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Rénovation Thermique intermédiaire
Jean-Luc Lenouvel
Promotion 2010
Sommaire
Introduction
A) Pourquoi une étape intermédiaire B) Green value C) circuits d ‟étapes avec garanties
I) Les Notions D) L ‟Habitant: ses conforts Confort hygrothermique: la température ressentie E) Sous 110 kWh ef /m².an qu‟est ce qui devient sensible F) Maison Hyperisolée ou passive G) Le Bioclimatisme H) Tradition, rénovation & Bioclimatisme,
I) Le couple Habitant-Habitat : Les Habitudes. II) Les outils de calcul
J) Les outils de prévision: Différents niveaux de validation K) La simulation thermique dynamique Est ce utile de faire une simulation dynamique ? Deux exemples Est ce „ Rentable‟ pour les PACTs de faire de la simulation dynamique ? L) Les plans d‟expériences Un exemple de Stress Test sur critère de confort d ‟hiver Les Plans d ‟Expérience : optimum & cheminement pour une Maison Les Plans d ‟Expérience : optimum & cheminement pour un immeuble
III) Utilités sur des situations de blocage
IV) Conclusion
Introduction :
Objectifs de l ’étude: Comment rendre très utile l‟étape de rénovation intermédiaire à l‟objectif des 80 kWh/m².an (ou mieux)
A) Pourquoi une étape intermédiaire ?
Parce que tous les (co)propriétaires ne peuvent pas suivre financièrement, même avec les incitations financières, les objectifs du Grenelle de l ‟environnement.
Et pourtant, il faut bien arriver un jour à l ‟objectif de sobriété, et le garantir par avance, à moins de condamner le bâti à la démolition (suite à l ‟accumulation de toutes les précarités en son sein)
C‟est en plus l‟occasion d‟assumer une dimension souvent laissée de côté dans l‟approche technicisante traditionnelle : La dimension du Maître d‟Usage, l‟habitant.
B) „ Green value ‟ c ‟est la valeur potentielle de revente sans décote, due à l ‟adéquation avec les normes thermiques à venir. Un moyen de prise en compte du désir de pérennité et de valorisation de l ‟avoir des propriétaires: Elle peut être assurée par le Label.
C) circuit d ‟étape avec garanties. Des étapes qui ne „ tuent pas le gisement ‟ (Normes RT2012) et garantie d’arrivée jusqu’aux ‘ Label BBC Rénovation’.
I) Les Notions
Une étape de rénovation intermédiaire pour:
l ’objectif d ’atteindre les 80 kWh/m².an
avec 110 kWh ef /m².an de chauffage
quelques critères pertinents... D) L ’Habitant: ses conforts E) Sous 110 kWhef/m².an qu’est ce qui devient sensible ? Evaluer l ’importance des dispositions bioclimatiques:
des murs des fenêtres apports actif/passif Importance des critères
F) Maison Hyperisolée ou passive ? G) Voir Bioclimatique H) Tradition, rénovation & Bioclimatisme, I) Le couple Habitant-Habitat : Les Habitudes.
II) Les outils de calcul
J) Les outils de prévision: Différents niveaux de validation
K) La simulation thermique dynamique Est ce utile de faire une simulation dynamique ? Deux exemples Est ce ‘ Rentable’ pour les PACTs de faire de la simulation dynamique ? Un exemple de Stress Test sur critère de confort d ’hiver
L) Les plans d’expériences Les Plans d ’expérience: optimum & cheminement pour une Maison et immeuble Les Plans d ’Expérience pour trouver un optimum entre conforts
Conclusion la simulation dynamique est recommandée pour
Le LABEL
• Pas de développement durable sans
centralité à ces trois thèmes.
• La dérive ‘Grenelle’ = focalisation sur les
deux thèmes du dessus.
La viabilité mise en avant, n ’est pas du
développement DURABLE
Développement Durable ?
• Maître d’ouvrage , Maître d’œuvre :
A côté il y a le Maître d’Usage : l’habitant.
Connaître le maître d‟usage et ses
besoins est la clef d‟une nouvelle étape.
C‟est lui la clef du F4.
• Culture du quotidien et de l’usage sont au
centre de la démarche;
A) Pourquoi une étape intermédiaire ?
Le montant à investir pour le propriétaire (c), via un prêt à taux zéro, doit être remboursé par l’économie réalisée sur la facture de chauffage.Il rejoint le (a) à partir du moment où la cote part de participation à l’investissement du locataire (180€ € annuels au minimum) couvre une bonne partie des frais .
Le (b) et le (d) sont intéressés dans la mesure où ils sont sûrs d’obtenir une ‘Green Value’
‘Green Value’ = garantie de revente.En ayant des logements qui correspondront aux normes des Réglementations Thermiques à venir, garantie de pouvoir le revendre sans décote.
Solution : Créer un LABEL qui apporte un plus en terme ‘ d ’assurance Confort ’
Parce que tous les (co)propriétaires ne peuvent pas suivre financièrement, même avec les incitations financières, les objectifs du Grenelle de l ’environnement. Les PACTs sont souvent confrontées au problème d’aboutir à un consensus des copropriétaires sur la somme à débourser et la nature des travaux à mettre en œuvre pour alléger la facture énergétique :
Comment déterminer l‟étape intermédiaire ?
• Il existe des approches comme la méthode SEC du CRDD La Calade qui permettent de rechercher un optimum « coût*Performance »
• Elle s‟appuie sur deux piliers:
la solution minimale celle qui répond à l‟urgence
La solution « best practices » celle qui donnera la meilleure performance (celle du thermicien)
La solution optimale se trouve via des ratios entre coûts extrêmes et performances extrêmes.
B) 110 kWh/m².an ?
•Sous 110 kWh ef /m².an pour le chauffage
Les parois opaques ont été isolées . On se situe (La mesure est celle du compteur et ne concerne que le chauffage) près de la RT2005 .
Comment améliorer les conforts du bâtiment sans ajouter de grands travaux ? Et améliorer la consommation énergétique de 10 % à 20% ?
Faisons le tour de la question.
Consommations cibles en kWh ep /m² .an de différents labels et Normes pour chauffage, eau chaude, climatisation (et éclairage). Pour
nous nous raisonnerons en énergie finale pour le chauffage.
D) Connaître L ’Habitant & ses conforts
hygrothermiques d'hiver et d ’été : Taux d’hygrométrie de l’air de l’ordre de 50%
Température de confort: Variable de 17 à 26°C
Relation entre la température et l ‟humidité ,
Rel. entre la température intérieure et extérieure:
19°C intérieurs: pas la même sensation l‟hiver et l‟été.
Le Confort acoustique : Limité par la présence
de la pollution sonore.
Le Confort visuel: Limiter l‟éclairage artificiel, éviter
l‟éblouissement, profiter d‟une bonne répartition de la
lumière naturelle
Le Confort olfactif : Lié au système de renouvellement de l‟air. le facteur majeur du taux de renouvellement : l'humidité rejetée dans l'air.
1 : problèmes de sécheresse./ 3 : développements d'acariens.
2 et 3 bactéries et micro-champignons./
En visant ces conforts on vise en plus une maîtrise durable à long terme.
Chaleur produite
par le corps
Chaleur dissipée
par le corps
±1°C ±1,5°C ±2,5°C±2°C
±3°C
±4°C
±5°C
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
2.0
2.2
2.4
2.6
2.8
3.0
3.2
0.00 0.25 0.50 0.75 1.00 1.25 1.50 1.75 2.00 Clo
Acti
vit
é [
Met]
.
35
60
85
110
135
160
Acti
vit
é [
W/m
²] .
10°C12°C
14°C16°C
20°C18°C
22°C
24°C
26°C
28°C
La Température opérative optimale
est fonction de l ‟activité (Met) et des
vêtements portés (Clo sur le
diagramme) pour une température
donnée.
La Température opérative c'est la
Moyenne entre la température de l‟air
Ta et la température radiante Tr :
va
TaaTT raop
25,05,0
)1(
Equilibre du bilan thermique 1ère condition du confort : Equilibre du bilan thermique
a : variable en fonction de la vitesse de l‟air : 2de cause d‟inconfort.
Les écarts des parois
1
10
100
0 10 20 30
Assymétrie de température radiante [K]
Po
urc
enta
ge
d'in
satisf
aits Plafond chaud
Paroi froide
Plafond froid
Paroi chaude
1
10
100
0 2 4 6 8 10Ecart de température tête-pieds [K]
Po
urc
enta
ge
d'in
satisf
aits
.
0
10
20
30
40
50
60
10 20 30 40Température du sol [K]
Pourc
enta
ge
d'in
satisf
aits
.
2ième condition du confort thermique : l ’ Absence d’inconforts locaux
Les inconforts locaux Asymétrie du rayonnement Parois froides> Vitrage > Mur extérieur mal isolé > Plafond et/ou plancher rafraîchissant Parois chaudes> Vitrage ensoleillé > Plafond et/ou plancher chauffant > Emetteur de chaleur rayonnant (luminaires, chauffage, etc…)
Confort hygrothermique de l’habitant: Comment ? Comment atteindre au quotidien un meilleur confort à température égale ou moindre ?
La température ressentie se calcule usuellement par : (T.°C de l ’air + T°C des parois)/2
J'ai froid ! Je monte la température de chauffage de l'air ? Ou j'utilise d'autres voies ?
- j’élimine les causes de courants d’air, les infiltrations sans diminuer la ventilation :
Le courant d’air et la ventilation sont deux choses différentes de par la vitesse de l’air.
Parois froides :
- je mets un tapis sur le carrelage (moins de perte de chaleur par conduction).
- Je mets les doubles rideaux, j'allume un chauffage 'rayonnant'.
J'utilise des matériaux chauds au toucher pour les parements et le mobilier intérieurs : bois, liège, tissus.
frileux? Je baisse progressivement la température sur une semaine
Le confort thermique est aussi psychologique.
> Les couleurs chaudes, la lumière directe et un mobilier chaleureux en bois, jouent positivement.
> La température ressentie comme idéale varie selon les habitudes, les pays et suivant chaque personne…
(22-23°C aux USA et 18-19°C. chez les scandinaves)
• Donc j'adapte mon confort en fonction des autres, par les Habits: je rajoute une couche vestimentaire (un pull) cela
permet d’améliorer immédiatement mon confort thermique.
A partir de 19°C, 1°C en plus c’est 7% de consommation (plus c’est isolé plus la part monte)
Synthèse Habitant- Habitat
Le cahier des charges de l‟habitat avec cet habitant a des paramètres spécifiques.
l La température moyenne : celle de l'air et celle des parois.
L'idéal se trouve à 22C, pour un humain nu. En vivant habillé, cette température baisse entre 19 et 2xC. Température
la moitié de l'année.
Avec la variable vêtements la température en hiver peut être plus basse que 19°C, et plus haute que 22°C l‟été.
En pratique, il faut de la chaleur en plus à partir de 15°C l'hiver, et de la fraîcheur à partir de 27°C l'été.
Mais ça dépend de l‟habitant.
2 la vitesse de déplacement de l'air :
Le logement devra être étanche au vent de manière à empêcher les déplacements d'air trop rapide à l'intérieur pendant la
majorité du temps. Par contre, il devrait pouvoir permettre de laisser passer le vent pendant l'été, surtout la nuit.
3 l'hygrométrie :
L'humidité de l'air reste en zone de confort pendant une grande partie l'année.
Mais l'habitat doit permette d'extraire les excès de vapeur d'eau que l'habitant dégage naturellement.
Pendant l'été ce n'est plus nécessaire (l'air absorbe l'excédent de vapeur d'eau)
Mais l'hiver il faut empêcher le vent de traverser l'habitat : l'habitat doit être étanche à l'air, pas à la vapeur d'eau.
protection contre la pluie : Ici la pluie est généralement trop froide. L'habitat devra donc nous protéger contre la pluie, en
toute saison.
Codification des pièces selon l'activité:
La position de la pièce dans la maison, sa taille et son volume vont influencer sa température.
Il sera donc judicieux de faire en sorte que les pièces pour des activités génératrices de chaleur ne soient pas déjà
naturellement chaudes, et qu'au contraire les pièces d'activités calmes le soient.
Deux cas particuliers : la salle de bain et la chambre.
La salle de bain est un lieu d'activité physique qui dégage de la chaleur de part les usagers mais également de part la
chaleur de l'eau utilisée, cependant, on y est souvent nu, ce qui fait monter le seuil de température de confort.
La chambre est un lieu d'inactivité physique (la plupart du temps) mais l'habitant au repos a un seuil de confort
plus bas car la température du corps s'abaisse légèrement pendant la nuit et le métabolisme ralenti.
Les variables „Habitant‟ Objectif : réduire les consommations en augmentant le confort.
Le fond du travail: Ici totalement localisé… - Entre les habitudes de confort inscrites depuis l‟enfance -Les âges , l‟état de santé, les données du mode de vie d‟une famille,
-Il faut encourager les adaptations « habitant-solution technique» qui soient pérennes, adoptables vraiment par l‟habitant car ne remettant pas en cause vraiment ses habitudes de confort. - Comment connaitre la « solution technique » adaptée ? Quand on connait en détail le problème « fonctionnel » d‟adaptation. - le „comportement‟ est scénarisable et les «composantes techniques» articulables et déclinables en un ensemble de simulations dont on analyse les résultats.
L‟habitat :qu‟est ce qui devient sensible ?
• Sous 110 kWh/m².an, quest ce qui fait la différence au niveau du confort ?
• Evaluer l ‟importance des pré dispositions bioclimatiques des murs
Logement avec murs à forte inertie, déphasage et amortissement. En rouge température à l ‟extérieur. En bleu, à l ‟intérieur. En été, il reste frais à midi , le pic de chaleur amorti arrive à minuit. Le confort d ‟été est largement garanti dès que l ‟inertie est associée à de la surventilation nocturne. Au niveau chauffage la maison inerte se pilote comme le Titanic …
Sans inertie : Privilégier les usages en zones selon l‟orientation: Au Nord pièces de repos et tampons, Au sud pièces de vie. Au niveau chauffage la maison se pilote comme un catamaran.
Voir et penser Bioclimatique
• La conception bioclimatique: ensemble de stratégies d’hiver et d’été. Le but : trouver le meilleur compromis entre les deux principes par une gestion fine des variations.
• Comment: exploiter au maximum les variations de température extérieure, et son déphasage avec la température intérieure sur chaque élément du bâtiment. Combien: Les solutions bioclimatiques consomment très peu d’énergie, en valorisant principalement des actions passives. Mais leur installation nécessite d’intégrer de multiples paramètres tels que le climat, l’environnement extérieur et également le comportement de l’habitant
Avant 1918, cela faisait partie de la culture locale du bâti. Ici on utilise des outils de simulation pour évaluer l’impact localement.
Habitat: Hyperisolée ou passive ?
‘ Passif ‘ signifie dont le fonctionnement ne nécessite pas d ’élément actif (moteurs, chaudières) En ‘ passif ’ on réduit la période de chauffage en optimisant le captage de l’énergie solaire ou autre. L ’objectif bioclimatique est de réduire la durée du chauffage, pas de l ’éliminer, en jouant bien il est possible d’égaler les performances d’un habitat très isolé avec une approche plus ‘low-cost’.
La surface orange (total chauffage) est égale entre ‘ hyperisolée’ et ‘solaire passive’, mais l’approche passive se passe difficilement de l’intervention de l’habitant qui doit adapter.
Habitat: Importance des critères
Critère importance en hiver importance en été
Isoler diminuer les pertes thermiques
Isoler est essentiel en hiver pour diminuer sa consommation de chauffage
Isoler n’est pas prépondérant en été car il y a assez peu d’écart entre les températures extérieures et intérieures moyennnes
Accumuler diminuer les variations de température intérieures
Accumuler est un "plus" l’hiver pour capter les rayonnements solaires du midi, éviter les surchauffes, puis restituer le soir cette chaleur solaire accumulée, ce qui évite de rallumer le chauffage.
L’inertie est importante l’été pour accumuler la fraîcheur nocturne et la restituer le jour comme le pain de glace d’une glacière
Déphaser diminuer les effets des fortes variations de températures extérieures
Déphaser n’est pas utile l’hiver car les températures extérieures sont inférieures aux températures intérieures tout au long du cycle de 24h
Déphaser est très important en été pour de réduire les effets des fortes variations de température extérieure durant le cycle de 24h
On voit que ce qui est important l’hiver ne l’est pas l’été et vice versa. L’hiver on s’isole et on accumule le rayonnement via les fenêtres, l’été on déphase via l’existence de matériaux à forte inertie, et on sur ventile la nuit pour récupérer de la fraîcheur.
phénomènes d'alternance l'alternance du jour et de la nuit.
En règle générale, la nuit est déficitaire en chaleur, en toute saison, et le jour excédentaire, en toute saison.
L'habitat doit être capable de garder l'excédent du jour pour le restituer la nuit et réguler les écarts entre les deux.
L'été est excédentaire en chaleur, l'hiver est déficitaire.
Dans l'idéal, l'habitat stocke la chaleur d'été et la restitue en hiver. (En pratique le Puits Canadien à 2,5 m est saisonnier, la maison troglodyte est annuelle)
Le rayonnement est directement proportionnel à la durée d'ensoleillement.
Ici le rayonnement est en grande partie diffus et non direct, cela modifie sa répartition et la sensation qui en découle. Rayonnement solaire * température de l'air : suffisant en intersaison, insuffisant en hiver et excédentaire en été.
Donc l'habitat doit maximiser les gains en hiver, les réduire à néant en été, et être perméable au rayonnement en intersaison.
Il est indispensable de penser bioclimatique même avec des logements construits des années 70.
Habitat : Les pré-dispositions ‘ fenêtres ’
Gains solaires par ciel clair en double vitrage.. ensoleillement quotidien /l ’orientation
la pièce maîtresse de la stratégie de récupération des calories solaires
L ’approche bioclimatique cherche à raccourcir la saison de chauffe: Ici pour du Double Vitrage:
L’apport d ’Octobre et Mai égale les déperditions, même chose pour Novembre, Mars et Avril avec du Nouveau Triple Vitrage?
En étape intermédiaire penser toujours ‘ apport ’ et ‘ déperditions ’ suivant l’orientation , remplacer des menuiseries d’abord là où c ’est indispensable ( ex: Simples Vitrages au Nord ).
Toujours privilégier le Sud sur le long terme ...
Habitat : comparatif des apports actif/passif
Déperditions: 1 m² de simple vitrage = 10 m² de mur isolé. Un vitrage récent = 2/3à 2/5 (DV) à 1/5 (TV) de déperdition d ’un Simple Vitrage.
Soit 4,5 à 6,5 m² en DV et 1,8 m² en TV d’équivalent de mur isolé.
Stockage de chaleur d ’hiver : Utiliser des matériaux et composants aptes à la stocker (Exemple: carrelage sombre)
Les Fenêtres : Un moyen simple de capter du kWh sans trop en perdre lorsqu’on sait jouer avec, même avec du simple vitrage.
qualité Capteurs solaires (actifs) Baies vitrées (Passif)
Productivité 350 kWh/m².an maximum 500 kWh/m².an maximum
Coût 1000 € par m² de capteur 150 € /m² meilleurs vitrages
Déperdition de chaleur
l’hiver
Inchangée à réduite Augmentée, la vitre remplace un mur isolé.
Apport de chaleur l’été Très peu augmentée Augmentée le jour si on ne ferme pas les volets
Masque Très peu affectés par les masques Un vitrage mal disposé peut être à l’ombre l’hiver
Système Relativement complexe Simple et sans dépendance à l’électricité
Risques Surchauffes estivales Chocs, vitre cassée (risque faible)
Fenêtres: en attendant mieux Type vitrage Sud Sud-Est/
Sud Ouest Est/ ouest
Nord
Simple Vitrage Uw= 4,95 W/m².K -75 -86 -137 -203 Simple Vitrage avec une stratégie du quotidien "Volets & rideaux"
-30 à -52 -40 à -60 -69 à -96
-102 à -142
Double Vit. Uw=2,95 W/m².K 41 30 -22 -87
Double Vit. Isolation renforcée Uw=1,8 W/m².K 107 96 45 -21 Double Vit. Isolation renforcée & volets Uw=1,5W/m².K
125 114 62 -4
A proscrire
En attendant mieux, à optimiser avec des rideaux et volets
En attendant vraiment mieux, avec des rideaux et volets
Solution idéale solution possible à faire en priorité
Bilan énergétique de saison froide d'un m² de fenêtre avec menuiserie bois en Ile de France Données cabinet Sidler 2000.
Utiliser les doubles rideaux permet d ’atténuer l ’effet ‘ parois froides ’ donc favoriser la diminution à moyen terme de la température de consigne. Les déperditions diminuent de 30 à 50%.
Question: Vaut il mieux attendre du triple vitrage (U=0,9) ou prendre une solution double vitrage?
Fenêtres : En attendant…
A Lille en Simple Vitrage au Sud le bilan reste positif, d’autant plus si on utilise volets et doubles rideaux. AU nord le DV est obligatoire.
un très bon pouvoir rayonnant I.R.
• Quelques matériaux à faible absorptivité et forte émissivité dans l ’IR : i.e. qui
réémettent beaucoup dans l’infrarouge la chaleur qu’ils reçoivent : Ce sont les
matériaux de choix pour le revêtement intérieur: Ils augmentent la part de
rayonnement.
• on retrouve ce qui à une époque ou une autre a été à la mode en finition intérieure,
est ce par hasard ? Dans les peintures à oxyde métallique, il y avait celle au plomb,
cela explique-t-il cette mode au 19ème siècle? Dans les ‘ matériaux courants ’ le
plâtre et la Chaux sont les gagnants suivis par le papier et la laine. Suit aussi le bois.
Nom Emissivité Absorptivité Ratio
Plâtre blanc 0,91 0,07 7,69%
Peinture à l'oxyde Aluminium 0,92 0,09 9,78%
Chaux 0,94 0,1 10,64%
Peinture blanche Oxyde Zinc 0,92 0,17 18,48%
Peinture blanche 0,91 0,2 21,98%
Papier blanc (cf papiers peints) 0,95 0,26 27,37%
Laine 0,9 0,3 33,33%
Émissivité: un aspect peu connu Une application récente de la forte émissivité I.R. du sulfate de
Baryum : Le condenseur de Rosée…
une station de démonstration de récupération de rosée et brouillard
au Maroc (Mirleft): condenseurs radiatifs en terrasse, toiture et terre
plein. photos Owen Clus
Ici en radiant fortement dans l’infrarouge vers la voûte céleste
la nuit, la température des membranes baisse de 4 à 10 °C par
rapport à l’environnement: Ce qui fait condenser la rosée… en
eau potable (normes sur la membrane plastique).
En savoir plus: http://tiwen.over-blog.com/30-index.html Cf Thèse d ’ OWEN CLUS CONDENSEURS RADIATIFS DE LA VAPEUR D’EAU ATMOSPHERIQUE (ROSEE) COMME SOURCE ALTERNATIVE D’EAU DOUCE à http://hal.archives-ouvertes.fr/docs/00/32/04/50/PDF/ These_owen_clus_condenseurs_radiatifs_vapeur_eau_atmospherique_rosee_source_eau_potable.pdf
applications:
-pour la redistribution de chaleur à travers un mur entre deux pièces d’apport inégal ?
- Pour condenser l’eau d’une pièce froide, trop humide (SdB) tout en augmentant la part du
rayonnement ?
D’une pierre deux coups: On précipite l’humidité là où l’on veut et l’on améliore la part de
rayonnement. Solutions d’un coût ridicule (2€/m²) pour un confort amélioré des lieux.
Tradition, rénovation & bioclimatisme
• Du bioclimatisme à l’amplification de sa portée: • Avant l ’ère des énergies ‘ faciles ’ (charbon, pétrole, nucléaire => avant 1918)
on bâtissait ‘ bioclimatique ’ par tradition, car le chauffage n ’allait pas de soi.
• Le Val de Marne possède des bâtiments de cette époque (murs d ’épaisseur > 40 cm) mais avec l’œil adapté on peut considérer tout aspect bioclimatique de n’importe quel bâtiment. Il existe des composants amplifiant ces possibilités par exemple la ‘ fenêtre basse énergie "bio-climatique" ’, (http://www.bieber-bois.com/medias/ accueil/bieber_news.pdf ) il y a un capital potentiel… mais il faut en valider l ’utilité pour chaque type et chaque bâtiment et logement d ’habitation.
– Exemples de prix de triple vitrage
Type de fenêtres Dimensions cm Prix € hors pose
fenêtre panoramique 2150/1050 890
fenêtre verticale 800/2150 890
fenêtre verticale fixe 800/2150 460
• C’est encore cher, mais l’on a autre chose à faire, et l’on peut attendre que les prix baissent.
Tradition, rénovation & bioclimatisme • Les nouveau composants, ou l ’évolution des
composants traditionnels:
• Fenêtres, parois isolantes,
• Ventilation double flux hygroréglable embarqué sur
une fenêtre en PVC (proposée en double ou triple
vitrage, Uw mini : 0,9). Ventileo permettrait d’économiser
35 % de chaleur par rapport à une ventilation naturelle
existante. Il a aussi l’avantage de résoudre le problème de la
ventilation des maisons anciennes : indispensable lorsqu’on
isole et qu’on renforce l’étanchéité à l’air, notamment en
changeant les fenêtres, elle n’est pas toujours évidente à mettre
en œuvre. Côté prix, K par K annonce 1650 € la fenêtre
de H 130 x L 120 cm, fournie, posée, raccordée. Reste
la question du crédit d’impôt.
• Stop aux fuites d’air dans les doublages isolants:
• Proposée par Schneider Electric, la boîte d’encastrement
Multifix Air réduit de 95 % ces fuites d’air (par rapport aux
boîtiers standard) : des membranes souples (avec prédécoupes
intégrées) épousent parfaitement la gaine ou le câble qui vient
les perforer.
• ils sont chers, mais tout dispose à croire à leur démocratisation dans la décennie à venir.
Système Ventileo vu depuis l'extérieur
Makrolon® Ambient S2S-25 est une plaque de polycarbonate a double parois de 25 mm d'épaisseur, remplie de NanogelR. Elle combine une isolation thermique hors pair, une force portante remarquable, une transmission élevée de la lumière et une excellente résistance aux intempéries. La plaque est légère, résistante aux chocs et très facile a poser: Coefficient d’écoulement thermique : 0,98 W/m2 K (soit un très bon Double Vitrage.) Taux de transparence clear 1060 : env. 59 %
Habitudes: Le côté actif
• Les gestes pour optimiser l ’apport solaire ou garder le frais.
- Gérer l ’ouverture/fermeture des volets et rideaux les journées d ’hiver et d ’été.
- et celle des fenêtres les nuits d ’été
- La programmation du chauffage:
Conduite douce et anticipée du chauffage en fonction de l ’inertie du logement
et gérer une température différenciée entre les pièces, suivant les usages et les périodes dans la journée.
HABITS: une autre forme, réside dans l’art de se couvrir en fonction de la saison.
Nous sommes en dimension active: Des actions sont faites pour ‘ adapter ’.
L ’action des habitants devient essentielle à l ’optimisation du fonctionnement de l ’habitat. Quel en est l ’impact ? Dans quelles proportions ?
Conséquences pour la conception et le Label
Comment prédire le confort qui régnera dans un logement rénové et ses consommations:
Comment améliorer l’existant pour avoir un logis offrant "de lui même" un bon confort.
Il y a un ordre dans cette phase de mise en amélioration:
1) à ce stade cela devient largement dépendant de l’interaction entre l’habitant et l’habitat :
D’une intelligence commune.
2) Le ‘comportement’ va se stabiliser autour d’une pratique acceptée lors d’un
accompagnement, du ‘confort’ on passe à ‘l’ambiance’ notion scotchée à l’habitant.
3) On peut y adjoindre APRES COUP des dispositifs techniques pour en augmenter
l’efficacité. Et pour en choisir et calculer l’effet amplificateur. 4) Pré-dimensionner et pré-positionner les systèmes de chauffage et de rénovation lourde
(2nde phase des travaux) en fonction du confort à obtenir et de la cible à atteindre.
5) Il est possible alors de calculer avec les composants prévus pour la seconde phase, le
niveau de consommation final. Et en plus de prévoir la résistance de l’ensemble aux canicules
et aux grands froids.
Tout cela n’est possible que dans une démarche d’accompagnement rapprochée.
Les outils Les différents niveaux de validation existants
• Recommandations D.P.E. à l ’unité, pour chaque logement.
• Simulation dynamique pour chaque type d ’une ‘ typologie thermique ’, puis solution
généralisée (Démarche Cible).
• Simulation dynamique pour un site unique avec cahier de l’habitant (formation de
l’habitant). = 4000 à 6000 €.
• Simulation dynamique ‘ théorique ’ pour un ensemble ‘ type de bâtiment * zone
climatique ’ (a) puis rejeu (très rapide) pour un bâtiment réel . Et cahier de ‘ pilotage ’.
• Est ce ‘ utile’ de faire une simulation dynamique ? L'objectif de la simulation n'est pas de trouver un résultat mais d'optimiser un projet.
Quand on cherche à avancer avec des ressources réduites, c’est une approche. Une fois le bâtiment saisi, on n’en tire pas un résultat pour le chauffage et plein de
chiffres incompréhensibles. Le projet saisi et simulé, on peut chercher le comportement
le plus satisfaisant, et les gains que génèrent les autres choix que l'on aurait pu faire.
(a) Mais il y a plus de 10 000 types de logements en France (voir Enerter ®
http://www.enerterweb.com ou http://www.energies-demain.com) EnerterWeb® permet un
diagnostic énergie-climat détaillé du secteur résidentiel pour tout territoire en France
métropolitaine.
La simulation thermique dynamique • Elle consiste à évaluer le comportement d'un
bâtiment et de ses équipements en fonction des variations horaires de ses modes d'occupation et de la météo du site.
• Le champ d'application, cela sert à :
- à concevoir un habitat confortable minimisant les besoins énergétiques, et annulant les besoins en rafraîchissement .
- Recourir aux énergies renouvelables.
- à donner des réponses sur le coût global du projet et la satisfaction des occupants ;
-une étude dynamique, c'est avant tout un outil pour aider à faire des choix.
Ce calcul est un moyen des les argumenter en étudiant leur intérêt et impact.
-C’est aussi le moyen de prendre en compte la dimension du maître d’usage.
• Source FIABITAT: http://www.fiabitat.com/
• Dans un contexte ‘bâtiments à basse et très basse consommations’ le
diagramme compare les besoins de chauffage bruts en kwh selon les
deux méthodes de calcul, en bleu la RT et en rouge la STD. En
fonction des projets, on observe des différences qui vont de -33% (4) à
+339% (5).
• Il y a quasiment toujours une sous estimation des besoins de chauffage
du logiciel réglementaire .Les différences sont variables selon les
projets et leurs spécificités.
Un des projets est au contraire surestimé par la RT.
• Ces différences sont extrêmement considérables. On peut se poser des
questions, en comparant le résultat annoncé par la RT à sa
consommation réelle qui est plus de deux fois supérieure
• En 4) maison solaire bioclimatique ( 19 kWh/m².an centre de la
France) chauffée avec un poêle à bois.. les besoins de chauffage sont
largement surestimés par le logiciel RT qui ne tient peu compte de
l'inertie comme facteur de réduction des besoins de chauffe.
En 5) Maison Passive (centre de France)
• En 6) maison basse consommation (sud) (29 kWh/m².an)
• En 7) une différence sur une maison BBC RT
• En 9) une maison standard BBC : les estimations sont similaires.
Est ce utile de faire une simulation dynamique ?
Comparaison besoins de chauffage en kWh
selon méthode RT 2005 (3CL) et STD
(simulation Thermique Dynamique)
La réponse pourrait être: ça dépend de
quelle distance, liberté de solution on va
vouloir prendre par rapport au standard
( la norme RT2005 est centrée vers de la
sur-isolation sur mur de 20 cm)
Par rapport à un DPE, pour donner des réponses sur le coût global du projet et la satisfaction des occupants
Est ce „ Utile‟ de faire une simulation dynamique ?
• Par exemple pour changer de vitrage ? Dans la recherche du juste équilibre (ou optimum), une approche globale qui prend en compte :
• le niveau d’isolation,
• la situation géographique, l’orientation des fenêtres permet de mesurer l’apport réel d’un triple vitrage sur le bilan énergétique total.. Et sur le CONFORT. C ’est d’autant plus pertinent que murs et toitures disposent d’une isolation performante.
• Exemple: quelle est l’économie en chauffage réalisée sur 5 ans, pour un ensemble habitudes* habitat (comportant des triples vitrages).
• à quel coût de fenêtres triple vitrage on obtient le retour sur investissement ?
• Il faut intégrer le prix de la simulation: Une simulation dynamique avec préconisations coûte de 40 à 60 fois le prix d ’un D.P.E.
• A moins de …ne pas refaire toute l ’étude pour un ou plusieurs bâtiments similaires (même situés en d ’autres régions): Les bâtiments sont saisis au niveau national une fois.
• Ici, peut on trouver des solutions plus économiques, que de systématiser la climatisation ?
Energie de climatisation pour le mois de juillet à Carpentras pour différents angles de rotation du bâtiment par rapport au sud.
Un exemple • Un exemple combinant bioclimatisme, simulation
dynamique et composants nouveaux: En
simulation les deux fenêtres ci contre, installées
avec du triple vitrage haute performance à Nancy
en direction Sud Ouest, apportent 950 kWh utiles
pendant la saison de chauffage pour 52 m².
• Avec une isolation intérieure (avec retour) de 10
cm de laine de bois, une correction raisonnable
des infiltrations, le logiciel de simulation indique
que la saison de chauffage est passée :
• de fin Septembre à début Mai,
• A début novembre à mi- mars
• soit une réduction de 40% ou 3 mois.
• En île de France à Paris la saison est similaire:
Elle va du 1er octobre au 20 mai, l’année dernière
elle était à 2 243 DJU et il a fait 1% moins froid
l’hiver 2009-2010 qu’en 2008-2009.
Un exemple de Stress Test sur critère de confort d ‟hiver • Le confort d'hiver les éléments déterminants
Les critères du confort thermique d'hiver sont:
• température des murs : 22° +- 2°
• humidité relative : entre 40 et 60%
• température du sol : de 19° à 24°C
• vitesse de l'air inférieure à 0,15 m/sec
• la différence de température entre 2 murs d'une
pièce doit être inférieure à 10°C.
• la différence de température entre le sol et le
plafond doit être inférieure à 10°C
• la stratification de la chaleur est inconfortable :
pas plus de 3°C de différence entre la tête et les
pieds des occupants.
Le stress Test »Grand froid niveau 2 » va consister à mesurer le nombre d ’heures
pour un logement précis avec des ressources chauffage limitées, où ces conditions
ne sont pas respectées pendant 1 semaine de « grand froid » (avec le scénario
climatique prévu pour)
Un exemple de Stress Test sur critère de confort d ‟été
• La CANICULE 2003 de METZ en zone très critique.
• En simulant avec 4 personnes dans l’appartement vu ci dessus et un niveau d’émission des appareils de 2 W/m² , et le scénario climatique de Metz 2003 …. Il faut atteindre une surventilation de 9 volumes heure pour avoir les températures de Mai à Août qui s’alignent correctement dans le diagramme de Brager.
• Ce diagramme indique le confort thermique ressenti pour une température intérieure en fonction de la température extérieure. Pour être ‘bien’ il faut que les points de mesure soient entre les deux lignes.
• On obtient une déroute en conservant une sur-ventilation à 5 vol/h et stratégie volets... pratiquement la moitié des points ne se trouve pas entre les deux courbes.
• en prenant un volume de surventilation de 9 volumes heure toute la nuit et une « gestion de volets du mois d'août » au sud et au nord: On arrive à rendre l appartement vivable. Sauf que à 9 volumes /heure c est une soufflerie.
en Juin Juillet Août 2003 a 5 vol/heure
Juillet & Août 2003 à 9 volumes/heure
Pourquoi des Stress Tests ? Eté 2003 : La petite couronne d’ ile de France est particulièrement touchée
271% de mortalité en val de Marne, 260 % en Seine St Denis et Hauts de Seine: Des départements où le taux d’habitat collectif de grande ampleur est particulièrement important. Le rapprochement est il judicieux ? On ne peut passer à côté de ce nouveau type de „Taudis‟ tout au moins de „mal vivre‟. Mesurer c‟est déjà chercher une solution.
C‟et déjà pointer là où ça fait mal.
Et mesurer c‟est prévenir : Il existe des solutions collectives „peu coûteuses‟ comme le stockage de coulis de glace…
Est ce „Rentable‟ de faire une simulation dynamique?
•Si l ’on peut dégager, pour un bâti, 5000€ de gains
relatif sur le chauffage en 10 ans, Oui. •Si l ’on peut dégager 100 € de gain relatif sur le
chauffage en 10 ans, mais pour 50 bâtiments
identiques (sur la France) Oui.
•Si l ’on peut débloquer une situation par l ’effet du
‘ Green Value ’, c ’est selon l ’interprétation des
décideurs.
•Si l ’on peut faire émerger des solutions neuves
(grâce aux nouveaux composants) qui donnent la cible
80 kWh ep /m².an à coût maîtrisable OUI car il y a
Green Value.
Outils: Les plans d’expériences
• La méthode des plans d’expériences, outil d’aide à l’expérimentation, s’applique au stade de la mise au point et l’optimisation d’un produit ou
procédé formalisables et d’expérimentation Elle optimise le rapport coût/performances
•Utilisée au Japon dès les années 70, c ’est un élément qui a permis à son industrie automobile de fournir des véhicule de qualité constante, avec un rapport Qualité/prix optimal, et d’inonder le marché mondial.
•utilisable dans le domaine de la rénovation thermique ? OUI
• Avec 8 paramètres en entrée on diminue de 21 fois le nombre de simulations à effectuer.
Les Plans d ‟Expérience : Vers un optimum entre conforts
• Extraits de la thèse de Caroline
Flory Cellini *
• maison individuelle des années 1950 à
1975 : Le bâtiment de référence de 1966 a
été réalisé par le Ministère du logement.
• Il est constitué de 3 niveaux : le sous-sol,
le rez-de-chaussée (séjour, pièces de
service, chambres 1 à 3) et d’un étage
(chambres 4 et 5, greniers 1 et 2 et
placards surface habitable de 120m². • Simulation effectuée pour Lille.
• Légende: • TIM = Isolation des Murs
• FP =Fenêtres performantes
• Toiture = isolation du toit
• Plancher = Isolation du Plancher Bas
• Serre = adjonction d ’une serre en facade Sud.
• VN = ventilation naturelle
• MCP = matériaux à changement de phase (inertie
artificielle).
►Certaines combinaisons ne sont pas ‘ évidentes ’
►L ’ajout de ‘ travaux ’ supplémentaires est en contexte peu améliorant ou même contre performant. (Ex: Plancher, puis Serre)
* cf http://www.edf.com/fichiers/fckeditor/Commun/Innovation/theses/TheseFloryCelini.pdf
Maison individuelle à Lille Besoins de chauffage (kWh/m²) Bâtiment non rénové
TIM + Toiture
TIM + FP
TIM + FP + Plancher
FP + Toiture + Plancher
TIM + Toiture + Plancher
TIM + FP + Toiture
TIM + FP + Toiture + Plancher
TIM + FP + Toiture + Serre
TIM + FP + Toiture + Plancher + Serre
différentes solutions pour la maison individuelle située à Lille
Les Plans d ‟expérience: un cheminement vivable
Besoins de chauffage (kWh/m²) Bâtiment non rénové
TIM + FP TIM + FP + Toiture + MCP + VN TIM + FP + Toiture TIM + FP + Toiture + Stores TIM + FP + Toiture + VN TIM + FP + Toiture + Stores + VN différentes solutions pour la maison individuelle située à Marseille
• Sur Marseille on n’a plus exactement les mêmes solutions, et certaines se valent;
Les solutions plus coûteuses et contre performantes sont éliminées à ce niveau.
En privilégiant la performance chauffage en 1ère «étape » avec investissement plus ou moins prononcé:
Deux cheminements différents en 2 étapes
TIM + Toiture + Plancher : investissement ‘sobre’ TIM + FP + Toiture : investissement ‘fort’
TIM + FP + Toiture + Plancher
Eléments Pour la décision:
A Lille: La voie de gauche avoisine 160kWh/m².an en chauffage celle de droite 110 kWh/m².an soit 30% de différence .
Sachant que l ’on a déjà diminué la consommation initiale de plus de moitié. La seconde étape grignotera encore de 14 à
40% (15 à 65 kWh/m².an ) soit 5 à 21% de la consommation initiale
. Les conforts d ’été obtenus se valent. En étape finale il est encore plus prononcé.
D ’après la thèse de Caroline Flory Cellini
Les Plans d ‟Expérience: un optimum entre conforts
Bâtiment non rénové
TIM + Ventilation naturelle
Fenêtres performantes + Ventilation naturelle
Fenêtres performantes + Calfeutrement + Ventilation naturelle+ Inertie
Fenêtres performantes + TIM + Ventilation naturelle
Fenêtres performantes + TIM + Ventilation naturelle + Inertie
Fenêtres performantes + TIM + Calfeutrement + Ventilation naturelle+ Inertie
Fenêtres performantes + TIM + Ventilation naturelle + Calfeutrement
Fenêtres performantes + Calfeutrement
Bâtiment collectif Lille
• Extraits de la thèse
Le logement retenu : Sa typologie se rapproche de celle de
l’immeuble ouvrier qui est décrit par (Graulière, 2005)
comme s’inscrivant dans la continuité de l’immeuble de
bourg et formant le tissu ancien des villes sur la fin du
XIXème siècle et début du XXème siècle. Simulation effectuée pour Lille.
En collectif, trop de performance
en isolation tue le confort d ’été
>Certaines combinaisons satisfaisantes
des deux points de vue, sont identiques
pour une somme de moyens différente.
On peut choisir un optimum
Coût*performance.
En collectif le confort d ’été est plus
‘ fragile ’ qu’en individuel.
D ’après la thèse de Caroline Flory Cellini
Les Plans d ‟Expérience : un cheminement vivable
• En première étape on réduit de près de moitié la consommation de chauffage.
Le choix de la première étape dépend fortement de l ’importance accordée au confort d ’été.
• Sur Marseille : en 1ère étape, on n ’a pas du tout les mêmes choix.
D ’après la thèse de Caroline Flory Cellini
En collectif sur Lille: Les solutions alliant le Confort d’été à celui d ’hiver à chaque étape.
Etapes à ne pas faire: TIM tout seul ; ou « Fenêtres performantes + TIM » Car il n’y a plus de confort d’été ;
Deux cheminements différents en 2 étapes pour collectif Lille
TIM + Ventilation naturelle Fenêtres performantes + Ventilation naturelle
TIM + Ventilation naturelle + Fenêtres performantes
TIM + Stores Stores + Fenêtres performantes
TIM + Ventilation naturelle + Stores + Fenêtres performantes
Synthèse outils
la simulation dynamique est recommandée
• Dès qu’on vise un objectif basse consommation prenant en compte beaucoup de paramètres,
dont l’inertie, l’orientation des vitrages et le comportement de l’habitant.
• Dès qu’on vise un objectif de comportement minimal en cas d’écart climatique.
• Lorsqu’on désire trouver un compromis économique entre plusieurs décideurs
associé à un ou plusieurs bouquets de travaux.
les plans d‟expérience sont recommandés
Dans la recherche de solutions satisfaisantes et non plus optimisées.
• Dès qu‟on vise un équilibre entre conforts, avec plusieurs solutions
• Dès qu‟on vise des étapes équilibrées entre les conforts,
• Dès qu‟on cherche les meilleures garanties en cas d‟écart climatique.
• Dès qu‟on cherche à tester l‟impact réel de différentes solutions complexes
où est simulé le comportement réel de l‟habitant. Que l‟on veut vérifier
jusqu‟à quel point on peut descendre en consommation pour un interaction
donnée de l‟habitant avec l‟habitat avec de multiples aspects.
Les outils du maître d’usage Outils d'aide : Pour apprendre à piloter son logement, des outils sont possibles grâce à
l'existence de la puissance de calcul actuelle: Comme 'un disque des ouvertures'. L‟on connait pour le logement, pour la pièce, le type de vitrage, sa surface son orientation , les masques solaires existants , puis son ou ses usages, les horaires moyens d‟utilisation, l‟existence de volets et rideaux.
Inspiré du disque de stationnement en zone bleue, il permettrait de prendre des habitudes ajustées au contexte du logement: pour les ouvertures et fermetures des volets et occultations, les consignes de chauffage en fonction des orientations d'ouvertures et heures de la journée.
Exemple : fenêtres à double vitrage à verre clair d'une chambre d'enfant avec bureau, donnant à l'est, Données sur disque: la semaine du 13 décembre, soit semaine N° 50;
- température extérieure 3°C le matin et ciel dégagé, activité scolaire. Le disque indique Ouverture 7h44 – fermeture : avant 16 heures. Soit un peu plus de huit heures de bilan positif.
Les outils du maître d’usage l‟usager pilotant son habitat a besoin de retour quasi immédiat pour savoir si ses gestes sont efficaces, s'il a su
aborder tel virage, quelle est l‟ampleur de telle mesure…
Cependant, en attendant d‟avoir un fonctionnement interactif, il est nécessaire de disposer d‟une méthode qui puisse à la fois être utilisable pour des logements non équipés d‟internet et ceux qui le sont, comme le suivi hebdomadaire des consommations par la „signature Energétique’ .
La signature énergétique des bâtiments est un graphe qui présente les consommations énergétiques en fonction des degrés-jours observés. Normalement, une signature énergétique doit déboucher sur un graphe où les points se concentrent autour de la droite.
Cela permet de mesurer l'efficacité d'une intervention, d‟une modification de comportement et un suivi énergétique des logements analysés.
1) Une faible dispersion des points autour de la droite signifie que la régulation fonctionne correctement. 2) Un point isolé qui s‟écarte fort de la droite peut être conséquent à une erreur de lecture d‟un appareil de mesure, une erreur de comptage ou d‟encodage. Plus grave, il peut s‟agir d‟une défaillance menant à une dérive de la consommation. 3) Un ensemble de point aléatoirement dispersé autour de la droite signifie en général que la régulation est défaillante, mal réglée voire même inactive ou absente.
Conclusions
• Le LABEL „intermédiaire‟, une solution possible :
• Par la mesure à moyen terme des solutions habitant-habitat la dimension
„comportement de l‟habitant‟ devient stable. Cette dimension oh combien
importante, variable et imprécise lorsqu‟on descend vers de la très basse
consommation est cernable et permet de choisir les améliorations adaptées.
• avec l‟adoption des mesures techniques adaptées aux “habitudes minimales
acceptées” de l‟habitant pouvant garantir l‟objectif de performance en
consommation.
• En pouvant simuler avec des composants existants mais chers, les futures
performances sont connues et optimisées (sous réserve de maîtrise d‟étanchéité),
et garantissent un objectif de résultats. En y ajoutant des contrôles de „stress test‟
ce label répond en plus à une mesure sur les conforts minimaux en cas d”écart
climatique”.
• En permettant une gestion répartie dans le temps des améliorations ce label suivi par organisme certificateur permet à tous d‟aboutir à une valorisation de leur habitat selon leur moyens.