simulation thermique dynamique - fiabitat

Projet ECOLE JANVILLESimulation thermique 1/60

SIMULATION THERMIQUE DYNAMIQUEBilan des performances thermiques

d'une école primaire et pistes d'amélioration des performances énergétiques

COMPRENANT : ➢ Introduction➢ Résumé du projet et synthèse des résultats➢ Hypothèses de calcul➢ Simulation thermique dynamique➢ Conclusion

DATE : Réalisé le 05/12/2009 – modifié le 18/12/2009 – modifié le 04/03/2010Dossier saisi et suivi par Frédéric LOYAU

PROJET : Ecole primaire La pierre levée

Grande rue, Janville sur Juine

ETUDE REALISEE PAR :FIABITAT CONCEPT

Ecoparc d'affaires, Domaine de Villemorant41210 Neung sur Beuvron

FIABITAT CONCEPT – Bureau d'études Construction et ingénierie écologique – SCOP ARL à capital variable Ecoparc d'affaires, 41210 NEUNG SUR BEUVRON – Tel : 02 54 94 62 10 / Fax : 02 54 94 62 18

www.fiabitat.com – [email protected] - SIREN : 450 274 295 – APE : 7112B


SOMMAIRE1 - MODELISATION 3D.................................................................................................................................6

zones thermiques ......................................................................................................................................................6zones thermiques ......................................................................................................................................................7niveau rdc..................................................................................................................................................................8visualisation 3d..........................................................................................................................................................9principe du zonage effectue....................................................................................................................................10

2 - SYNTHESE DES PRECONISATIONS.........................................................................................................11note sur les performances énergétiques à l'état existant.......................................................................................11

3 - RESULTATS DU BATI EXISTANT (CALCUL DYNAMIQUE)........................................................................13classification énergétique........................................................................................................................................14

4- ANALYSE THERMIQUE DE L'ECOLE - ETAT EXISTANT.............................................................................15résultats de la simulation thermique......................................................................................................................16diagramme de sankey .............................................................................................................................................17temperatures maximales (°c)...................................................................................................................................18

5- SOURCE D'OPTIMISATION N°1...............................................................................................................19problématique.........................................................................................................................................................20amelioration possible..............................................................................................................................................20impact énergétique de l'amélioration.....................................................................................................................21introduction a l'analyse du confort d'été................................................................................................................22problématique.........................................................................................................................................................22amélioration possible..............................................................................................................................................23impact énergétique de la surventilation.................................................................................................................24impact énergétique d'un remplacement des vitrages facteur solaire à 25%..........................................................25impact combine surventilation + remplacement vitres toiture + occultation vitrage fixe en façade.....................26en conclusion...........................................................................................................................................................27

6 - SOURCE D'OPTIMISATION N°2..............................................................................................................28en introduction........................................................................................................................................................29impact des choix et analyse.....................................................................................................................................33tableau de synthese des performances...................................................................................................................34classification energetique........................................................................................................................................35

7 - SOURCE D'OPTIMISATION N°3..............................................................................................................36introduction.............................................................................................................................................................37besoin de chauffage.................................................................................................................................................38comparaison optimisation 2 et 3............................................................................................................................39tableau de synthese des performances optim 3.....................................................................................................40classification energetique........................................................................................................................................41

8 - VARIANTE 2...........................................................................................................................................42introduction.............................................................................................................................................................43principe 1.................................................................................................................................................................44principe 2.................................................................................................................................................................45notre avis.................................................................................................................................................................46

9 - ANNEXES : HYPOTHESES DE CALCUL DETAILLEES.................................................................................47station météorologique...........................................................................................................................................48surfaces....................................................................................................................................................................48composition de parois ............................................................................................................................................49ponts thermiques ....................................................................................................................................................52designation des ouvrants et fermetures.................................................................................................................53scénarios d'occupation des lieux (% occupation)....................................................................................................54




scénarios d'occupation des lieux (% occupation)....................................................................................................56scenarios de chauffe................................................................................................................................................57principe de fonctionnement renouvellement d'air.................................................................................................58




EN INTRODUCTION : QUEL EST LE RÔLE DE L'ÉTUDE THERMIQUE DYNAMIQUE ?

Ce qu'elle fait :La simulation est utilisée pour comprendre le comportement du projet en fonction de son utilisa-tion réelle. Cela permet de nombreuses possibilités :– Adapter les compositions des parois en fonction de l'objectif de performance souhaité– Optimiser la conception du projet : surface vitrée optimum et protections solaires, inertie

thermique, isolation des parois, étanchéité et ventilation– Corriger les problèmes mis en évidence par le calcul (ponts thermiques, étanchéité...)– Avoir une idée précise du coût énergétique du projet, en fonction des solutions de chauffage

pressenties, de la puissance calculée et des besoins nets. Cela permet d'adapter les investisse-ments sur les appareils de chauffe en fonction de leur retour sur investissement.

– Déterminer le confort d'été précisément, mesurer la surchauffe et préconiser les adaptations nécessaires au maintien d'une ambiance confortable pendant des périodes caniculaires.

La simulation calcule heure par heure les besoins de chauffe et la température dans toutes les zones thermiques en fonction des hypothèses d'occupation et d'équipements, de fermeture des volets, de ventilation...

Ce qu'elle ne fait pas :– L'étude thermique n'a pas pour but de prédire, au kWh près, la consommation exacte future

du projet. Les besoins que nous calculons sont établis par rapport à une moyenne météorolo-gique et des hypothèses de fonctionnement. Cette procédure donne des résultats fiables mais la consommation réelle varie selon que l'hiver soit plus froid que la moyenne, ou que le bâtiment n'est pas utilisé conformément aux hypothèses. Par exemple, imaginons que les vi-trages au sud soient occultés l'hiver en journée : les besoins de chauffage seront supérieurs au prévisions.

– L'étude dynamique n'est pas un calcul réglementaire. Elle se distingue par le fait qu'elle utilise les paramètres réels d'usage du lieu (contre des hypothèses standardisées dans le cas du cal-cul réglementaire). Aussi, cette étude ne peut pas être utilisée pour justifier que le projet res-pecte la réglementation RT 2005, ou un label Haute Performance Énergétique ou Bâtiment Basse Consommation. Ces deux calculs se complètent.




EN RÉSUMÉ : COMPOSITIONS DU PROJET ET SYNTHÈSE DES RÉSULTATS

Rôle de l'étude : Les compositions sont issues du questionnaire d'étude remis au moment du démarrage du travail d'analyse, et modifiées en fonction des choix issus du rapport d'orientation (dans le cas d'une analyse thermique uniquement)

MAITRE D'OUVRAGE :Nom :Adresse :

MAIRIE DE JANVILLE SUR JUINE40 grande rue, 91510 Janville sur Juine

PROJET :Adresse :

Travaux :Nature :

Ecole primaire La pierre levée, Grande rue, Janville sur JuineOptimisation énergétique d'une école construite au début des années 80Tertiaire

PROCEDES CONSTRUCTIFS Plancher bas

Superstructure

Toiture classes / bibliothèque / administration : Toiture espaces de circulation :

Vitrages :

Étanchéité à l'air :

Dalle portée sur terre plein isolation 4 cm sous dalle en polystyrène en péri-phérie - chape Maçonnerie blocs béton, isolation intérieure : doublage en plaques de plâtre avec laine de verre coté intérieur des salles de classe, bibliothèque, sanitaires et administration / bardage bois sur tasseaux extérieur salles de classe + enduit extérieur bibliothèque, sanitaires et administrationCharpente poutres lamellé-collé : BA 13 suspendu dessous / laine de verre dedans / couverture rampant zinc à tasseaux dessusCharpente tradi en bois : BA 13 suspendu dessous / laine de verre dedans / couverture toit plat zinc à tasseaux dessus

Menuiseries extérieures en bois double et simple vitrage (suivant localisa-tion) pose en applique intérieure + menuiseries de verrières extérieures en aluminium double vitrage pose en applique extérieur (couverture) + im-postes vitrées et châssis de toit intérieurs

Etat existant : bâtiment très peu étanche à l'air (n50 entre 10 et 15)

SYSTEMES TECHNIQUES Ventilation :

Chauffage :Eau chaude :

Électricité :

Mécanique, VMC simple flux autoréglable dans chaque classe + un ventila-teur d'extraction dans la bibliothèque + une bouche sur extérieur dans les sanitaires profs – VMC existante peu utilisée du fait des contraintes acous-tiquesChaudière gaz : distribution radiateurs haute températureBallons préparateurs électriques dans chaque classe + bibliothèque + admi-nistration. Ballon préparateur électrique pour les sanitaires profs placé dans la chaufferie.Équipement classique




1 - MODELISATION 3D

ZONES THERMIQUES

NOMENCLATURE DES ZONES THERMIQUES

Récapitulatif des zones thermiquesZone Surface (m²) Volume (m3)

CLASSE 5 43.22 m² 144.71 m3

CLASSE 4 43.07 m² 134.23 m3

HALL+DGT HALL 140.76 m² 547.44 m3

CLASSE 1+DGT CLASSE 1 54.85 m² 213.42 m3

DGT CLASSE 2+CLASSE 2 53.97 m² 207.36 m3

BIBLIOTHEQUE 72.49 m² 306.97 m3

CLASSE 3+ATELIER 79.76 m² 254.86 m3

DIRECTEUR 8.59 m² 31.26 m3

INFIRMERIE 6.85 m² 24.40 m3

WC3+WC2+WC1+SANITAIRES+WC4+MENAGE 17.48 m² 50.35 m3

CHAUFFERIE 6.48 m² 23.59 m3

RANGEMENT 7.69 m² 16.83 m3

SERRE 8.52 m² 32.14 m3




MODELISATION 3D

ZONES THERMIQUES

Récapitulatif des piècesZone Pièces Surface (m²) Volume (m3)

CLASSE 5 RDC - 1 - CLASSE 5 43.22 m² 144.71 m3

CLASSE 4 RDC - 9 - CLASSE 4 43.07 m² 134.23 m3

HALL+DGT HALL RDC - 2 - HALL 132.81 m² 516.39 m3

HALL+DGT HALL RDC - 20 - DGT HALL 7.95 m² 31.06 m3

CLASSE 1+DGT CLASSE 1 RDC - 5 - CLASSE 1 45.85 m² 173.67 m3

CLASSE 1+DGT CLASSE 1 RDC - 15 - DGT CLASSE 1 9.00 m² 39.75 m3

DGT CLASSE 2+CLASSE 2 RDC - 3 - DGT CLASSE 2 9.08 m² 19.88 m3

DGT CLASSE 2+CLASSE 2 RDC - 4 - CLASSE 2 44.89 m² 187.48 m3

BIBLIOTHEQUE RDC - 19 - BIBLIOTHEQUE 72.49 m² 306.97 m3

CLASSE 3+ATELIER RDC - 14 - CLASSE 3 42.21 m² 163.64 m3

CLASSE 3+ATELIER RDC - 18 - ATELIER 37.55 m² 91.22 m3

DIRECTEUR RDC - 17 - DIRECTEUR 8.59 m² 31.26 m3

INFIRMERIE RDC - 16 - INFIRMERIE 6.85 m² 24.40 m3

WC3+WC2+WC1+SANITAIRES+WC4+MENAGE

RDC - 7 - WC3 1.54 m² 6.37 m3


RDC - 8 - WC2 1.09 m² 2.38 m3


RDC - 10 - WC1 1.02 m² 2.23 m3


RDC - 11 - SANITAIRES 7.44 m² 16.29 m3


RDC - 12 - WC4 1.35 m² 5.95 m3


RDC - 13 - MENAGE 5.05 m² 17.12 m3

CHAUFFERIE RDC - 22 - CHAUFFERIE 6.48 m² 23.59 m3

RANGEMENT RDC - 21 - RANGEMENT 7.69 m² 16.83 m3

SERRE RDC - 6 - SERRE 8.52 m² 32.14 m3

Note : Les surfaces de zone sont les surfaces thermiques et pas les surfaces notifiées sur les plans du dépôt de permis de construire. Ainsi, les cloisons et murs sont comptées comme interagissant avec les pièces et zones selon la position de l'isolant. Les portes et fenêtres internes ne sont pas modélisées, tout comme les échanges entre pièces chauffées (vide sous séjour, escalier...).




MODELISATION 3D

NIVEAU RDC

Surface : 482.21 m²Volume : 2507.48 m³Surface des parois extérieures brutes : 703.98 m², nette :623.85 m² Nord brut : 143.94 m², net :131.30 m² Sud brut : 138.16 m², net :114.43 m² Est brut : 205.30 m², net :199.58 m² Ouest brut : 216.58 m², net :180.23 m²Surface des parois intérieures : 1520.52 m²Surface des portes extérieures : 1.69 m²Surface des portes intérieures : 33.86 m²Surface des vitrages extérieurs : : 78.43 m² Nord : 12.64 m² (9%) Sud : 23.73 m² (17%) Est : 5.71 m² (3%) Ouest : 36.35 m² (17%)




MODELISATION 3D

VISUALISATION 3D

Nota : la représentation 3D permet d'identifier les volumes des différentes pièces. Le logiciel ne permet toutefois pas un niveau de précision des logiciels d'architecture. Les lanterneaux et la fenêtre de la bibliothèque sont ajoutés dans le logiciel de simulation.




MODELISATION 3D

PRINCIPE DU ZONAGE EFFECTUE

Une zone par pièce principale, pour analyser précisément les causes de surchauffe et zones les plus défavorables.

Hypothèses complètes en annexe




2 - SYNTHESE DES PRECONISATIONS

NOTE SUR LES PERFORMANCES ÉNERGÉTIQUES À L'ÉTAT EXISTANT

Les éléments clés :Le diagnostic du bâtiment ainsi que l'analyse des factures énergétiques nous permettent de dresser un bilan du bâtiment qui servira de base pour les propositions d'amélioration.

La performance énergétique La performance énergétique traduit l'efficacité du bâtiment et donc le coût d'exploitation du bâtiment, pour les charges de chauffage et consommations électriques associées, ainsi que l'éclairage. L'analyse des factures de gaz sur les années précédentes nous montrent des consommations élevées pour un bâtiment construit dans les années 80 puisque le résultat est proche de 230 kwh/m².an pour le besoin de chauffage.

• Ces consommations importantes sont latraduction des faiblesses au niveau de la réalisation de l'isolation du bâtiment, et des nombreux défauts/désordres constatés lors du diagnostic (défaut d'isolation ou vieillissement prématuré, importantes fuites d'étanchéité, qualité des menuiseries, etc-voir diagnostic du 28/10/09).

• Ces consommations mettent également en évidence des usages non-optimisés (optimisation des consignes de températures possible, régulation des consignes en fonction des plannings d'usage des lieux, optimisation de l'usage des fenêtres par les utilisateurs, etc) qui pourraient être mis en oeuvre.

• Enfin, ces consommations traduisent le rendement de génération des chaudières, les déperdi-tions sur les conduits de distribution de la chaleur, les calories perdues pendant le transport de l'énergie, et le choix du mode de diffusion (ici les radiateurs diffusent par convection alors que le volume des pièces est important).

Améliorer la performance énergétique nécessite donc de se pencher sur toutes les sources de déperdition. Nous avons donc élaboré plusieurs scénarios de travaux en fonction des résultats attendus en terme de fac-ture énergétique.

Consommations de gaz en kwh final (estimation GDF SUEZ)

2005 2006 2007 2008

208392 204779 143188 * 201274*Pas de consommation relevée au premier semestre

D'après les services techniques de la commune rencontrés à l'occasion du diagnostic, les deux chaudières gaz disposées dans le local chaufferie de l'école desservent les besoins de chauffage du bâtiment scolaire et un autre bâtiment (maternelle). Dans ce cadre, il est peu évident d'estimer précisément la part de consommation de chauffage liée à chaque bâtiment. Toutefois, même en considérant que l'école ne représente que 60% des consommations de gaz, cela reste une consommation conséquente (230 kwh ef/m².an pour le chauffage de l'école).

Consommations d'électricité en kwh final (relevé facture EDF)

2005 2006 2007 2008

- - 16447 18012




SYNTHESE DES PRECONISATIONS

L'école utilise peu d'appareils consommant de l'électricité (sauf salle informatique), et d'eau chaude prépa-rée par des ballons électriques. Le besoin électrique est donc pour une large part lié à l'éclairage des locaux. On observe une variation saisonnière importante (multiplication par 2 des consommations en hiver par rap-port à l'intersaison).

Pour observer le comportement du bâtiment existant, une première simulation est réalisée pour corréler le besoin de chauffage calculé avec les relevés de consommation constatés.

La simulation place le besoin de chauffage de l'école à 84 871 kwh.




3 - RESULTATS DU BATI EXISTANT (calcul dynamique)

Les chiffres importants :Les besoins bruts de chauffage caractérisent la performance de l'enveloppe, c'est LE paramètre important qui est déterminé par rapport à la conception, les compositions des parois, la qualité de l'isolation, etc. Les coûts de fonctionnement sont présentés en énergie finale, donc après intégration du rendement de l'ap-pareil de production de chaleur.Le calcul des labels (bas de page) donne une indication de la situation du projet vis à vis des exigences prin-cipales.



BESOIN ENERGETIQUE

DéperditionsApports fonctionnement Apports solaires

Surface RDC 129683 13079 30636 85968Surface ETAGE

Surface totale 129683 13079 30636 85968Besoins bruts de chauffage de : 178,36 kWh/m²SHON/an

Production d'eau chaude sanitaire (hors solaire) brute : 550 kWh/an soit 1,14 kWh/m²SHON/anÉlectricité utilisée par les auxiliaires : 322,8 kWh/an soit 0,67 kWh/m²SHON/an

Total des besoins bruts énergétiques de l'ouvrage (chauffage + ECS + ventilation) : 180,17 kWh/m²SHON/an

COÛTS DE FONCTIONNEMENT

Besoins Matériel (rendement) Cout énergie (€/kWh) Energie finale (kWh) Coût (€/an)

Chauffage maisonChaudière Gaz 1987 0,035 €/kWh 132258,46Chauffage électrique 0,109 €/kWh 0,00 €

Eau chaude sanitaire (hors solaire) Chauffage électrique 0,109 €/kWh 550,00 59,68 €

Rafraîchissement

Total Chauffage + ECS + RafraîchissementAuxiliaires de chauffage/ventilation Électricité 0,079 €/kWh 322,80 25,40 €Éclairage 0,00 % lampes éco 0,079 €/kWh 11520,00 906,62 €

ÉlectroménagerÉlectricité 0,079 €/kWh 2500,00 196,75 €

Gaz 0,046 €/kWh 0,00 0,00 €Informatique Électricité 0,079 €/kWh 0,00 0,00 €

Abonnements annuelsEDF 24 KVA Fonctionnement heures creuses : oui 468,57 €

B2I (> 30 000 kWh) 197,76 €Photovoltaïque Capteurs 0,000 €/kWh 0,00 0,00 €TOTAUX 144651,26

Total énergie finale consommée de l'ouvrage (Chauffage/ECS) : 275,54 kWh/m²SHON/an

REGLEMENTATION RT2005 Base réglementaire Cepmax RT 2005 - Objectif zone H1a :130 kwh/m²/an : 277,34 kWh/m²SHON/an

« Besoins bruts de chauffage en kWh/an »

Besoins réels résultants

« Autres besoins énergétiques en kWh/an »

4 629,05 €

4 688,72 €

6 483,83 €


CLASSIFICATION ÉNERGÉTIQUE

Nota : L'étiquette Energie et l'étiquette Emission de Gaz à effet de serre ne peuvent être équivalentes aux disposi-tions concernant la production du diagnostic de performance énergétique portant sur un bâtiment ou partie de bâ-timent neuf qui est exigible pour les dépôts de demande de permis de construire postérieure au 30 juin 2007.



CLASSIFICATION ENERGETIQUE

(En bleu) non comptabilisé dans le calcul comparatif Cepmax RT 2005Énergie ef kWh ep kWh ep kWh/m²/an kg CO2 € TTC

Chauffage maison Chaudière Gaz 1987 132258,46 132258,46 274,40 27774,28Chauffage électrique 0,00 0,00 0,00 0,00 €

Eau chaude sanitaire Solaire thermique 0,00 0,00 0 0,00 €Chauffage électrique 550,00 1419,00 2,94 22,00 59,68 €

Rafraîchissement 0,00 0,000,00 0,00

Total Chauffage + ECS + Rafraîchissement 277,34 kWh 27796,28Éclairage Électricité 11520,00 29721,60 61,66 1152,00 906,62 €

Électroménager : équipement performantÉlectricité 2500,00 6450,00 13,38 150,00 196,75 €

Gaz 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 €Auxiliaires de chauffage/ventilation Électricité 322,80 832,82 1,73 67,79 25,40 €Informatique Electricité 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 €

Abonnements annuels EDF 24 KVA Fonctionnement heures creuses : oui 468,57 €B2I (> 30 000 kWh) 197,76 €

Photovoltaïque Capteurs 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 €Total 354,11 kWh 29166,06

Énergie finale consommée : 275,54 kWh/m²SHON/an (CHAUFFAGE +ECS)Énergie primaire consommée : 277,34 kWh/m²SHON/an (RT2005 =>130 kwh/m²SHON/an max) (CHAUFFAGE+ECS)Dégagement en équivalent CO2 : 57,67 Kg CO2/m²SHON/an

Consommations énergétiques : Production de GES :

277,34 kWh/m²SHON/an 57,67 kgCO2/m²SHON/an

Logement économe Logement peu producteur de gaz à effet de serre

◄◄

Logement énergivore Logement gros producteur de gaz à effet de serre

4 629,05 €

132 808,46 kWh 133 677,46 kWh 4 688,72 €

147 151,26 kWh 170 681,89 kWh 6 483,83 €

≤ 50 kWh A

51-90 kWh B

91-150 kWh C

151-230 kWh D

231-330 kWh E

331-450 kWh F

> 451 kWh G

≤ 6 kg

6-10 kg

11-20 kg

21-35 kg

36-55 kg

56-80 kg

> 81 kg


4- ANALYSE THERMIQUE DE L'ECOLE - ETAT EXISTANT




CONFORT THERMIQUE D'HIVER

L'étude thermique réalisée grâce au logiciel Pleiades intègre toutes les données liées aux performances des différents matériaux employés dans le bâtiment, les ponts thermiques liés aux procédés constructifs mais aussi des scénarios concernant l'occupation des lieux, la dissipation de chaleur par le matériel utilisé et la ventilation des lieux.Le logiciel réalise une simulation dynamique qui détermine, pièce par pièce, les déperditions et les apports solaires (conception bioclimatique) pour obtenir les besoins réels de l'habitat.

RÉSULTATS DE LA SIMULATION THERMIQUE

Modélisation réalisée sous le logiciel Pleiades, à partir des hypothèses précédemment énoncées :

La simulation prend pour hypothèse la dégradation de l'isolation constatée lors du diagnostic ainsi que la surface de fuites d'air mesurée. Nous considérons également que la ventilation mécanique fonctionne toute l'année.Nous obtenons un besoin de chauffage de 85967 kwh, ce qui rapporté au rendement de la chaudière gaz nous donne des résultats proches des factures énergétiques constatées.

Zone Besoins PuissanceChauffage

kWh

Chauffage

kWh/m²

Climatisation

kWh

Climatisation

kWh/m²

Chauffage

W

Climatisation

W

CLASSE 5 10334 239 0 0 4542 0CLASSE 4 8023 186 0 0 3967 0

HALL+DGT HALL 18927 134 0 0 9210 0CLASSE 1+DGT CLASSE 1 9737 178 0 0 4879 0DGT CLASSE 2+CLASSE 2 10026 186 0 0 4918 0

BIBLIOTHEQUE 10348 143 0 0 5117 0CLASSE 3+ATELIER 13249 166 0 0 6266 0

DIRECTEUR 1473 171 0 0 612 0INFIRMERIE 939 137 0 0 391 0


1448 83 0 0 663 0

CHAUFFERIE 0 0 0 0 0 0RANGEMENT 1464 190 0 0 575 0

SERRE 0 0 0 0 0 0

Total 85967 163 0 0




CONFORT THERMIQUE D'HIVER

DIAGRAMME DE SANKEY

Le diagramme distingue les gains utiles (en vert) des gains bruts (en jaune). Il est essentiel pour le bon comportement thermique global que la somme des gains bruts soit proche des gains utiles. Par exemple, si moins de 50% des apports sont valorisés, il y a de grandes chances que le bâtiment sur-chauffe.




CONFORT THERMIQUE D'ETE

TEMPERATURES MAXIMALES (°C)

Zone Jan Fév Mars Avr Mai Juin Juil Aout Sep Oct Nov Déc

CLASSE 5 19.00 20.22 24.54 28.14 30.90 34.84 39.51 39.44 34.22 25.75 21.66 19.00

CLASSE 4 20.23 22.21 26.25 32.55 36.11 39.80 41.84 42.94 38.47 28.37 23.92 20.29

HALL+DGT HALL 19.05 19.97 22.24 25.36 28.90 33.03 36.84 36.10 31.26 23.26 20.55 19.09

CLASSE 1+DGT CLASSE 1

19.71 20.92 23.71 27.78 31.01 34.11 37.98 38.40 33.51 25.00 22.05 19.41

DGT CLASSE 2+CLASSE 2

19.64 20.95 23.85 27.83 30.98 34.23 38.02 38.49 33.68 25.35 22.00 19.38

BIBLIOTHEQUE 19.36 20.48 23.57 27.70 31.78 35.11 38.88 38.79 33.11 24.78 21.14 19.24

CLASSE 3+ATELIER 19.41 20.69 23.66 27.29 30.32 33.74 37.42 37.67 33.03 25.00 21.75 19.12

DIRECTEUR 19.00 19.00 19.58 21.05 24.95 29.62 32.95 32.19 27.77 20.61 19.01 19.00

INFIRMERIE 19.00 19.00 19.56 21.00 24.94 29.61 32.91 32.05 27.83 20.36 19.00 19.00

WC3+WC2+WC1+SANITAIRES+WC4+

MENAGE19.00 19.34 20.47 22.04 25.86 29.98 33.55 32.76 28.44 21.10 19.54 19.00

CHAUFFERIE 16.27 16.36 18.57 20.77 24.77 29.53 33.01 32.04 27.55 20.14 17.41 16.24

RANGEMENT 19.00 19.00 19.31 21.01 24.91 29.62 33.20 31.96 27.76 20.61 19.00 19.00

SERRE 15.98 17.93 22.90 27.41 31.45 35.94 40.62 39.66 33.40 23.82 19.26 15.76

Extérieur 9.40 13.30 17.00 20.00 24.10 30.20 33.00 33.30 29.50 21.40 15.80 10.30

L'analyse du confort d'été montre également des résultats proches des mesures réalisées fin juin 2009, à savoir un inconfort d'été très important dans toutes les pièces du bâtiment



Seuil inconfort 28°C


5- Source d'optimisation n°1

AMELIORATION DE LA VENTILATION ET ET DU CONFORT D'ETE PAR SURVENTILATION PAR LES LANTERNEAUX




OPTIMISATION DU FONCTIONNEMENT DE LA VENTILATION

PROBLÉMATIQUE

La ventilation actuelle fonctionne sur le principe d'une VMC simple flux autoréglée. L'extracteur aspire l'air de la pièce à travers des bouches qui laissent passer un débit d'air déterminé, et l'air rentre à travers les entrées d'air prévues à cet effet dans les menuiseries.Dans votre cas, les entrées d'air en menuiseries n'ont jamais été réalisées, ce qui conduit théoriquement à un déficit d'air neuf dans les classes. Théoriquement, car les très nombreuses fuites d'étanchéité du bâtiment compensent très largement l'absence d'entrée d'air autoréglée en menuiserie.

Par contre, si les dispositifs de ventilation existent et sont fonctionnels (du fait des fuites), ceux-ci sont bruyants en fonctionnement, donc une partie des équipements est à l'arrêt.Le ventilateur axial de la salle bibliothèque est notamment problématique car au contact direct de la pièce. Aucun dispositif d'atténuation du bruit n'est donc prévu et le bruit généré par son fonctionnement couvre quasiment les conversations.

Il est à noter que si la ventilation mécanique était fonctionnelle dans l'école, les consommations énergétiques seraient plus importantes (car le taux de renouvellement d'air serait plus important).

AMELIORATION POSSIBLE

La ventilation des locaux est liée à son occupation par les écoliers pendant les heures de classe, donc :• Une ventilation continue sur 24h n'est pas utile• Une ventilation discontinue, par l'ouverture des fenêtres aux interclasses, n'est pas suffisante à

limiter des concentrations Co2. Cela nuit donc à l'assiduité et la concentration des élèves.• Une ventilation mécanique gérée par l'instituteur peut se traduire dans les faits par un arrêt de

la ventilation pour de mauvaises raisons, ou par son fonctionnement en dehors des plages horaires utiles.

Il est donc préférable de passer soit :Sur une ventilation mécanique gérée par un détecteur des concentrations Co2. La ventilation est donc variable en fonction de l'occupation réelle des classes. Le système fonctionne sur le même principe que la ventilation actuelle (ventilateur en extraction, bouches réglables, et entrées d'air statiques) mais le ventilateur est piloté par une sonde CO2 qui permet une variation des vitesses.

Sur une ventilation mécanique gérée par une horloge de programmation. La ventilation est donc variable en fonction d'un planning prédéterminé d'occupation de l'école. Toutes les VMC peuvent être raccordées à un même boitier de commande adaptant le niveau de ventilation à l'utilisation de




l'école. Le système fonctionne sur le même principe que la ventilation actuelle (ventilateur en extraction, bouches réglables, et entrées d'air statiques) mais le ventilateur est piloté par cette horloge programmable qui permet une adaptation des débits.Les ventilateurs doivent être changés par des ventilateurs peu bruyants disposés dans des caissons silencieux (SilentBox) et des atténuateurs acoustiques peuvent être disposés en amont des bouches si le niveau acoustique n'est pas suffisant.

IMPACT ÉNERGÉTIQUE DE L'AMÉLIORATION




OPTIMISATION DU FONCTIONNEMENT DE LA SURVENTILATION

INTRODUCTION A L'ANALYSE DU CONFORT D'ÉTÉ

L'étude thermique réalisée grâce au logiciel Pleiades permet de modéliser précisément le com-portement thermique estival, d'analyser les résultats de la solution de base et les sources d'incon-fort, modéliser des variantes qui permettent de traiter ce problème d'inconfort.Le calcul des consommations de chauffage est basé sur une moyenne des températures consta-tées à proximité du lieu sur les trente dernières années. C'est une simulation en conditions nor-males, avec une bonne utilisation du bâtiment (utilisation des occultations, adaptation de la ven-tilation avec diminution en journée du renouvellement d'air et surventilation nocturne) ou une utilisation du bâti sans préoccupation particulière (la première hypothèse).

Le calcul du confort d'été vise à donner plusieurs informations :– Comment se comporte le projet pendant ces périodes de temps exceptionnelles ?– Est-il possible par le biais de dispositifs passifs de maintenir des températures de confort dans

les pièces de vie ?

Comment se détermine le confort thermique d'été ?Le confort d'été est une donnée subjective, puisque le ressenti varie selon les personnes. Nous utilisons pour la simulation thermique une méthode qui vise à quantifier l'inconfort dans trois pièces étudiées où les hypothèses d'apports internes sont surévaluées et les températures moyennes augmentées sensiblement (dans le but de simuler une canicule). On considérera qu'une pièce de vie répond aux objectifs de confort lorsque dans ces conditions d'exploitation, elle dépasse moins de 40h par an la consigne de 28°C. L'étude thermique réalisée grâce au logi-ciel Pleiades permet de modéliser précisément le comportement thermique estival, d'analyser les résultats de la solution de base et les sources d'inconfort, modéliser des variantes qui per-mettent de traiter ce problème d'inconfort.

Le scénario de base considère :– Une ventilation continue – Aucune occultation des vitrages– Aucune surventilation nocturne– Des apports internes dans toutes les pièces– Les différents masques architecturaux et les brise soleils.

PROBLÉMATIQUE

La conception architecturale de l'école favorise la surchauffe estivale due aux excédents d'apports solaires avec des fenêtres de toit de surface importante donnant sur les classes. Les occultations prévues sont disposées à l'intérieur et pas à l'extérieur, De ce fait, elles permettent de tamiser la lumière directe du soleil en été qui peut être gênante lorsque le soleil est à son zénith, sans toutefois




pouvoir réduire la surchauffe due à ses surfaces vitrées, qui se comportent comme des capteurs solaires. Un autre facteur conduisant à la surchauffe est l'insuffisance de ventilation, qui combinée à l'occupation de la pièce (classes de 20 personnes), confine la chaleur dégagée par les métabolismes des élèves dans le volume de la classe qui monte en température.Les menuiseries verticales en façade sont munies d'un store en toile disposé à l'extérieur. Ils ne permettent toutefois que de solutionner la part d'apports solaires reçus sur la surface vitrée verticale. Pour une question de sécurité, il n'est pas souhaitable de disposer un store extérieur sur la porte fenêtre ouvrant sur l'extérieur (règles incendie).La problématique de surchauffe constatée est suffisamment importante pour rendre difficile la réalisation du cours dans la période scolaire en juin.

AMÉLIORATION POSSIBLE

On traite la surchauffe par deux leviers• La surventilation pour évacuer la chaleur • L'occultation ou la limitation des facteurs solaires des vitrages pour réduire l'impact du soleil.

Les fenêtres de toit peuvent être ouvertes sur l'extérieur par un mécanisme motorisé, mais la complexité du système (multiples boitiers de commande) ne rendent pas son usage évident, pourtant :Combiner l'ouverture d'une fenêtre en façade avec l'ouverture de la fenêtre de toit créerait un courant d'air qui réduirait l'inconfort estival. Le système existe déjà, il faudrait s'assurer de son utilisation. Pour fonctionner, il faut combiner l'ouverture des deux fenêtres afin de créer un effet de tirage qui évacuerait la chaleur et créerait un courant d'air favorisant l'évapo-transpiration. Sauf situation exceptionnelle, l'utilisation de ce dispositif devrait suffire en année courante (sauf canicule).Il faudrait sensibiliser les instituteurs et simplifier le mécanisme de fonctionnement.

Occulter par l'extérieur avec des volets roulants ou des stores automatisés. Occulter est toujours la meilleure manière de se prémunir du soleil en période estivale. Ce dispositif nécessite des investissements plus conséquents, et peut être commandé manuellement par un interrupteur dans la classe ou un système domotique pilotant son fonctionnement automatiquement.Solution alternative : les vitrages peuvent être changés par des vitrages à faible facteur solaire (moins de 25%). Sans trop pénaliser la luminosité, on peut réduire la quantité de chaleur pénétrant dans les pièces.




IMPACT ÉNERGÉTIQUE DE LA SURVENTILATION

Simulation en condition caniculaire des températures dans la classe 4. Prend en compte l'occupation de la salle de classe, les apports solaires et les autres facteurs influençant le confort thermique.

1 – Rouge : sans surventilation / Vert – avec surventilation

L'histogramme présente les températures cumulées selon les deux scénarios présentés plus haut. Cela permet de présenter le nombre d'heures que la classe passe à une température donnée, et donc de quantifier la surchauffe.




IMPACT ÉNERGÉTIQUE D'UN REMPLACEMENT DES VITRAGES FACTEUR SOLAIRE À 25%

Simulation en condition caniculaire des températures dans la classe 4. Prend en compte l'occupation de la salle de classe, les apports solaires et les autres facteurs influencant le confort thermique. Le scénario étudie l'impact d'un remplacement des vitrages en toiture par des vitrages à faible facteur solaire.1 – Rouge : sans surventilation / Vert – sans surventilation, changement vitrage fenêtre de toit





IMPACT COMBINE SURVENTILATION + REMPLACEMENT VITRES TOITURE + OCCULTATION VITRAGE FIXE EN FAÇADE

Simulation en condition caniculaire des températures dans la classe 4. Prend en compte l'occupation de la salle de classe, les apports solaires et les autres facteurs influençant le confort thermique.

1 – Rouge : sans surventilation / Vert – avec surventilation, changement vitrage fenêtre de toit





EN CONCLUSION

Les dispositifs « passifs » peuvent permettre de traiter une bonne partie de l'inconfort d'été. Ils peuvent être suffisants dans la mesure où l'école n'est pas utilisée pendant tout l'été (juillet et août notamment) .Il reste la chaleur produite par l'occupation des salles de classes, qui dissipe une chaleur qui fait malgré tout, monter en température la zone.

Dans la mesure où des travaux visant uniquement à améliorer le confort d'été étaient conduits.

1- Systématiser l'usage de la ventilation naturelle par ouverture combinée de la fenêtre de toit avec la fenêtre de façade.

2- Systématiser l'utilisation des occultants extérieurs pour les vitrages en façade, hors porte fe-nêtre.

3- Remplacer les vitrages en toiture par des vitrages peu émissifs à faible facteur solaire

Dans la mesure ou ses actions sont conduites, le potentiel de surchauffe est réduit, sans être toutefois complètement suffisant. En situation courante, ces dispositions sont suffisantes mais en cas de canicule, les classes peuvent monter au dessus de 30°C.




6 - Source d'optimisation n°2

AMELIORATION DE LA PERFORMANCE THERMIQUE DE L'ECOLE EN HIVER




AMÉLIORATION DES PERFORMANCES

EN INTRODUCTION

Améliorer la performance nécessite des travaux plus lourds, qui permettront de diviser par 4 la dépense liée au chauffage, et pérenniseront le bâtiment.On peut en effet noter que l'une des causes principales qui explique les factures élevées de chauffage sont des malfaçons importantes qui ont abimé l'isolation, et risquent à court terme de rendre le bâtiment impropre à son usage premier : accueillir des enfants, car des moisissures apparaissent à de multiples endroits, signe avancé d'une dégradation de l'enveloppe du bâtiment..Des travaux d'amélioration sont donc nécessaires, leur réalisation devrait donc également permettre de réduire le besoin de chauffage et améliorer le confort.

Améliorer les performances nécessite de revenir sur la logique constructive de départ, qui a consisté à construire les cubes que sont les classes de manière isolée par rapport au hall et annexes.

Si une rénovation est conduite, elle doit se faire en enveloppant les parois actuelles par une isolation par l'extérieur. Une action localisée, par exemple sur la toiture des salles de classe uniquement, donnerait une amélioration très faible, en regard des investissements nécessaires à sa réalisation.




Pour imager, cela fonctionne comme de l'eau disposée dans un récipient percé de toute part. Si seuls quelques trous sont colmatés, cela n'empêche pas l'eau de sortir.

Si une rénovation est conduite, elle doit donc englober tout le volume.

Ces travaux peuvent par contre être envisagés sur un programme étalé dans le temps, afin de ne pas perturbé l'utilisation du bâtiment pendant l'année scolaire, et concentrer les travaux (bruyants) pendant les vacances d'été.

Dans les stratégies d'optimisation, on agira dans cet ordre :

1- Réfection de la toiture et isolation par l'extérieur de la toiture. Remplacement des lanterneaux et skydomes. La stratégie la plus efficace est de rajouter une couche par l'extérieur de 200 mm d'isolant plutôt que de démonter toute la toiture actuelle et de mettre le bâtiment à nu.A l'occasion de ces travaux d'isolation, les problèmes d'étanchéité à l'eau, problèmes de pente sont traités.Par rapport à l'amélioration 1, avec une isolation par l'extérieur de la toiture, il est nécessaire de rehausser les lanterneaux, il sera donc pertinent de remplacer les chassis par des chassis plus performants thermiquement




2- Isolation par l'extérieur des façades, et isolation du sol verticalement.




3- Remplacement des menuiseries simple vitrage par des menuiseries performantes et amélioration de

l'étanchéité à l'air des menuiseries double vitrage changées récemment.

4- Si les travaux 1+2+3 sont réalisés, on peut envisager une autre solution pour le problème de ventilation considéré en page 17. Si le bâtiment est étanche à l'air, alors il devient pertinent de proposer un système de ventilation à double flux dans les salles de classes (par exemple de petits caissons vmc double flux sans réseau).

5- Ce point peut être traité de manière indépendante des autres. Remplacement de la chaudière gaz par une chaudière neuve à condensation, remplacement des radiateurs par des radiateurs basse température, et calorifugeage des conduits.Si les points 1+2+3 sont réalisés, le point 5 devient d'autant plus essentiel que les besoins de chauffage auront été divisés par 4 et que le besoin en puissance sera donc beaucoup plus faible. Une chaudière plus compacte sera donc plus adaptée et moins couteuse.Passer en chauffage à basse température permet de chauffer le bâtiment avec une eau circulant dans les radiateurs à 40°C, contre 70-80°C dans les radiateurs classiques, c'est donc plus efficace, et la diffusion de chaleur est rayonnante. Comme les classes ont une hauteur importante, cela évite donc le phénomène de stratification, qui dans la situation présente, amène la chaleur produite par les radiateurs à monter à 4m de hauteur.

6- L'éclairage représentant une charge importante, remplacer les éclairages des salles de classe et hall par des éclairages basse consommation.




IMPACT DES CHOIX ET ANALYSE

Besoin de chauffage selon optimisation

La simulation thermique nous permet de constater que l'amélioration des performances n'est sensible que si l'isolation du toit est combinée à une isolation par l'extérieur des façades extérieures.

Le projet atteint un besoin de chauffage proche de 54 kwh/m² si toutes les optimisations sur l'enveloppe du bâtiment sont conduites. Soit une division par 4 des besoins de chauffage.




TABLEAU DE SYNTHESE DES PERFORMANCES

En incluant en plus :-Amélioration 5 : changement de chaudière et réseau de distribution de chaleur- Amélioration 6 : changement mode d'éclairage (70% des éclairages en fluocompact)



BESOIN ENERGETIQUE

DéperditionsApports fonctionnement Apports solaires

Surface RDC 52685 12353 17428 22904

Surface totale 52685 12353 17428 22904Besoins bruts de chauffage de : 47,52 kWh/m²SHON/an




Besoins Matériel (rendement) Cout énergie (€/kWh) Coût (€/an)

Chauffage Chaudière à condensation 0,072 €/kWh 20821,82

Chauffage électrique 0,109 €/kWh 0,00 €Eau chaude sanitaire (hors solaire) Chauffage électrique 0,109 €/kWh 550,00 59,68 €

Rafraîchissement










Energie finale (kWh)

1 499,17 €

1 558,85 €

2 863,24 €






Énergie kg CO2 € TTC

Chauffage Chaudière à condensation 20821,82 20821,82 43,20 4268,47Chauffage électrique 0,00 0,00 0,00 0,00 €

Eau chaude sanitaire Solaire thermique 0,00 0,00 0 0,00 €Chauffage électrique 550,00 1419,00 2,94 22,00 59,68 €

Rafraîchissement 0,00 0,000,00 0,00


Électroménager : équipement performant Électricité 2500,00 6450,00 13,38 150,00 196,75 €Gaz 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 €

Auxiliaires de chauffage/ventilation Électricité 673,20 1736,86 3,60 138,01 52,98 €Informatique 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 €

Abonnements annuels EDF 24 KVA Fonctionnement heures creuses : oui 468,57 €B2I (> 30 000 kWh) 197,76 €

Photovoltaïque Capteurs 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 €Total 89,54 kWh 5071,92

Énergie finale consommée : 44,34 kWh/m²SHON/an (CHAUFFAGE +ECS)Énergie primaire consommée : 46,14Dégagement en équivalent CO2 : 8,90




◄◄


(En bleu) non comptabilisé dans le calcul comparatif Cepmax RT 2005ef kWh ep kWh ep kWh/m²/an

1 499,17 €

21 371,82 kWh 22 240,82 kWh 1 558,85 €

Electricité

29 479,42 kWh 43 158,43 kWh 2 863,24 €

kWh/m²SHON/an (RT2005 =>130 kwh/m²SHON/an max) (CHAUFFAGE+ECS)Kg CO2/m²SHON/an

≤ 50 kWh A

51-90 kWh B

91-150 kWh C

151-230 kWh D

231-330 kWh E

331-450 kWh F

> 451 kWh G

≤ 6 kg

6-10 kg

11-20 kg

21-35 kg

36-55 kg

56-80 kg

> 81 kg


7 - Source d'optimisation n°3

PROPOSITION SUITE A REUNION DU 14/12




INTRODUCTION

La proposition suivante est un compromis entre la solution présentée en 2, le budget, et les contraintes de temps pour la réalisation des travaux.

– L'isolation du toit est réalisée selon le procédé STAP, qui consiste en l'ajout sur la toiture exis-tante d'une isolation en mousse de polyuréthanne de 40 mm et d'une membrane assurant la protection aux contraintes extérieures.Cette isolation est moins performante que la solution proposée en 2 (200 mm d'isolant rappor-té) mais est un bon intermédiaire qui permet de corriger les problèmes d'étanchéité à l'eau et les insuffisantes pentes de toit, et donc stabiliser la « dégradation » de la couverture, et amélio-rer la performance thermique de la toiture.

– Remplacement des fenêtres de toit par des menuiseries à haute performance fixes en alumi-nium à rupture de ponts thermiques, double vitrage peu émissif et lame d'argon, et store exté-rieur automatique. Une menuiserie ouvrante selon les mêmes caractéristiques permet d'assurer la surventilation estivale de confort des salles de classes. Elle dispose d'un vitrage à faible fac-teur solaire.

– Reprise des problèmes d'étanchéité sur les sky domes. Intervention sur les zones de moisissures à l'intérieur des classes et autres surfaces non isolées, ou en état de dégradation avancée.

– Remplacement des menuiseries simple vitrage par des menuiseries double vitrage en alumi-nium à rupture de ponts thermiques, double vitrage peu émissif et lame d'argon.

– Remplacement des chaudières existantes par une chaudière gaz basse température à condensa-tion

– Calorifugeage des conduites en apparent notamment au niveau de la nourrice de distribution dans le local du directeur

– Remplacement des radiateurs existants par des radiateurs basse température– Remplacement des ventilateurs dans toutes les salles de classe par des ventilateurs de type

« silent box », et commande de la ventilation par sonde Co2.– Remplacement des éclairages des classes par des éclairages à basse consommation.




BESOIN DE CHAUFFAGE




COMPARAISON OPTIMISATION 2 ET 3

En 1 : Besoin de chauffage actuelEn 2 : Besoin de chauffage avec toute s les optimisations 2En 3 : Besoin de chauffage avec toutes les optimisations 3




TABLEAU DE SYNTHESE DES PERFORMANCES OPTIM 3



BESOIN ENERGETIQUE

Déperditions Apports fonctionnement Apports solairesSurface RDC 84608 12857 23172 48579

Surface ETAGESurface totale 84608 12857 23172 48579

Besoins bruts de chauffage de : 100,79 kWh/m²SHON/an




Besoins Matériel (rendement) Cout énergie (€/kWh) Coût (€/an)

Chauffage Chaudière à condensation 0,072 €/kWh 44162,73

Chauffage électrique 0,109 €/kWh 0,00 €Eau chaude sanitaire (hors solaire) Chauffage électrique 0,109 €/kWh 550,00 59,68 €

Rafraîchissement










Energie finale (kWh)

3 179,72 €

3 239,39 €

4 543,79 €






Énergie kg CO2 € TTC

Chauffage maisonChaudière à condensation 44162,73 44162,73 91,62 9053,36

Chauffage électrique 0,00 0,00 0,00 0,00 €

Eau chaude sanitaireSolaire thermique 0,00 0,00 0 0,00 €

Chauffage électrique 550,00 1419,00 2,94 22,00 59,68 €

Rafraîchissement0,00 0,000,00 0,00


Électroménager : équipement performant Électricité 2500,00 6450,00 13,38 150,00 196,75 €Gaz 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 €

Auxiliaires de chauffage/ventilation Électricité 673,20 1736,86 3,60 138,01 52,98 €Informatique 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 €


B2I (> 30 000 kWh) 197,76 €Photovoltaïque Capteurs 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 €Total 137,97 kWh 9856,81

Énergie finale consommée : 92,76 kWh/m²SHON/an (CHAUFFAGE +ECS)Énergie primaire consommée : 94,57Dégagement en équivalent CO2 : 18,83




◄ ◄


(En bleu) non comptabilisé dans le calcul comparatif Cepmax RT 2005ef kWh ep kWh ep kWh/m²/an

3 179,72 €

44 712,73 kWh 45 581,73 kWh 3 239,39 €

Electricité

52 820,33 kWh 66 499,34 kWh 4 543,79 €

kWh/m²SHON/an (RT2005 =>130 kwh/m²SHON/an max) (CHAUFFAGE+ECS)Kg CO2/m²SHON/an

≤ 50 kWh A

51-90 kWh B

91-150 kWh C

151-230 kWh D

231-330 kWh E

331-450 kWh F

> 451 kWh G

≤ 6 kg

6-10 kg

11-20 kg

21-35 kg

36-55 kg

56-80 kg

> 81 kg


8 - Variante 2

PROPOSITION MARS 2010 : ISOLATION PAR L'INTERIEUR




INTRODUCTION

La proposition suivante est un compromis entre la solution présentée en 2, le budget, et les contraintes de temps pour la réalisation des travaux.

– L'isolation du toit du hall est réalisée selon le procédé STAP, qui consiste en l'ajout sur la toiture existante d'une isolation en mousse de polyuréthanne de 40 mm et d'une membrane assurant la protection aux contraintes extérieures. L'isolant existant est remplacé sur les zones identi-fiées pendant le diagnostic comme déficientes.Cette isolation est moins performante que la solution proposée en 2 (200 mm d'isolant rappor-té) mais est un bon intermédiaire qui permet de corriger les problèmes d'étanchéité à l'eau et les insuffisantes pentes de toit, et donc stabiliser la « dégradation » de la couverture, et amélio-rer la performance thermique de la toiture.

– L'isolation de la toiture des classes est remplacée sans toucher à la toiture.– Remplacement des fenêtres de toit par des menuiseries à haute performance fixes en alumi-

nium à rupture de ponts thermiques, double vitrage peu émissif et lame d'argon, et store exté-rieur automatique. Une menuiserie ouvrante selon les mêmes caractéristiques permet d'assurer la surventilation estivale de confort des salles de classes. Elle dispose d'un vitrage à faible fac-teur solaire.

– Reprise des problèmes d'étanchéité sur les sky domes. Intervention sur les zones de moisissures à l'intérieur des classes et autres surfaces non isolées, ou en état de dégradation avancée.

– Remplacement des menuiseries simple vitrage par des menuiseries double vitrage en alumi-nium à rupture de ponts thermiques, double vitrage peu émissif et lame d'argon.

– Remplacement des chaudières existantes par une chaudière gaz basse température à condensa-tion

– Calorifugeage des conduites en apparent notamment au niveau de la nourrice de distribution dans le local du directeur

– Remplacement des radiateurs existants par des radiateurs basse température– Remplacement des ventilateurs dans toutes les salles de classe par des ventilateurs de type

« silent box », et commande de la ventilation par sonde Co2.– Remplacement des éclairages des classes par des éclairages à basse consommation.– En plus : Reprise de l'isolation par l'intérieur (remplacement de l'isolation actuelle)




PRINCIPE 1

L'isolation intérieure concerne uniquement la périphérie extérieure des murs. L'isolation du toit des parties « classes » peut être faite dans l'espace de la charpente existante (conservation de la toiture), l'isolation du toit de la partie hall se fait par l'extérieur pour retrouver la pente de toit réglementaire, corriger les problèmes d'étanchéité, et permettre l'isolation des parties ver-ticales des classes par l'extérieur.

– On voit toutefois que cette solution pose des difficultés techniques dues à la complexité des vo-lumes, et ne solutionne pas le problème des ponts thermiques dus aux murs de refend.




PRINCIPE 2

L'isolation intérieure concerne la périphérie complète des murs des classes. L'isolation du toit des parties « classes » peut être faite dans l'espace de la charpente existante (conservation de la toiture), l'isolation du toit de la partie hall est faite par l'intérieur (remplacement de l'isola-tion).

Cette solution amène moins de problèmes de réalisation mais ne solutionne pas le problème de l'isolation du hall (façades difficiles à isoler).




NOTRE AVIS

Lorsque l'étude d'optimisation des performances de l'école a été réalisée, nous avons dissocié deux types de travaux : ceux qui étaient nécessaire à assurer la perrénité du bâti et qui amélio-raient le confort thermique estival, et celles qui amélioraient la performance thermique du bâti. Nous avions notamment noté qu'en isolant seulement la toiture (phase 1), on abaissait légère-ment les consommations de chauffage, il fallait également isoler les murs et remplacer les menui-series pour diviser par deux la facture énergétique du bâtiment (phase 2).

En variante, après discussion avec votre architecte, nous avions proposé une solution intermé-diaire, sans toucher à l'isolation du mur mais en remplaçant les menuiseries et optimisant les autres aspects (détail page 36 du rapport), qui permettait d'abaisser la consommation d'énergie (94 kwh ep/m².an contre 277 kwhep/m².an en l'état actuel).

Si l'isolation par l'intérieur peut être envisagée, elle n'est pas prioritaire et doit s'envisager en plus de la liste de travaux dressée et pas en substitution (détail page 41).

Si cette isolation est réalisée sur l'ensemble du bâtiment, celle ci ne donnera pas satisfaction. Les volumes sont très complexes, et une isolation par l'intérieur laisse trop de zones avec ponts ther-miques. Ces points sont difficiles à réaliser, et l'économie attendue par une amélioration de l'iso-lation est très largement pondérée par le maintien des points faibles.Le rapport entre l'investissement de départ pour améliorer la valeur d'isolation du mur, ces conséquences indirectes (reprise des éléments électriques encastrés, des lavabos disposés sur les murs périphériques, et les économies de chauffage réalisées n'est pas positif.

Les travaux peuvent se cantonner à améliorer l'isolation des classes, un peu sur le même principe qui avait prévalu au moment de la construction de l'école. En effet, ce sont les éléments du hall qui sont les plus complexes à ré-isoler.Cela augmente toutefois largement la surface d'isolation à couvrir, il restera quelques points faibles localisés au niveau des liaisons entre murs porteurs. Cette solution est toutefois un peu plus interessante que la première.Le hall reste le point faible puisqu'il existe un pont thermique sur tout le périmètre de toiture entre les classes et le hall.

Tous les travaux d'isolation du mur auront pour conséquence que le bâtiment sera inutilisable pendant un temps de travaux beaucoup plus conséquent que dans la première variante. Il est peu envisageable que de tels travaux puissent se tenir pendant une période de vacances scolaires d'été.Nous pensons donc qu'il vaut mieux en rester sur les travaux mentionnés dans la variante 1, ou de partir sur le schéma décrit en solution « basse consommation » avec isolation par l'extérieur.




9 - Annexes : HYPOTHESES DE CALCUL DETAILLEES




STATION MÉTÉOROLOGIQUE

SiteNom TRAPPES ETE Altitude 167 m

Longitude 2° 0' 36"E Latitude 48° 46' 12"N

Station météorologique

Nom TRAPPES ETE fichier

TRAPPES_ETE.tryAltitude 167 m

Longitude 2° 0' 36"E Latitude 48° 46' 12"N

Températures Minimale Maximale Moyenne

-4.10°C 33.30°C 11.77°C

Degrés Jours Unifiés base 18°CAn-

nuelsJan Fév Mars Avr Mai Juin Juil Aout Sep Oct Nov Déc

2688 447 384 341 261 158 40 24 22 49 205 339 418

SURFACES

Rôle

SHON Projet m²

Surface habitable m²

Surface chauffée 482 m²

La SHON, surface hors oeuvre nette, s'obtient en déduisant de la SHOB les éléments de surface non prévus pour l'habitation (caves, combles non aménageables, ...).La surface chauffée prend en compte l'épaisseur de mur « chauffé » selon le type d'isolation (inté-rieure, extérieure, ou répartie). C'est cette surface qui est utilisée pour la simulation thermique dynamique.




HYPOTHESES DE CALCUL

COMPOSITION DE PAROIS

RAPPELS SUR LES COEFFICIENTS

– Conductivité thermique : λ W/(m.K)(Propriété qu'ont les matériaux à transmettre la chaleur par conduction. Plus le coefficient est faible et plus le matériau est isolant)

– Masse volumique : MV kg/m3(Plus le matériau est lourd et plus il pourra stocker de la chaleur)

– Chaleur spécifique : CS Wh/(kg.K)(Capacité du matériau à emmagasiner de la chaleur par rapport à son poid ; définit le temps qu'il faudra au matériau pour monter en température)

– Coefficient U : U W/(m2.K) (Coefficient de transmission surfacique. Plus U est faible, plus la paroi est isolante)

– Résistance : R (m2.K)/W(Résistance thermique d'une paroi. Plus R est grand, plus la paroi est isolante)

RAPPELS SUR LES VALEURS DE REFERENCE DE LA REGLEMENTATION THERMIQUE

La RT 2005 définit des coefficients de référence pour chaque paroi selon la zone climatique :

ParoisU référence

Zones H1, H2 et H3 > 800m

U référenceZones H3 < 800m

Murs en contact avec l'extérieur 0,36 0,40

Combles et rampants 0,2 0,25

Toitures terrasses 0,27 0,27

Planchers bas 0,27 0,36

Portes 1,50 1,50

Fenêtres et portes-fenêtres 1,80 2,10





DETAIL DES COMPOSITIONS APPLIQUEES AU PROJETLes compositions intègrent les épaisseurs prévues dans le questionnaire d'étude. Ces épaisseurs sont pondérées en fonction de la solution constructive. Par exemple, si l'on isole entre les che-vrons d'une charpente, on déduit la place prise par les chevrons de l'épaisseur de l'isolation.

Liste des compositions utilisées

Isolation du plancher RDC __________________________________________________________________

Composition Simple TPLEIN / PSE 4 - BETON 20

Composante Ep ë MV CS U R

Polystyrène expansé th38 4.0 0.038 25 0.383 0.95 1.05

Béton lourd 20.0 1.750 2300 0.256 8.75 0.11

Carrelage 2.0 1.700 2300 0.194 85.00 0.01

Total 0.85 1.18

Isolation des murs extérieurs/ murs vers garage et murs R+1 ____________________________________________

Composition Simple CLOISON / PARPAING SEUL


Enduit extérieur 2.0 1.150 1700 0.278 57.50 0.02

Parpaing de 20 20.0 1.050 1300 0.180 5.26 0.19

Total 4.82 0.21

Composition Simple ISOINT / PARPAING 20 - LROCHE 5


Enduit extérieur 2.0 1.150 1700 0.278 57.50 0.02

Parpaing de 20 20.0 1.050 1300 0.180 5.26 0.19

Laine de roche 5.0 0.041 25 0.256 0.82 1.22

Placoplatre BA 13 1.3 0.320 850 0.222 25.00 0.04

Total 0.68 1.47

Isolation de la toiture _____________________________________ ________________________________________

Composition Simple RAMPANT / LROCHE15 - Chevron 6x8


Laine de roche 12.0 0.041 25 0.256 0.34 2.93

Placoplatre BA 13 1.3 0.320 850 0.222 25.00 0.04

Total 0.34 2.97

Composition Simple RAMPANT / LROCHE ABIMEE - Chevron 6x8


Laine de roche 3.0 0.041 25 0.256 1.37 0.73

Placoplatre BA 13 1.3 0.320 850 0.222 25.00 0.04

Total 1.30 0.77





Isolation des cloisons intérieures____________________________________________________________________

Composition Simple CLOISON / CARREAU PLATRE 5


Plâtre courant 5.0 0.350 1000 0.222 7.00 0.14

Total 7.00 0.14





PONTS THERMIQUES

RAPPEL REGLEMENTAIRE :

La RT 2005 fixe, pour les bâtiments, des coeffi-cients de transmission thermique linéiques PSI (ca-ractérisant les ponts thermiques) de référence : Ψ Plancher bas – mur : 0,40 Ψ Plancher intermédiaire – mur : 0,55 Ψ Toiture terrasse – mur : 0,50

PONTS THERMIQUES LINEIQUES DU PROJETCalcul du pont thermique par l'intérieur(modélisation sur le logiciel THERM 5)

Coefficients Ψ (W/(m.K)) des liaisons Ψ Plancher bas – mur extérieur : 0,7 Ψ Plancher haut – mur extérieur : 0,7

Coefficients Ψ (W/(m.K)) des ouvrants :____________ Ψ appui de fenêtre : 0,08 Ψ Linteau : 0,12 Ψ Tableau : 0,08



U1

L1

L2

U2

IntérieurL3

L4



DESIGNATION DES OUVRANTS ET FERMETURES

RAPPEL REGLEMENTAIRE :La RT 2005 définit des coefficients de référence pour les ouvrants selon la zone climatique :

OuvrantsU référence

Zones H1, H2 et H3 > 800m

U référenceZones H3 < 800m

Portes 1,50 1,50

Fenêtres, portes-fenêtres, baies 1,80 2,10

Les dimensions des ouvrants respectent les indications de votre plan.

Fenêtres et baies vitrées :

PortesNom Coeff U en W/(m².K)

Porte bois massif 3.50

Fenêtres

NomNombre vitrages

Ratio vitrage

%

Facteur solaire vitrage

(incidence 0°)

Coeff U partie vitrée (W/(m².K))

Coeff U partie non vitrée (W/

(m².K))

Coeff U moyen (W/

(m².K))

Facteur Solaire moyen

Fen bat bois SV 1 66 0.90 4.95 2.40 4.08 0.59

Fen bat alu DV A1+A1 4.6.4

2 66 0.81 3.60 4.00 3.74 0.53

Skydome 1 66 0.90 5.10 7.00 5.75 0.59

Volets : Non





SCÉNARIOS D'OCCUPATION DES LIEUX (% OCCUPATION)

Il a été pris pour hypothèse 70W pour le dégagement de chaleur humaine.

Scénario hebdomadaire % d'occupation Salle de classe (20p)

Nombre maximum d'occupants : 20.00 Occupants

HeureLun

%

Mar

%

Mer

%

Jeu

%

Ven

%

Sam

%

Dim

%

0-1h 0 0 0 0 0 0 0

1-2h 0 0 0 0 0 0 0

2-3h 0 0 0 0 0 0 0

3-4h 0 0 0 0 0 0 0

4-5h 0 0 0 0 0 0 0

5-6h 0 0 0 0 0 0 0

6-7h 0 0 0 0 0 0 0

7-8h 0 0 0 0 0 0 0

8-9h 25 25 0 25 25 50 0

9-10h 100 100 0 100 100 100 0

10-11h 100 100 0 100 100 100 0

11-12h 100 100 0 100 100 100 0

12-13h 0 0 0 0 0 0 0

13-14h 100 100 0 100 100 0 0

14-15h 100 100 0 100 100 0 0

15-16h 100 100 0 100 100 0 0

16-17h 100 100 0 100 100 0 0

17-18h 0 0 0 0 0 0 0

18-19h 0 0 0 0 0 0 0

19-20h 0 0 0 0 0 0 0

20-21h 0 0 0 0 0 0 0

21-22h 0 0 0 0 0 0 0

22-23h 0 0 0 0 0 0 0

23-24h 0 0 0 0 0 0 0

Scénario hebdomadaire % d'occupation Hall Ecole (60p)


HeureLun

%

Mar

%

Mer

%

Jeu

%

Ven

%

Sam

%

Dim

%

0-1h 0 0 0 0 0 0 0

1-2h 0 0 0 0 0 0 0

2-3h 0 0 0 0 0 0 0

3-4h 0 0 0 0 0 0 0

4-5h 0 0 0 0 0 0 0

5-6h 0 0 0 0 0 0 0

6-7h 0 0 0 0 0 0 0

7-8h 0 0 0 0 0 0 0

8-9h 50 50 0 50 50 50 0

9-10h 0 0 0 0 0 0 0

10-11h 50 50 0 50 50 50 0

11-12h 0 0 0 0 0 0 0

12-13h 50 50 0 50 50 50 0

13-14h 0 0 0 0 0 0 0

14-15h 0 0 0 0 0 0 0




15-16h 50 50 0 50 50 0 0

16-17h 0 0 0 0 0 0 0

17-18h 50 50 0 50 50 0 0

18-19h 0 0 0 0 0 0 0

19-20h 0 0 0 0 0 0 0

20-21h 0 0 0 0 0 0 0

21-22h 0 0 0 0 0 0 0

22-23h 0 0 0 0 0 0 0

23-24h 0 0 0 0 0 0 0

Scénario hebdomadaire % d'occupation Bureau (1p)


HeureLun

%

Mar

%

Mer

%

Jeu

%

Ven

%

Sam

%

Dim

%

0-1h 0 0 0 0 0 0 0

1-2h 0 0 0 0 0 0 0

2-3h 0 0 0 0 0 0 0

3-4h 0 0 0 0 0 0 0

4-5h 0 0 0 0 0 0 0

5-6h 0 0 0 0 0 0 0

6-7h 50 50 0 50 50 0 0

7-8h 100 100 0 100 100 100 0

8-9h 100 100 0 100 100 100 0

9-10h 100 100 0 100 100 100 0

10-11h 100 100 0 100 100 100 0

11-12h 100 100 0 100 100 100 0

12-13h 50 50 0 50 50 0 0

13-14h 100 100 0 100 100 0 0

14-15h 100 100 0 100 100 0 0

15-16h 100 100 0 100 100 0 0

16-17h 100 100 0 100 100 0 0

17-18h 50 50 0 50 50 0 0

18-19h 0 0 0 0 0 0 0

19-20h 0 0 0 0 0 0 0

20-21h 0 0 0 0 0 0 0

21-22h 0 0 0 0 0 0 0

22-23h 0 0 0 0 0 0 0

23-24h 0 0 0 0 0 0 0





SCÉNARIOS D'OCCUPATION DES LIEUX (% OCCUPATION)

Scénario hebdomadaire Puissance dissipée Salle ordinateurs

HeureLun

Watts/m²

Mar

Watts/m²

Mer

Watts/m²

Jeu

Watts/m²

Ven

Watts/m²

Sam

Watts/m²

Dim

Watts/m²

0-1h 1 1 1 1 1 1 1

1-2h 1 1 1 1 1 1 1

2-3h 1 1 1 1 1 1 1

3-4h 1 1 1 1 1 1 1

4-5h 1 1 1 1 1 1 1

5-6h 1 1 1 1 1 1 1

6-7h 1 1 1 1 1 1 1

7-8h 1 1 1 1 1 1 1

8-9h 1 1 1 1 1 1 1

9-10h 8 8 1 8 8 8 1

10-11h 8 8 1 8 8 8 1

11-12h 8 8 1 8 8 8 1

12-13h 1 1 1 1 1 1 1

13-14h 1 1 1 1 1 1 1

14-15h 8 8 1 8 8 1 1

15-16h 8 8 1 8 8 1 1

16-17h 8 8 1 8 8 1 1

17-18h 8 8 1 8 8 1 1

18-19h 1 1 1 1 1 1 1

19-20h 1 1 1 1 1 1 1

20-21h 1 1 1 1 1 1 1

21-22h 1 1 1 1 1 1 1

22-23h 1 1 1 1 1 1 1

23-24h 1 1 1 1 1 1 1

Scénario hebdomadaire Puissance dissipée Eclairage seul hall

HeureLun

Watts

Mar

Watts

Mer

Watts

Jeu

Watts

Ven

Watts

Sam

Watts

Dim

Watts

0-1h 0 0 0 0 0 0 0

1-2h 0 0 0 0 0 0 0

2-3h 0 0 0 0 0 0 0

3-4h 0 0 0 0 0 0 0

4-5h 20 20 0 20 20 20 0

5-6h 20 20 0 20 20 20 0

6-7h 100 100 0 100 100 100 0

7-8h 100 100 0 100 100 100 0

8-9h 0 0 0 0 0 0 0

9-10h 0 0 0 0 0 0 0

10-11h 100 100 0 100 100 100 0

11-12h 100 100 0 100 100 100 0

12-13h 100 100 0 100 100 100 0

13-14h 0 0 0 0 0 0 0

14-15h 0 0 0 0 0 0 0

15-16h 0 0 0 0 0 0 0

16-17h 100 100 0 100 100 0 0

17-18h 100 100 0 100 100 0 0

18-19h 100 100 0 100 100 0 0

19-20h 100 100 0 100 100 0 0

20-21h 0 0 0 0 0 0 0

21-22h 0 0 0 0 0 0 0

22-23h 0 0 0 0 0 0 0

23-24h 0 0 0 0 0 0 0





SCENARIOS DE CHAUFFE

Les scénarios de consigne de chauffe correspondent à une normale de confort. Cette tempéra-ture est suffisante dans la mesure où le bâtiment est correctement isolé. On peut choisir de prendre en paramètre une constante ou de faire varier la consigne pour ne chauffer à 19°C les pièces que lorsqu'elles sont utilisées.

Scénarios sans régulation

Zones Consignes de température

Toutes pièces 19°C





PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT RENOUVELLEMENT D'AIR

Le renouvellement d'air comprend les fuites liées au niveau d'étanchéité et la ventilation.La simulation thermique modélise différentes variantes en se basant sur des hypothèses cré-dibles.

A – Etanchéité à l'airLes fuites d'étanchéité sont calculées comme un taux de renouvellement d'air moyen exprimé en volume/heure. Une fuite de 0,10 volumes/heures correspond à un échange de 0,10 x le volume d'air du bâtiment avec l'air extérieur toutes les heures.La réglementation thermique RT2005 part par défaut sur une valeur de 0,17 volumes/heures pour les bâtiments neufs. Cette valeur prise en compte peut être améliorée dans la mesure où le maître d'ouvrage s'engage à contrôler cette mesure sur chantier.L'intérêt d'une bonne étanchéité à l'air dépend pleinement du choix du système de ventilation du bâtiment. Dans le cadre des normes BBC (bâtiment basse consommation), le rendement réel d'une VMC double flux est lié à la valeur de l'étanchéité à l'air.

RAPPEL REGLEMENTAIRE :

Débit d'air appliqué au volume d'air total

chauffé

Infiltration par dé-faut

Infiltration de référence

Infiltration niveau Effinergie

Infiltration selon PHI*

Toutes pièces 0,17 V/h 0,10 V/h 0,09 V/h 0,03 V/h

Valeur au test de me-sure en m3/h/m² à X

Pa 1,3 à 4 Pa 0,8 à 4 Pa 0,6 à 4 Pa 0,6 à 50 Pa**

Valeur bâtiments ter-tiaires

Bureaux :1,7 à 4 PaAutres : 3 à 4 Pa

0,6 à 50 Pa**

Valeurs par défaut : définies par la réglementation Rt2005, applicables pour tous bâtiments,Valeurs de références : appliquées si le constructeur peut garantir un niveau d'étanchéité vérifié par des mesures in situ.Valeurs de références : test systématique réalisé selon référenciel Effinergie, sauf pour le tertiaire (non testé)Valeurs de bâtiments passifs : Un test (Blower Door) est obligatoirement fait pour vérifier le bon niveau d'étanchéité sur le projet.

*PHI : Passiv Haus Institut** exprimé en vol/heures





B- Ventilation du bâtimentLes déperditions dues au renouvellement d'air correspondent au même renouvellement d'air ex-primé en volume/heure, mais cette fois appliqué uniquement aux zones qui comportent une en-trée d'air (généralement les pièces de vie).

Taux de renouvellement d'air moyen pris en compte VMC+Fuites d'infiltrationsDébit d'air appliqué au volume d'air de la pièce de vie

Infiltration par défaut Infiltration de référence Infiltration selon PHI*

Pas d'entrée d'air 0,17 V/h 0,10 V/h 0,03 V/h

Ventilation naturelle 1,00 V/h -- --

VMC Simple flux 0,78 V/h 0,70 V/h 0,63 V/h

VMC Simple Flux hygro 0,59 V/h 0,52 V/h 0,49 V/h

VMC Hygro + Pcanadien 0,46 V/h 0,39 V/h 0,32 V/h

VMC double flux R=60% 0,41 V/h 0,34 V/h 0,27 V/h

VMC double flux R=80% 0,35 V/h 0,22 V/h 0,15 V/h





On voit que dans le cas d'une VMC double flux, le rendement de l'échangeur de chaleur est largement pénalisé par une hypothèse d'étanchéité à l'air moyenne (Sur un niveau BBC Effinergie, la chute de rendement est de 15%).

Hypothèses appliquées au projet :Ventilation simple flux autoréglable Étanchéité à l'air niveau existant : 0,60 vol/heures



simulation thermique dynamique - fiabitat

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