
10,0
15,0
20,0
18/11/09 3/12/09 18/12/09 2/1/10 17/1/10 1/2/10 16/2/10 3/3/10 18/3/10 2/4/10 17/4/10 2/5/10
Tem
péra
ture
(°C)
Mesurée au Versoud Mesurée sur le toit de l'immeuble
Ecart annuel moyen ville/station : 1,5°C
La charge réelle en ville est sensiblement inférieure à la charge des stations météo proches
Ecart des mesures de température d’air faites la même année sur l’immeuble, et hors de la ville
Températures réelles/Températures météo
Températures réelles/Températures météo
Comparaison des besoins de chauffage du Patio Lumière issus de la simulation selon les données météorologiques
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
30
32
34
1Différents cas étudiés
Beso
ins
en k
Wh/
m²/a
n
météo référence simul
météo mesurée in situ
météo mesurée avec températuresde météociel
Entre des températures mesurées la même année en périphérie de ville et sur site urbain, il y a différence des besoins de de 25 % à la baisse !!!
Fichier Météonorm
Fichier mesures
in situ
Fichier mesures hors ville
Station météo utilisée
2 – Impact des défauts de conception et de mise en oeuvre
2 - Les divergences liées à la conception/réalisation
2 – La très mauvaise maîtrise de l’étanchéité à l’air des enveloppes
Impact : 4 kWh/m²/an pour chaque vol/h sous 50 Pa supplémentaire
1 – La non prise en compte des ponts thermiques structurels
Problème des accrochages de bardage (augmentation de 50% du U) : ici U
passe de 0,21 à 0,32 W/m²°K
3 – Le surdimensionnement des générateurs
2 - Les divergences liées à la conception/réalisation
Taux de charge annuel
Ren
dem
ent
ηchLe surdimensionnement généralisé conduit à des chutes de rendement de
plusieurs dizaines de points dans certains cas.
4 – L’absence d’une régulation terminale qui fonctionne (robinet thermostatique)
Exemple d’un lycée : On observe que la température de la classe monte à 27° dès l’arrivée des élèves, et au même moment le chauffage fonctionne toujours : on ne récupère pas les apports gratuits car il n’y a pas de régulation terminale.
Evolution de la température dans les salles de classe
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
00:00 02:00 04:00 06:00 08:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00Heure
Tem
pér
atur
e (°
C)
T° extérieure
T° départ chauffage
T° retour chauffage
T° de la salle de classe
19°C
CONSOMMATIONS SPECIFIQUES ENERGIES UTILE ET PRIMAIRE (gaz) pour chauffage
0
20
40
60
80
100
120
140
53 Runtz 31 Vosges 33 Maçons 13 Vosges
Cons
omma
tion
(kWh/
an/m
²)
Energie primaire Energie Utile
Moyenne énergie primaire : 84 kWh/an/m²
ENERTECH ADEME
Réhabilitation Franklin
Moyenne énergie utile : 71,5 kWh/an/m²
Objectif : 50 kWh/an/m²
η = 96%η = 90%
η = 79%η = 54%
5 – Les débits réels de la ventilation - Cas de la ventilation double flux
A – Un fonctionnement aléatoire
2 - Les divergences liées à la conception/réalisation
A1_Ventilation Evolution du différentiel de pression mesuré aux bornes du ventilateur d'extraction de
la cage B en moyenne journalière
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
10/3/10 9/4/10 9/5/10 8/6/10 8/7/10 7/8/10 6/9/10 6/10/10 5/11/10 5/12/10 4/1/11 3/2/11Date
Delta
P (P
a)
ENERTECH ZAC DE BONNE
LE CONNESTABLE
B – Des montages incorrects conduisant au recyclage d’air
Pression > 0
Pression < 0
5 – Les débits réels de la ventilation - Cas de la ventilation hygroréglableHygro : des surdébits dangereux
2 - Les divergences liées à la conception/réalisation
Ilot C - Courbe de charge journalière du débit d'extraction des VMC simple flux hygroB
0,500
0,520
0,540
0,560
0,580
0,600
0,620
0,640
0,660
0,680
0,700
00:00
00:40
01:20
02:00
02:40
03:20
04:00
04:40
05:20
06:00
06:40
07:20
08:00
08:40
09:20
10:00
10:40
11:20
12:00
12:40
13:20
14:00
14:40
15:20
16:00
16:40
17:20
18:00
18:40
19:20
20:00
20:40
21:20
22:00
22:40
23:20
Débi
t (en
Vol
/h)
LL-MVRDV-semaine LL-MVRDV-week-end LL-EEA-semaine LL-EEA-week-end HH-ECDM-semaineHH-ECDM-week-end Alliade-semaine Alliade-week-end OPAC-ECDM-semaine OPAC-ECDM-week-endFH-semaine FH-week-end PGA1-semaine PGA1-week-end
Les débits réellement mesurés varient de 0,52 à 0,70 vol/h : la consommation de chauffage est > 20
kWh/m²/an aux prévisions
Et encore :
6 – Absence d’asservissement de l’éclairage de la cabine d’ascenseur (doublement de la consommation de celui-ci), paramétrisation incorrecte des détecteurs de présence,
7 – Installation d’air ou d’eau à débit variable dont le débit ne peut pas varier
Conclusion : les éléments de conception et de réalisation propres à expliquer les écarts entre mesure et « prévisions » sont nombreux. Mais on peut penser qu’une montée en compétence des bet et des entreprises
devraient en partie pouvoir régler le problème, probablement avec une augmentation des coûts toutefois.
2 - Les divergences liées à la conception/réalisation
9 – Etc…
8 – Rendement catastrophique des boucles de distribution ECS, distribution non isolée en dalle,
3 – Impact des comportements
3 – Impact des comportements de l’usager
1 – Impact de la température ambiante
Un degré supplémentaire conduit à une augmentation de 15 à 20% de la consommation de chauffage. La température moyenne observée est de 21°.
Le maximum déjà vu pour un immeuble : 23,8C….
31,829,5
36,735,6
-
5,0
10,0
15,0
20,0
25,0
30,0
35,0
40,0
Ineed B2
Con
som
mat
ion
(kW
h/m
²Sha
b/an
)
19 °C
20 °C
19 °C
20 °C+ 6,1 kWh/m²/anprimaire
+ 4,9 kWh/m²/an utilesoit 5,4 primaire
+ 21% + 15 %
Les surchauffes sont très souvent régulées par ouverture des fenêtres
3 – Impact des comportements de l’usager
2 – Impact de l’ouverture des fenêtres
B3_Confort d'hiver Evolution des températures du logement 4
la journée du 9 janvier 2010
10,00
12,00
14,00
16,00
18,00
20,00
22,00
24,00
26,00
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23Heure
Tem
péra
ture
(°C)
Logement 4 Chambre Logement 4 Séjour
ENERTECH ZAC DE BONNE
LE CARRE D'OR
Régulation par ouverture des fenêtres
Enertech instrumente systématiquement les ouvertures de fenêtres par des contacts de feuillure enregistrant au pas de temps de 10’.
2 – Impact de l’ouverture des fenêtres
Durées d'ouverture des fenêtres pendant la période de chauffe
0
2
4
6
8
10
12
Logement4
Logement5
Logement1
Logement3
Logement1
Logement5
Logement4
Logement3
Logement1
Logement4
Duré
e d'
ouve
rture
(heu
re/jo
ur)
ADEME
EPAGNY OPAC 74
Cuisine Salon Chambre
3 – Impact des comportements de l’usager
Impact sur la consommation :- 3,5 kWh/m²/an si 2,5h/j
- 21kWh/m²/an si 15h/j
[déc à fév]
3 – Impact des comportements de l’usager
3 – Impact de l’équipement électrique et de son mode d’utilisation
- La plupart des consommations électriques finissent en chaleur et contribuent au chauffage de façon massive.
- Dans les bâtiments très performants l’électricité représente plus de 90 % de la consommation d’un bâtiment
Bilan énergétique global annuelRépartition des consommations d'électricité
7%
20%
40%
2%
4% 5%3%
19%
0%
Chauffage
Climatisation
ECS
Eclairage
Auxiliaires
Bureautique
Courants faibles
Ascenseurs
Equipements & usages divers
Bâtiment Coriolis –ENPC
Électricité spécifique : 93% de la conso
tous usages
Tertiaire
3 – Impact des comportements de l’usager
3 – Impact de l’équipement électrique et de son mode d’utilisation
- Energie primaire - Répartition de la consommatiion totale du bâtiment
2211
38
148
0
50
100
150
200
250
Coefficient de 3,2
Con
som
mat
ion
(kW
hep/
m²)
Chauffage ECS
Electricité des services généraux Electricité des parties privatives
ENERTECH ADEME
Ancône - Les Santolines
Chauffage :4,17 kWhel/m²/an
Electroménager :46 kWhel/m²/an
ECS : 3,2 kWhel/m²/an
Logements sociaux à Ancône (26) :
l’électroménager représente 11 fois la consommation de
chauffage
Logements
3 – Impact des comportements de l’usager
3 – Impact de l’équipement électrique et de son mode d’utilisation
….d’où un conflit très fort dans les bilans si la consommation d’électricité spécifique a mal été évaluée : cas du quartier Franklin à Mulhouse (logements) :
- simulation dynamique faite avec moyenne des conso domestiques en France
- quartier pauvre : consommation de 1100 kWh/an/logt, contre 2.600 en moyenne,
Bilan : apports de chaleur plus faibles conduisant à une « surconsommation » de chauffage de 12 kWh/m²/an, soit 25 % de plus que la « prévision ».
3 – Impact des comportements de l’usager
3 – Impact de l’équipement électrique et de son mode d’utilisation (tertiaire)
Le cas du tertiaire est encore plus symptomatique :
UC+Ecran : 196 kWh/an
Portable+écran : 109 kWh/an Ordinateur portable :
38 kWh/an
Le choix des usagers sur le matériel informatique peut avoir des conséquences considérables sur les consommations finales…
INFORMATIQUE Répartition de la courbe de charge de l'ensemble de
l'informatique les jours ouvrés
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
00:00
01:00
02:00
03:00
04:00
05:00
06:00
07:00
08:00
09:00
10:00
11:00
12:00
13:00
14:00
15:00
16:00
17:00
18:00
19:00
20:00
21:00
22:00
23:00
Puis
sanc
e (W
)
Portable secrétériat Baie VDI Armoire C1E Armoire C1WArmoire C2W Salle info Serveur INEED
ENERTECH ADEMEENERTECH
INEED
3 – Impact des comportements de l’usager
3 – Impact de l’équipement électrique et de son mode d’utilisation (tertiaire)
Plus de la moitié de la consommation électrique des bâtiments a lieu en
dehors des périodes d’occupation….
Dans le bâtiment de l’INEED, on pourrait réduire de 39% la consommation de la bureautique en ne la faisant fonctionner qu’aux heures de besoins.
3 – Impact des comportements de l’usager
3 – Impact de l’équipement électrique et de son mode d’utilisation (tertiaire)
Les choix en équipements électriques et les comportements de l’utilisateur affectent notamment :
- la nature des équipements (tours informatiques ou portables)
- la quantité d’équipement
- leur pilotage : jamais arrêté, toujours en veille
et cet impact est de plusieurs dizaines de kWh/m²/an.
Malgré tous les efforts du concepteur, ce poste est totalement non maîtrisable. Or il affectera très lourdement la consommation de chauffage.
3 – Impact des comportements de l’usager
4 – Les besoins en eau chaude sanitaire
- laissés à la liberté de chacun (ce qui est normal)
- peuvent varier couramment de un à deux d’un bâtiment à l’autre
- pèsent bientôt aussi lourd que le chauffage dans les bâtiments performants,
- délicats à mesurer : il faut connaître le volume puisé au robinet et la température du puisage. Attention à l’eau froide coulant en attendant l’ECS.
- peuvent être considérablement augmentés par une mauvaise conception de l’architecture des réseaux.
L’ECS pose de très grosses difficultés d’évaluation en phase de prévision, et les erreurs commises dépassent très fréquemment 10 kWh/m²/an.
4 – Impact des défauts de maintenance et de pilotage
4 – Impact des défauts de maintenance et de pilotage
1 – Le non remplacement des filtres d’air neuf sur les VMC double flux
Chute de débit due à l’encrassement du filtre air neuf
Infiltrations
Globalement cet encrassement a conduit à une surconsommation de chauffage de 8 kWh/m²/an
Répartition de la consommation entre les différents postes (avant et après optimisation)
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
7,0
8,0
Ventilation Bureautique Eclairage Divers Usagesthermiques
Pompes Non connu
Cons
omm
atio
n (k
Wh/
an/m
²util
e)
Actuelle Après optimisation
/1,8 /1,6 /1,6
/1,3/1,4
/1,9
2 – Dérive dans le pilotage et la programmation des équipements
Exemple du bâtiment de l’INEED
Ces économies d’électricité ont un impact sur les consommations d’électricité et de
chauffage
4 – Impact des défauts de maintenance et de pilotage
3 – Absence d’intervention en cas de panne ou de dysfonctionnement
C’est notamment le cas, avec un impact énergétique fort sur :
- les installations de VMC, en panne souvent plusieurs mois,
- les installations solaires (qui ne produisent alors plus rien)
- réglage incorrect des temporisations des détecteurs de présence,
- etc.
4 – Impact des défauts de maintenance et de pilotage
Conclusion
<Les sources d’écart entre « prévisions » et mesures sont très nombreuses
< Certaines pourront être améliorées par une montée en compétences.
< Les principales sources de divergences sont dues à l’usager. Elles représentent plusieurs dizaines de kWh/m²/an. Non maîtrisables par le concepteur.
CONCLUSIONS
1 – la notion même de prévision est à revoir. Même en réinjectant les données de mesure dans une simulation il reste des écarts. Une prévision ne peut constituer un engagement.
2 – La Garantie de Performance Energétique est une illusion dangereuse propre à engorger tous les tribunaux demain. Elle doit être abandonnée au profit de l’obligation de moyens (et non de résultats)
3 – Pourtant il faudra continuer à faire de la mesure : mais ce sera pour progresser dans la connaissance du fonctionnement des bâtiments et de leurs équipements.
CONCLUSION