efficacité énergétique des bâtiments, mesures, performances et conséquences sur la gestion des...
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Didier Roux, Directeur de la recherche et de l’innovation de Saint-Gobain et membre de l’Académie des Sciences, a présenté une réflexion originale sur le paradigme actuel de l’efficacité énergétique des bâtiments. Il a notamment mis en exergue les défauts de mesures dans le domaine mais également les incohérences dans le financement de la rénovation énergétique en France. Ce powerpoint a été utilisé pour la présentation de Didier Roux aux Ateliers du Shift du 16.09.2014 organisés par The Shift Project.TRANSCRIPT
Efficacité énergétique des bâtiments, mesures, performances
et conséquences sur la gestion des réseaux électriques
www.theshiftproject.org
Didier Roux, Directeur de la recherche et de l’innovation de Saint-Gobain et membre de l’Académie des Sciences
Efficacité énergétique des bâtiments, mesures, performances et conséquences sur la gestion des réseaux électriques
Efficacité énergétique des bâtiments, mesures,
performances et conséquences sur la gestion des
réseaux électriques
Didier Roux Dr R&D et Innovation
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Efficacité Energétique des bâtiments
Généralités
Comment fonctionne un bâtiment
Conséquences statiques
Conséquences dynamiques
Didier Roux
20 mai 2014
Agenda
Les enjeux globaux
Pays développés
Pays en voie de développement
La thermique d’une maison
Conséquences de la rénovation du parc
Statique (consommation)
Dynamique (gestion des réseaux)
Quelques considérations sur le coût
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Agenda
Les enjeux globaux
Pays développés
Pays en voie de développement
La thermique d’une maison
Conséquences de la rénovation du parc
Statique (consommation)
Dynamique (gestion des réseaux)
Quelques considérations sur le coût
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L’énergie et l’environnement en pays développés
Dépenses énergétiques en Europe
42%
28%32%
Millions Tonnes équivalent
pétrole
France 45,4 %
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Le cadre réglementaire : neuf essentiellement
Europe
U n but commun mais une vitesse différente
Arriver rapidement à zéro énergie pour le neuf
Accélérer la rénovation « en profondeur »
passer de 1% à 3 ou 4% par an
Des Leaders
Danemark, Suède, Allemagne, Autriche, Suisse…
Des pays à la traine
Europe du sud
Des pays qui rattrapent vite
UK, France…
USA
Un enjeu identifié mais une réglementation complexe à tous les niveaux
Fédéral, Etats, Ville…
Chine, Asie
Un cadre réglementaire qui se durcit mais un vrai enjeu pour le faire respecter
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Et l’ancien…Clairement le parent pauvre
Principalement des incitationsEfficacité assez grande
Effets pervers
Choix technologiques guidés essentiellement par les réductions d’impôts
Quelques essais de labellisationBBC Effinergie Rénovation
Passiv Haus : incluant des éléments passif
…
Passant par des acteurs des filières professionnellesCertificat d’énergie
Ou la valorisation des biensDiagnostique de performance énergétique
Avec obligation d’affichage….
Mais quel fiabilité?
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Des enjeux différents selon les paysEurope
Un enjeu limité sur le neuf
Beaucoup plus fort sur le bâti
Parc vieillissant
Amérique du NordDans le passé : un intérêt limité pour l’efficacité énergétique
Récemment : une prise de conscience mais une mise en œuvre difficile
AsieUne urbanisation rapide
En 2015 50% des bâtiments en Chine auront moins de 15 ans
Inde
Un cercle vertueux
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Mesures
Contrôle
DiagnosticPrescription
Agenda
Les enjeux globaux
Pays développés
Pays en voie de développement
La thermique d’une maison
Conséquences de la rénovation du parc
Statique (consommation)
Dynamique (gestion des réseaux)
Quelques considérations sur le coût
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Les caractéristiques de l'enveloppe
C'est une estimation pas
une mesure
Et dans la vie réelle ?• Performances inférieures de
40% en moyenne
• Jusqu'à 120% d'écart*
* Rapport LEEDS sur 32 maisons rénovées
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Comment mesurer la performance énergétique d’un
bâtiment?
Mesure de la quantité d'énergie par unité de temps (puissance)
nécessaire pour maintenir la différence de température entre
l'intérieur et l'extérieur
● Test de chauffage combiné (Co Heating)
● Impossible à effectuer avec précision sur un vrai batiment
chauffage combiné : beaucoup d'autres sources de chaleur
(solaire, appareils, persones…)
Le batiment n'est jamais dans un état sable (la température
extérieure change tout le temps)
De nouvelles méthodes sont nécessaires
● Test QUBat (Brevet Saint-Gobain)
Des progrès intéressants : mesures possibles en quelques
heures
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Pourquoi cela n'est pas simple
La temperature extérieure évolue en permanence et la maison
n'est jamais dans un état stable
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-500,00 500,00 1500,00 2500,00 3500,00 4500,00
T PP amb
T PP amb board
T Cham mur
T Cham mur board
Temps ext
Jour 1 Jour 2 Jour 3 Jour 4
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Comment la maison réagit-elle au changement de température?
Capacité Thermique :
● C = Cp * masse des matériaux
Pertes
● K = U * Surface de l'enveloppe
Characteristique de temps* :
● Le rapport
t = C / K = temps
caracteristique
Typiquement plusieurs
jours
* Largest time constant
2 contributions
● Modification de la température
des matériaux (capacité
thermique, ou inertie)
● Compense les pertes
thermiques (isolation : valeur U)
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Comment la maison réagit-elle au changement de température?
Refroidissement : DT = DT0 (1 - t/t)
● t = C / K, t = temps
Réchauffement : DT = P/C t
● P : Puissance du chauffage
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-500,00 500,00 1500,00 2500,00 3500,00 4500,00
T PP amb
T PP amb board
T Cham mur
T Cham mur board
Temps ext
t mn
T
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Une cooperation avec deux Universités :
University of Salford Manchester
● Un outil unique : the Energy House
Leeds Metropolitan University
● De solides compétences en Science du
Bâtiment
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L'Energy house de l'université de Salford : une maison
victorienne jumelée en environnement contrôlé
Un environnement entièrement contrôlé
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L'Energy house de l'université de Salford : échelle 1
Un environnement entièrement contrôlé
Température (-2ºC à +30ºC) avec
une précision de +/- 0.5ºC
Humidité (10% - 100 %) avec une
précision of 1%
Pluie : jusqu’à équivalent à
200mm par heure
Vent léger
Neige
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Grandes lignes
Objectifs du projet
Résumé du programme de tests
Résultats
Enseignements / tests ultérieurs
Marketing
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Full Retrofit
Full Retrofit
without Floor
Insulation
Solid Wall
Insulation
Performance
Glazing
Loft Insulation
Reference
Acoustic Test
Energy House
Programme de tests
Renovation
complète
Rénovation
sans isolation
du sol
Isolation des
murs
(extérieurs)
Performance
vitrage
Isolatin des
combles
Référence
Test acoustique
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Grandes lignes
Objectifs du projet
Résumé du programme de tests
Résultats
Enseignements / tests ultérieurs
Marketing
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Mesures sur quelques jours (stable)
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QUbat
0,3°C / hour
1 °C / hour
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Performance globale du bâtiment
Renovation
complète
Rénovation
sans isolation
du sol
Isolation
des murs
Vitrages
performants
Isolation
des
combles
Référence
Isolation des
comblesX X X
Isolation des
mursX X X
Fenêtres 3G X X X
Sol X
UBAT statique
(W/m2/K)0.51 ± 0.02
0.57 ± 0.02
(Floor T° 17)0.7 ± 0.03 1.26 ± 0.06 1.28 ± 0.07 1.33 ± 0.07
SG Quick-U-Bat 0.53 ± 0.05 Failed 0.74 ± 0.07 1.31 ± 0.05 1.35 ± 0.05 1.46 ± 0.06
Consommation
énergétique
(kWh/m²/an)
69 82 100 174 180 187
Amélioration 2,7 2,3 1,9 1,08 1,04 1
Le haut rendement de la rénovation est prouvé
Tous les éléments doivent être rénovés pour le confort thermique
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Performance des éléments pris séparément
EWI et l'isolation du plafond sont peu performantes. Le montage
peut être amélioré
Le calcul prédictif de l'isolation du sol n'est pas conforme aux
résultats obtenus
La prévision de performance du vitrage et de l'IWI est bonne
Les calculs ne sont pas suffisants !
Certains éléments peuvent être améliorés!
U W/m2/K EWI IWI Vitrage Sol Plafond
Calcul 2,1 2,1 2,5 0,59 0,4
Avant 1.68 ± 0.24 1.58 ± 0.21 2.46 ± 0.3 0.61 ± 0.03 0.34 ± 0.08
Après 0.34 ± 0.03 0.25 ± 0.06 1.3 ± 0.16 0.14 ± 0.03 0.21 ± 0.1
Calcul 0.29 0.24 1.33 0.17 0.12
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Diversité des temps caractéristiquesHouse Bungalow Beaucouzé BioCocoon Salford
old
Salford
New
Mérignac
C MJ/K 1,18 50 / 10 20 20 20 110
K W/K 30 109 / 30 132 228 80 450
t days 0.4 5,3 / 3,8 1,75 1 2,7 3
Temp/time(DT = 20°C)
2 °C/h 0,2°C/h 0,5°C/h 1°C/h 0,3°C/h 0,3°C/h
Agenda
Les enjeux globaux
Pays développés
Pays en voie de développement
La thermique d’une maison
Conséquences de la rénovation du parc
Statique (consommation)
Dynamique (gestion des réseaux)
Quelques considérations sur le coût
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Parc énergétique Français
Moyenne du parc Francais : 280 kWh/an
Etat énergétique du parc
0%
3%
18%
31%
22%
9%
15%
A < 50 B 51 à 90 C 91 à 150 D 151 à
230
E 231 à
330
F 331 à
450
G > 450
Po
urc
en
tag
e d
e r
ép
art
itio
n d
es é
tiq
ue
tte
s
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L’énergie et l’environnement en pays développésDépenses énergétiques en Europe
42%
28%32%
Millions Tonnes équivalent
pétrole
France 45,4 %
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Consommation énergétique des bâtimentskWhep/m2/an
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Economie potentielle > 500 MTep (25%)MTep
Agenda
Les enjeux globaux
Pays développés
Pays en voie de développement
La thermique d’une maison
Conséquences de la rénovation du parc
Statique (consommation)
Dynamique (gestion des réseaux)
Quelques considérations sur le coût
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Utilisation des batiments pour économiser l'énergie /
électricité sur un réseau
Si le système de chauffage utilise l'électricité
● Convertisseur thermique direct
● Pompe à chaleur
En fonction du temps charactéristique des
maisons/appartements
● En estimant qu'une perte de 1°C peut être acceptable
Arrêter le chauffage pendant une certaine durée
● 1h if t = 1 day
● 4h if t = 4 days
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Jour d'hiver type (France)
Consommation électrique en France
Heating
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Quelques chiffres
36% des systèmes de chauffage sont électriques
Pic en hivers (100 GW)
2,3 GW par °C
Amplitude de pic 10 GW (19h)
Pour un jour d'hiver type 40 GW pour le chauffage
● 30 GW residentiel
● 10 GW Tertiaire
Si 25% des chauffages sont coupés pendant 3-4 heures, le pic
est effacé
Agenda
Les enjeux globaux
Pays développés
Pays en voie de développement
La thermique d’une maison
Conséquences de la rénovation du parc
Statique (consommation)
Dynamique (gestion des réseaux)
Quelques considérations sur le coût
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Coût
Objectif
500 000 logements rénovés / an
100 m² en moyenne
Gain de 200 kWh/m²/an (de 280 à 80 kWh/m²/an)
20 000 € (surcoût de rénovation thermique)
Coûts 10 Md€ pour - 10 TWh/an
Total Coût de l’énergie 60-80 € du MWh*
Comparaison nucléaire EPR
Coût 8,5 Md€ (Flamanville) pour + 10 TWh/an
Production Coût de l’énergie 70-90 € du MWh*
*Amortissement sur 30 ans taux d’actualisation de 3%
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Conclusions 1/2 : un cercle vertueux
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Mesures
Contrôle
DiagnosticPrescription
Conclusions 2/2
La mesure permet
le contrôle et la confiance
La rénovation
Elément clé de la transition énergétique
Le coût de l’économie d’énergie
De l’ordre de grandeur du coût de production
Plus vertueux
L’importance de bien connaitre son parc de bâtiment
Un parc connecté permet de mieux gérer la production
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Back-up
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Saint-Gobain: a short presentation
Didier Roux R&D and Innovation Vice President
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