etude thermique du nouveau batiment de l`epf - PLANET-D

 EPF‐ option Energétique & environnement Audrey BOUCHERY – Tristan de BUZONNIERE –Alejandro ELIZONDO PEREA ‐ Emilie LEFEBVRE – Anne MIJONNET – Fanny PILLAULT – Eugenio SALAZAR – Jorge de la TORRE [ETUDE THERMIQUE DU NOUVEAU BATIMENT DE L’EPF] Etude thermique du nouveau bâtiment de l’EPF Remerciements Le groupe souhaite tout d’abord remercier Frédéric Amauger, responsable de l’option Energétique et Environnement, ainsi que M. Nicolle de nous avoir donné la chance de réaliser ce projet très concret. Nous tenons à témoigner notre reconnaissance envers M. FAURE, notre professeur de thermique, ainsi que M. CHAMONIN, pour leur aide, leurs conseils, et pour l’expérience et les connaissances qu’ils nous ont permis d’acquérir durant ce projet. Nous souhaitons enfin remercier le cabinet d’architectes MVA : « Maillard Vilette & Associés » de Bourg‐la‐Reine. 2
Etude thermique du nouveau bâtiment de l’EPF SOMMAIRE I. Introduction .......................................................................................................................................... 4
II. Présentation du nouveau bâtiment..................................................................................................... 5
III. Objectifs optimaux : exemple de réalisation ...................................................................................... 6
1.
Le collège Georges Mandel à Issy‐les‐Moulineaux .................................................................... 6
2.
Le Lycée KYOTO A POITIERS : un exemple ................................................................................. 7
3.
Le Bâtiment de bureaux de l’INEED à Alixan............................................................................ 11
IV. Etude thermique du nouveau bâtiment : 1ère proposition, la réglementation RT 2005 ................... 12
1.
Présentation de la réglementation RT 2005 ............................................................................ 12
a.
Contexte ............................................................................................................................... 12
b.
Principe................................................................................................................................. 13
2.
Calcul des déperditions (logiciel Perrenoud) ........................................................................... 17
a.
Isolation des parois opaques : Up ........................................................................................ 17
b.
Les parois vitrées et portes : Uw .......................................................................................... 25
c.
Les ponts thermiques : Uψ ................................................................................................... 30
d.
Analyse des résultats............................................................................................................ 34
3.
Calcul du coefficient de consommation en énergie................................................................. 36
a.
La ventilation simple flux ..................................................................................................... 36
b.
Le système de chauffage...................................................................................................... 39
c.
Le système d’émission.......................................................................................................... 41
d.
Les systèmes d’éclairage ...................................................................................................... 41
4.
Etiquette consommation en énergie........................................................................................ 42
5.
Etiquette émission du bâtiment............................................................................................... 42
6.
Analyse des résultats................................................................................................................ 43
V. Etude thermique du nouveau bâtiment : 2ème proposition, le label Effinergie.................................. 45
1.
Calcul des déperditions ............................................................................................................ 45
a.
L’isolation extérieure des parois opaques............................................................................ 45
b.
Les ponts thermiques ........................................................................................................... 48
c.
Analyse des résultats............................................................................................................ 49
2.
Calcul du coefficient en énergie primaire ................................................................................ 51
a.
La ventilation double flux..................................................................................................... 51
b.
Le système de chauffage...................................................................................................... 59
c.
Les systèmes d’émission....................................................................................................... 59
d.
Les systèmes d’éclairage ...................................................................................................... 59
3.
Etiquette de la consommation énergétique ............................................................................ 60
4.
Etiquette de l’émission en GES................................................................................................. 60
5.
Analyse des résultats................................................................................................................ 61
VI. Energies grises.................................................................................................................................. 63
1.
Qu’est‐ce que c’est ? ................................................................................................................ 63
2.
Calcul de l’énergie grise des principaux matériaux du bâtiment ............................................. 64
a.
Energie grise des murs (parois opaques) ............................................................................. 64
b.
Energie grise plafond sous combles ..................................................................................... 65
c.
Energie grise toiture terrasse............................................................................................... 65
d.
Energie grise plancher bas ................................................................................................... 66
e.
Energie grise plancher intérieur ........................................................................................... 66
3.
Proposition d’amélioration de l’énergie grise.......................................................................... 67
Conclusion ............................................................................................................................................. 69
Annexes ................................................................................................................................................. 72
3
Etude thermique du nouveau bâtiment de l’EPF I. Introduction Dans le cadre de l’« Eco‐Friendly Project » tous les étudiants de l’option Energétique et Environnement participent à faire de l’EPF, une école moderne et respectueuse de l’environnement. Ce projet concerne à la fois la réhabilitation du bâtiment actuel sur le site Lakanal et la conception d’un nouvel édifice désiré par la direction de l’école afin de remplacer les locaux de Trévise. Notre groupe s’est concentré sur l’étude thermique du nouveau bâtiment. L’objectif principal de notre équipe a été de réaliser une étude thermique de ce nouveau bâtiment pour que ce dernier réponde à la Réglementation Thermique 2005. Une autre variante sera proposée afin d’obtenir le Label Effinergie, ce qui impliquerait que le bâtiment soit de catégorie A (moins de 50 kWhep/an/m² chauffé). Nous avons travaillé en partenariat avec le cabinet d’architectes MVA : « Maillard Vilette & Associés » de Bourg‐la‐Reine chargé des travaux en tant que « bureau d’études énergétiques » du projet ; dans le but de faire que ce projet s’inscrive dans une démarche Haute Qualité Environnementale, qui vise à limiter les impacts de la construction sur l’environnement, tout en assurant à l’intérieur des conditions de vie saines et confortables. Cela passe aussi bien par le choix des matériaux que par la prise en compte de la maintenance du bâtiment, et surtout par les économies d’énergie qu’il permet et qui limiteront l’accroissement de l’effet de serre. Ainsi, pour chaque simulation, nous devons réaliser : ƒ une proposition de solution technique sur le bâti (isolation, vitrage…) ; ƒ une proposition de solution technique sur les systèmes de ventilation, de chauffage ; ƒ une étude de consommation énergétique (kWh/m².an) ; ƒ une étude économique ; ƒ une étude environnementale (rejet de CO2, énergies grises …). Pour nous aider dans ces tâches, le logiciel PERRENOUD a été utilisé. Nous avons divisé le groupe en quatre sous‐groupes. Les trois premiers ont recherché des solutions techniques dans les domaines de : ¾ l’isolation ¾ la ventilation ¾ le vitrage Le dernier groupe a traité les données avec les logiciels Perrenoud. 4
Etude thermique du nouveau bâtiment de l’EPF II. Présentation du nouveau bâtiment Le cabinet d’architectes MVA nous a fourni les plans du nouveau bâtiment. Ils sont disponibles en annexe I. Ces plans fournis par l’architecte ne sont qu’au stade d’avant‐projet. Nous disposons donc d’une certaine marge de manœuvre quant à la structure du bâtiment (disposition et taille des fenêtres, type de façade…). Le dessin des façades extérieures n’a pas encore été effectué. Mais l’architecte pense réaliser la structure du bâtiment en béton et la compléter avec des bardages en bois. Il a aussi l’idée d’utiliser une façade végétalisée avec des plantes en pied. En outre, la construction ne sera pas mitoyenne des autres ; elle sera reliée à l’ancien bâtiment situé à 8 m, coté sud. Néanmoins les pignons les plus proches des propriétés voisines ne pourront être ni éclairés, ni vitrifiés. Donc les façades ouest et est ne pourront pas être équipées de fenêtres. C’est une des principales contraintes du projet. La quantité de surfaces vitrées reste à définir. Le nouveau bâtiment sera constitué en tout de six niveaux dont quatre au‐dessus du sol, ce qui représente une hauteur de 4 x 2,95 m. 22 salles d’environ 50 m² seront réparties en salles de cours, salles de Travaux Pratiques et salles informatiques. On trouvera également une salle polyvalente au niveau ‐1 et une salle multimédia de 120 m² avec bibliothèque au rez‐de‐chaussée. Les deux amphithéâtres occuperont deux niveaux (rez‐de‐chaussée et niveau ‐1). Le niveau ‐2 et une partie du niveau ‐1 ont été conçus pour le stationnement et des locaux techniques. Un patio vitrifié et éclairé naturellement abritera l’escalier principal. En résumé le bâtiment sera constitué d’après les plans : ¾ Niveau ‐2 : Parking 31 places ¾ Niveau ‐1 : Parking 16 places + 2 amphithéâtres (110 + 120 places), salle polyvalente, sanitaire, locaux techniques ¾ Rez‐de‐chaussée : 2 amphithéâtres (110 + 120 places), bibliothèque, 2 salles de cours, 2 bureaux, sanitaires ¾ 1er étage : 6 salles de cours, 1 bureau, sanitaires (604 m²) ¾ 2ème étage : 8 salles de cours, 1 bureau, sanitaires (604m²) ¾ 3ème étage : 6 salles de cours, 1 bureau, sanitaires (451 m²) Enfin, il faut noter que les aspects techniques qui viseront à obtenir l’étiquette A pour le bâtiment auront une incidence sur les aspects architecturaux. 5
Etude thermique du nouveau bâtiment de l’EPF III. Objectifs optimaux : exemple de réalisation Nos recherches se sont principalement portées sur des bâtiments d’enseignement ayant été réalisés selon une démarche d’éco‐construction et voulant atteindre un label. Pour ces quelques exemples seront détaillés les éléments innovants dans le domaine de la thermique. 1. Le collège Georges Mandel à Issy‐les‐Moulineaux Depuis quelques années, le conseil général des Hauts‐de‐Seine met en œuvre la norme de "haute qualité environnementale" (HQE). La démarche HQE touche à la fois les usagers, avec des préoccupations de santé et de confort, et l’environnement au sens général, avec des objectifs d’économie de ressources et de réduction des rejets. L’opération de construction a intégré les 14 critères de la norme "haute qualité environnementale". La majeure partie du collège, ouvert depuis la rentrée 2007, est constituée d’une isolation thermique dite « par l’extérieur ». Par ailleurs, le collège est constitué de nombreuses terrasses plantées qui permettent d’augmenter l’inertie du bâtiment, améliorant encore les performances thermiques du bâtiment. Ces terrasses plantées ont également l’avantage d’améliorer le confort visuel des utilisateurs et d’être arrosées par les eaux pluviales récupérées. Le mode de chauffage choisi du collège est la production de chaleur par la valorisation des déchets. Les matériaux de construction ont été choisis sur des critères environnementaux et sanitaires : du cuivre qui est composé de matières recyclées pour les façades et les brise‐
soleil ; des isolants en mousse sans CFC, chlorofluorocarbures (gaz à effet de serre) ; des isolants en fibre minérale qui justifient de tests de non cancérogénicité ; pour la toiture, d’un isolant « foamglass » fabriqué à base de verre recyclé et ayant une durée de vie très importante. La ventilation double flux permet en outre de résoudre le problème acoustique en supprimant les entrées d’air en façade. Le système de panneaux solaires couvre 40% des besoins d’eau chaude sanitaire de la demi‐pension. Les vitrages de l’ensemble des façades sont très performants ; ils permettent d’obtenir un bon éclairage naturel tout en conservant un bon confort l’été. Les brise‐soleil ainsi que les stores extérieurs permettent de limiter les apports de chaleur trop importants (effet de surchauffe). 6
Etude thermique du nouveau bâtiment de l’EPF 2. Le Lycée KYOTO A POITIERS : un exemple L’éco‐construction consiste à réaliser un bâtiment dans une logique du développement durable, en respectant au mieux notre environnement, tout en garantissant un intérieur sain et confortable. La prise en compte de l’environnement est intégrée tout au long du cycle de la vie du bâtiment, de sa conception jusqu’à sa déconstruction, de l’amont à l’aval de la filière de construction. L’annexe 2 présente succinctement les plans de ce bâtiment. •
Intégration du bâtiment dans son environnement : Il s’agit d’intégrer au mieux le bâtiment dans le site choisi, en tenant compte des avantages et des contraintes de la parcelle, afin de créer un cadre de vie agréable. Pour cela, les opportunités offertes par l’environnement du site ont été étudiées dès le programme (transports en commun, réseau de chaleur, topographie du terrain, vents dominants…). A titre d’exemple, les espaces extérieurs seront agréablement végétalisés et protégés des vents dominants par l’implantation du bâtiment d’enseignement général, complété par un traitement végétal. Une phase de pré‐verdissement a déjà été réalisée depuis près d’un an afin que les arbres et plantations puissent profiter avant l’ouverture du lycée. La majorité des espaces herbeux seront en prairie et les toitures terrasse des ateliers seront végétalisées. La gestion des eaux pluviales et des eaux d’orages est complètement intégrée au paysage. Un bassin de 7
Etude thermique du nouveau bâtiment de l’EPF rétention des eaux pluviales de 200 m² enherbé, des fossés et des tranchées drainantes seront mises en place. Les eaux pluviales récupérées, puis stockées, seront ensuite réutilisées pour les espaces extérieurs ou les sanitaires. •
Architecture bioclimatique : Un bâtiment ayant une grande inertie thermique et une isolation performante, dont l’orientation, la structure, l’équipement et les aménagements intérieurs permettent une utilisation maximale de la lumière naturelle et la limitation de la surchauffe en été, tout en offrant un confort intérieur satisfaisant, répond aux exigences essentielles de l’éco‐
construction. Dans le cadre du lycée KYOTO, cela se traduit par une gestion optimisée des apports solaires, notamment grâce à l’atrium, qui permettra un gain de 50 à 75% sur les consommations de chauffage des locaux contigus, tout en augmentant les conditions de confort de la cour centrale. En été, cet atrium sera ventilé naturellement par de larges ouvertures afin d’éviter tout risque de surchauffe pour les salles de classe adjacentes et des protections solaires viendront compléter cette ventilation afin d’augmenter le confort des futurs utilisateurs. Des simulations thermiques dynamiques ont ainsi été réalisées afin d’évaluer les gains en hiver et le confort estival (vitesses du courant d’air, températures des salles…). De même, des outils de simulation ont été utilisés pour évaluer l’éclairage naturel des principaux locaux et positionner les ouvertures. L’enveloppe même des bâtiments est très performante et supérieure à la réglementation thermique 2005. Selon le type de bâtiment, l’isolation se fera soit extérieure, soit intégrée de manière répartie et les éventuels ponts thermiques ont tous été traités, afin d’atteindre des niveaux d’isolation très performants. L’inertie thermique a également été recherchée par la limitation des faux‐plafonds et par des cloisons lourdes sur les circulations. Les toitures terrasses végétalisées participeront également à l’inertie et à l’isolation des ateliers. 8
Etude thermique du nouveau bâtiment de l’EPF Afin de maintenir un confort en mi‐saison, les toitures sont bien isolées et disposent d’un éclairage zénithal orienté au nord, afin d’éviter les surchauffes en été aux derniers niveaux. De nombreuses protections solaires (stores, volets en bois, pare soleil fixe…) et un système de ventilation naturelle participeront également au confort d’été. Par ailleurs, un système innovant de stockage inter‐saisonnier de chaleur a été imaginé, afin de conserver l’eau chaude fournie par le réseau de chaleur en été dans une cuve de 1000 m3, puis de restituer cette énergie en hiver (voir plus‐bas). • Choix des matériaux et procédés de construction : Le choix des matériaux et procédés a ainsi été réalisé selon une approche multicritère, intégrant majoritairement des critères environnementaux (Fiches de Déclaration Environnementales et Sanitaires, analyse du cycle de vie, labels environnementaux, bilan carbone…). Voici quelques exemples de matériaux retenus : − Utilisation massive du bois naturellement durable avec label PEFC (structure, bardage, menuiseries). Du mélèze est notamment prévu en façade sans traitement et les brises soleil ne seront pas lasurés ; − L’isolation des façades a été traitée avec des matériaux recyclés ou naturels tels que la cellulose, le chanvre ou la fibre de bois ; − Les pierres de soubassement seront de provenance locale ; − Le linoléum est utilisé dans le bâtiment de l’enseignement ; − Les peintures glycérophtaliques sont remplacées par de la peinture laque acrylique en phase aqueuse… • Equipements techniques et intégration d’énergies renouvelables : Pour le lycée KYOTO, le choix des équipements a intégré deux principaux critères : − La réduction des dépenses énergétiques (éclairage et équipements à faible consommation, y compris pour l’ensemble des équipements de cuisine) ; − La récupération d’énergie (ventilation double flux avec échangeur, ventilation nocturne, hotte avec récupérateur de calories, stockage de calories inter saisonnier…) ; Par ailleurs, le recours aux énergies renouvelables et/ou locales a été largement favorisé pour subvenir aux besoins restants. La chaleur disponible en été dans le réseau de chaleur à proximité, est valorisée, stockée dans une cuve de 1 000 m3 et restituée à partir du début de la saison de chauffe. De plus, 2 unités de cogénération de 25 kW électrique fonctionneront à l’huile végétale de manière à compléter la production de chaleur. Enfin, 900 m² de panneaux photovoltaïques seront installés sur le bâtiment d’enseignement général. • Chantier à faibles nuisances : Enfin, la construction en elle‐même est un moment important du cycle de vie d’un bâtiment, et les acteurs doivent prendre des mesures pour limiter les impacts environnementaux et les nuisances dus au chantier (déchets, bruit, poussière, pollution des sols et eaux). Pour cela, une charte chantier vert a été intégrée aux pièces générales de la consultation. Un coordonnateur Qualité Environnementale a déjà été identifié au sein d’une des principales entreprises, afin de faire respecter les engagements de cette charte, et une réunion spécifique sera organisée une fois par mois. Par ailleurs un bilan carbone sera réalisé 9
Etude thermique du nouveau bâtiment de l’EPF par le bureau d’étude HQE afin de quantifier les impacts environnementaux des procédés et produits de construction. En conclusion, ce lycée doit être livré pour avril 2009. Et toutes les évolutions décrites précédemment ont pour objectif de : ‐ réduire les consommations de chauffage de 90 kWh/m².an à 7 kWh/m² par an ; ‐ réduire les consommations électriques de 45 kWh/m².an à 2 kWh/m² par an. 10
Etude thermique du nouveau bâtiment de l’EPF 3. Le Bâtiment de bureaux de l’INEED à Alixan La Chambre de Commerce et de l’Industrie de la Drôme a voulu construire un bâtiment de bureaux à très faible consommation d’énergie selon une approche la plus HQE possible. Dans ce projet, l’accent a été mis sur la résistance thermique de l’enveloppe. Cette construction de 2006 a ainsi été la première en France à être réalisée avec de la brique Monomur Bellenberg de 50 cm enduite en terre crue et paille. La toiture a aussi été couverte de fortes épaisseurs d’isolant. Des menuiseries bois avec double vitrage peu émissif à lame d’argon ont été utilisées. La façade Sud est parée d’un treille et la toiture est végétalisée. Les surfaces vitrées sont protégées par des casquettes de photopiles. Une ventilation mécanique très performante grâce à l’installation d’un puits canadien en amont d’une centrale double flux. Cette‐dernière est munie d’un échangeur rotatif d’efficacité supérieure à 80 %, avec sélection de l’entrée d’air neuf soit par le puits canadien, soit directement depuis l’extérieur. Les salles de conférence et d’exposition sont traitées différemment des bureaux au niveau de la ventilation double‐flux. De plus la ventilation à débit variable fonctionne grâce à une détection de présence dans les salles de réunion. Au bout de six mois, on a relevé des niveaux de consommation divisés par un facteur 7, par rapport à un bâtiment traditionnel. Ces résultats ont pu être obtenus par une bonne maîtrise de la demande en électricité, notamment par un éclairage très performant (6 W/m²) par détecteur de présence et l’usage généralisé des ordinateurs portables. D’autres données sont disponibles en annexe 3. 11
Etude thermique du nouveau bâtiment de l’EPF IV. Etude thermique du nouveau bâtiment : 1ère proposition, la réglementation RT 2005 1. Présentation de la réglementation RT 2005 a. Contexte Le secteur du bâtiment est le secteur le plus consommateur d’énergie. En effet, les logements et les bâtiments tertiaires sont à l’origine de 18 % (source Plan Climat 2004) des émissions nationales de CO2 soit plus d'une demi‐tonne de carbone par an et par personne. On y consomme 46 % de l'énergie finale, soit 1,1 tonne d'équivalent pétrole par an et par personne. Ces chiffres s’expliquent notamment par le chauffage, qui représente près des deux tiers de ces consommations d'énergie et la majeure partie des émissions de CO2 du secteur en raison du contenu élevé en carbone des combustibles fossiles et de l'électricité utilisée lors des périodes très froides. Les postes déperditifs d’un bâtiment C’est dans ce contexte que depuis 1973, des efforts ont été réalisés sur l’ensemble des logements, permettant ainsi une réduction de la consommation énergétique moyenne de 37 %. Il en est de même sur les logements neufs, qui, depuis 1975, ont eu leurs consommations par m², divisées par 2 à 2,5, grâce aux réglementations thermiques successives. Cependant la consommation d'énergie totale des secteurs résidentiel et tertiaire a augmenté dans le même temps de 30 % au cours des trente dernières années du fait de l'accroissement du parc (+ 41 % de logements en 30ans), de l'élévation du niveau de confort (appareils électroménagers) ou encore de l'apparition de nouveaux besoins tels que la climatisation. La maîtrise des consommations d’énergie et la réduction des émissions de gaz à effet de serre dans le secteur du bâtiment sont donc devenues des objectifs visés par la France comme par l’ensemble de la communauté internationale pour préserver les ressources énergétiques et lutter contre le réchauffement climatique. 12
Etude thermique du nouveau bâtiment de l’EPF b. Principe Dans ce contexte, les pouvoirs publics se sont engagés à réactualiser les exigences règlementaires de la RT 2000 tous les 5 ans, d’où l’entrée en vigueur de la RT2005. Elle s’adresse aux constructions neuves (ou extensions de constructions) des bâtiments résidentiels et non résidentiels (tertiaire, bâtiments industriels,…) et est applicable à toutes les constructions neuves dont le permis de construire a été déposé à partir du 1er septembre 2006 (Journal officiel du 25 mai 2006, décret et arrêté du 24 mai 2006 qui est présenté en annexe 4). ƒ Les exigences de la RT2005 La RT 2005 fixe une limite de consommation énergétique de référence (appelé Cep‐
réf) à ne pas dépasser. Pour respecter cette exigence, la RT 2005 détermine des "repères" qui sont les niveaux de référence et les exigences minimales, ceux‐ci pour tous les équipements et matériaux utilisés. Elle prend en compte explicitement les déperditions des ponts thermiques. Ainsi, la réglementation thermique impose trois exigences à satisfaire : « la règle des 3C » ¾ Consommations énergétiques à limiter La consommation d’énergie doit être inférieure à une consommation de référence : Cep ≤ "Cepréf" (en kWh/m².K) Avec Cep : la consommation conventionnelle d'énergie du bâtiment pour le chauffage, la ventilation, le refroidissement, la production d'eau chaude sanitaire et l'éclairage des locaux. Il est exprimé en kWh d'énergie primaire/m2.an Cep‐réfCep réf : représente la consommation conventionnelle d'énergie du bâtiment ayant les caractéristiques de référence. Il est exprimé en kWh d'énergie primaire/m2.an. ¾ Confort d’été à favoriser La température conventionnelle d’été doit être inférieure à une température d’été de référence Tic ≤ "Tic‐réf" (en °C) Tic = la température atteinte en été du bâtiment (en °C) Tic réf = la température atteinte en été dans le bâtiment de référence (en °C) 13
Etude thermique du nouveau bâtiment de l’EPF ¾ Caractéristiques thermiques minimales à respecter Il faut s'assurer du respect des exigences minimales ou "garde‐fou" pour : - tous les composants de l’enveloppe (parois, menuiseries, ponts thermiques,…) : Ubât‐max - Pour tous les systèmes (ventilation, chauffage, ECS,…) : Cepmax Que représentent ces coefficients ? ƒ Ubât est le coefficient moyen de déperditions à travers les parois déperditives séparant le volume chauffé du bâtiment, de l’extérieur, du sol et des locaux non chauffés. Il s’exprime en W /m2.K et se calcule de la manière suivante : Ubât = (Σ UiAi + ΣψkLk)/ ΣAi Avec : U = le coefficient de déperdition surfacique associé à la surface A de la paroi ψk = le coefficient de déperdition linéique associé à la longueur L de la liaison ƒ Et pour pouvoir évaluer la valeur de ce coefficient, il est nécessaire de connaître le coefficient Ubât‐ref. Il permet de situer les déperditions par transmission à travers l’enveloppe par rapport à une valeur de référence, calculée en fonction des caractéristiques thermiques de référence des composants de l’enveloppe. Sa formule est la suivante : Ubât‐ref = (Σ aiAi + ΣakLk)/ ΣAi Avec ai = les coefficients de référence définis dans l’arrêté et qui dépendent de la zone climatique où se situe le projet. Ainsi pour être conforme à le RT2005, le coefficient de déperdition Ubât ne doit pas dépasser une certaine valeur Ubât‐max, dont les nouvelles limites ont été définies et qui concernent tout type de bâtiment : • 20 % en maison individuelle (Ubât‐max = Ubât‐base x 1,20) • 25 % en logement collectif (Ubât‐max = Ubât‐base x 1,25) • 50 % pour les bâtiments tertiaires (Ubât‐max = Ubât‐base x 1,50). Ubât‐base est calculé de manière identique à Ubât‐réf mais prend en compte les surfaces exactes de vitrage du projet et non celles de référence fixée. De plus, les niveaux de performance ont été augmentés par rapport à la RT2005 • Renforcement d'environ 10 % de la performance des parois • Diminution d'environ 20 % des pertes par pont thermique • Ajustement des données météorologiques et définition plus fine des zones climatiques (8 nouvelles zones) (voir carte ci‐dessous) • Prise en considération de l'éclairage dans le secteur résidentiel. 14
Etude thermique du nouveau bâtiment de l’EPF RT 2005 : les nouvelles zones climatiques ƒ
Quelles sont ses nouveautés ? Par rapport à la RT 2000, la version 2005 apporte des améliorations importantes : -
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La consommation énergétique est toujours formulée en consommation d'énergie primaire (Cep) mais elle est à présent exprimée en kWh/m2.an. Introduction d'une « consommation énergétique maximale » (Cep‐max) dans le secteur du résidentiel pour le chauffage, le refroidissement et la production d'eau chaude sanitaire, avec prise en compte du type d'énergie utilisé et de la zone climatique. Valorisation des énergies renouvelables : les projets architecturaux sans capteurs solaires pour la production d'eau chaude sont pénalisés dans le calcul de référence ; la loi d'orientation de la politique énergétique du 13 juillet 2005 permettra un dépassement du coefficient d'occupation des sols de 20 % dans le cas d'un bâtiment aux performances énergétiques meilleures que la réglementation. Valorisation des conceptions bioclimatiques : inertie, orientation du bâtiment, apports solaires, etc. Fiche de synthèse d'étude thermique à fournir obligatoirement à la fin des travaux par le maître d'ouvrage, sous peine de sanction. 15
Etude thermique du nouveau bâtiment de l’EPF -
Limitation du recours à la climatisation et classification des bâtiments en fonction de leurs besoins (ou non) en climatisation. Valorisation de l'étanchéité à l'air du bâti par une procédure empirique et par l'élaboration d'un dossier technique. ƒ
Les nouvelles règlementations D’ici trois ans, une nouvelle réglementation thermique entrera en vigueur, la RT 2010. Elle visera à débloquer 62 millions d’euros pour la recherche afin de trouver des solutions encore plus performantes pour des bâtiments à énergie positive ou à très faibles consommations ainsi qu'à la rénovation des bâtiments anciens pour faire baisser leurs consommations. 16
Etude thermique du nouveau bâtiment de l’EPF 2. Calcul des déperditions (logiciel Perrenoud) La première étape de l’étude thermique consiste à calculer les déperditions du bâtiment. Pour cela, nous avons procédé au choix des différents matériaux et équipements du bâtiment afin d’optimiser leur coefficient de déperdition et de limiter les pertes énergétiques, donc la consommation de chauffage. L’étude sur le logiciel Perrenoud s’est principalement portée sur les parois opaques (murs, plancher, plafonds), les vitrages, les portes et les ponts thermiques. Ces équipements responsables des pertes thermiques sont numérotés comme l’indique le schéma ci‐dessous. Les différentes zones de déperdition a. Isolation des parois opaques : Up i.
La composition des parois L’isolation thermique permet à la fois de réduire nos consommations d’énergie de chauffage et/ou de climatisation et d’accroître notre confort et notre qualité de vie. En effet, elle permet d’éviter la sensation de parois froides en hiver et de façon similaire, les parois chaudes pendant la saison estivale, favorisant ainsi l’utilisation des espaces à proximité des parois. Un bâtiment bien isolé vieillit mieux et nécessite moins de travaux d’entretien : l’isolation associée à une ventilation efficace supprime les risques de condensation. L’isolation est également bénéfique pour l’environnement : en réduisant la consommation du bâtiment, elle permet de préserver les ressources énergétiques et de limiter les émissions de gaz à effet de serre. Ainsi, l’isolation thermique est intéressante en termes de protection de l’environnement, de confort et d’économies financières. Enfin, il existe plusieurs techniques d’isolation possible : l’isolation intérieure, l’isolation extérieure et l’isolation répartie. L’étude portant sur la conformité RT2005 est basée sur l’utilisation de l’isolation intérieure. 17
Etude thermique du nouveau bâtiment de l’EPF ii.
L’isolation intérieure des parois opaques Il s’agit du type d’isolation le plus répandu en France. Elle se présente en général de la manière suivante : Isolation par l'intérieur : importantes pertes de chaleur au niveau des ponts thermiques
Les avantages de cette technique sont les suivants : - L’absence de modification de l’aspect extérieur de la maison ; - Un coût relativement peu élevé ; Mais ce type d’isolation présente aussi des inconvénients : - L’épaisseur de l’isolation vient mordre sur la surface habitable des pièces ; - Les ponts thermiques sont plus difficiles à traiter ; - La mise en oeuvre est contraignante : l’isolation doit être bien repartie (même en présence de prises ou de canalisations) ; - L’inertie interne du bâtiment reste faible. La qualité de l’isolation peut diminuer avec le temps : tassement des laines derrière les plaques de plâtre, trous de souris dans le polystyrène. 18
Etude thermique du nouveau bâtiment de l’EPF iii.
Description des différentes parois utilisées Le type d’isolation doit résulter d’un choix stratégique, le choix des matériaux constituant les parois est donc primordial. Il existe ainsi de nombreux matériaux isolants sur le marché, possédant des conductivités thermiques différentes. Ils peuvent être regroupés en 3 groupes principaux : - les isolants synthétiques : polystyrène ; - les isolants minéraux : laine de verre ; - les isolants écologiques : ouate de cellulose, chanvre. La conductivité thermique du matériau choisi (lambda en W /m°C) est le critère optimum caractéristique d’une bonne isolation. En effet, plus la conductivité de l’isolant est faible et plus sa résistance thermique sera importante, évitant ainsi les transferts de chaleurs importants de part et d’autre de la paroi. •
Murs extérieurs A101 Nous n’avons pas défini la totalité de la composition des parois opaques. Des contraintes structurelles ont été imposées par le cabinet d’architecture: - Utilisation du béton pour les murs porteurs ; - Utilisation d’un bardage bois ou acier sur la surface extérieure. Notre choix s’est orienté vers le bardage bois, car il constitue un meilleur isolant que l’acier, il possède une énergie grise inférieure et donnera au bâtiment un aspect visuel agréable. Le choix de l’isolant et des matériaux supplémentaires restait à notre charge. Ainsi, Afin d’optimiser l’isolation du futur bâtiment de l’EPF, nous avons utilisé le polystyrène expansé (PSE) comme isolant thermique des parois extérieures. Les murs extérieurs couvrent l’ensemble des parois (nord – est – sud – ouest) de l’enveloppe. Ils sont caractérisés par les parois A101 possédant un coefficient de déperdition de 0,286 W/m²/°C. 19
Etude thermique du nouveau bâtiment de l’EPF Composition des murs extérieurs (A101) en isolation intérieure DESIGNATION EPAISSEUR (cm) LAMBDA RESISTANCE TYPE Béton plein 20 2 0,1 ThU Polystyrène expansé* 12 0,039 3,077 ThU Enduit mortier 1,5 1,15 0,013 ThU Surface totale (m2) Déperdition totale (W) 1
1148,29
part (%)
9359,10
58,57
* Cf annexe 5 pour document technique Schéma de la paroi
1 : béton plein
2 : PSE 3 : enduit mortier 1
2
3
Courbe de température dans la paroi 1
Déperditions : Température intérieure = 19ºC, température extérieur = ‐7ºC 20
20 cm
12 cm
1,5 cm
Etude thermique du nouveau bâtiment de l’EPF •
Parois A200 : Plafond sous combles Cette paroi compose le plafond du troisième étage, au‐dessous de la toiture. Les combles au dessus sont considérées comme un local non chauffé de coefficient 0,9 W/m²/°C. L’ensemble de ces parois possède un coefficient de déperdition de 0,189 W/m²/°C. Composition du plafond sous toit (A200) DESIGNATION EPAISSEUR (cm) LAMBDA RESISTANCE TYPE Bac acier 0,1 60 0 ThU PANOTOIT FIBAC 2* 20 0,039 5,128 ThU Chape béton caverneux 5 1,4 0,036 ThU Surface totale (m2) Déperdition total2 (W)
397,44
part (%)
1782,59
11,08
* Cf annexe 7 pour document technique
Schéma de la paroi
1 : bac acier
2 : isolant PANOTOIT FIBAC 2 3 : chape béton
Courbe de température dans le plafond 2
Déperditions : Température intérieure = 19ºC, température extérieur LnC = -4ºC
21
0,1 cm
20 cm
5 cm
Etude thermique du nouveau bâtiment de l’EPF •
Paroi A300 : Plancher haut sous plafond / toiture terrasse Le plancher haut extérieur est situé sur le deuxième étage, créant une petite terrasse à côté des salles du troisième étage. Le type de paroi choisie possède un coefficient de déperdition de 0,224 W/m²/°C. Composition du plancher haut extérieur (A300) DESIGNATION EPAISSEUR (cm) LAMBDA RESISTANCE TYPE Pavé béton 4 2 0,02 ThU Lit de sable 5 2 0,025 ThU 12 0,029 4,138 ThU Etanchéité 2 5 0 ThU Dalle support béton 20 2 0,1 ThU ROOFMATE SL‐X *(polystyrène extrudé XPS) Surface totale (m2) Déperdition totale (W)
248
part (%)
1505,49
9,42
* Cf annexe 6 pour document technique
Schéma de la paroi
1 : Pavé béton
2 : Lit de sable 3 : isolant ROOFMATE 4 : étanchéité 5 : Dalle support béton Courbe de température dans la plancher 22
4 cm 5 cm
12 cm
2 cm
20 cm
Etude thermique du nouveau bâtiment de l’EPF •
A401 : Plancher bas intérieur sur vide sanitaire Ce type de plancher bas se retrouve au niveau du rez‐de‐chaussée en dessous de l’amphithéâtre. Ces parois opaques surplombent donc un vide sanitaire de type local non chauffé : le parking. Le type de paroi opaque choisi possède un coefficient de déperdition de 0,260 W/m²/°C. Composition du plancher bas intérieur (A401) DESIGNATION EPAISSEUR (cm) LAMBDA RESISTANCE TYPE Béton + planguettes bas 16 0,065 2,462 ThU Isolant DOSMISOL LR * 4 0,035 1,143 ThU Chape béton carverneux 5 1,4 0,036 ThU Surface totale (m2) Déperdition totale (W)
455,6
part (%)
3253,39
20,36
* Cf annexe 8pour document technique
Schéma de la paroi
1 : plancher support béton 2 : isolant DOMISOL LR 3 : chape béton
Courbe de température dans le plancher 23
16 cm 4 cm
5 cm
Etude thermique du nouveau bâtiment de l’EPF •
Le plancher intérieur A402 Les planchers intérieurs sont les planchers situés entre deux étages (deux locaux) chauffés. Le type de paroi opaque choisi possède un coefficient de déperdition de 0,373 W/m².°C. Cependant, la température de part et d’autre de la paroi est la température intérieure, ces parois n’entraînent donc pas de pertes. Nous verrons ensuite que les pertes sont dues au pont thermiques crées à la jonction avec les murs extérieurs. Composition du plancher intérieur (A402) DESIGNATION EPAISSEUR (cm) LAMBDA RESISTANCE Enduit plâtre 1,5 0,35 0 ThU Hourdis TC de 16 16 ‐ 0 ThU Polystyrène 9 9 0,043 2,093 ThU Chape béton caverneux 5 1,4 0,036 ThU Surface totale (m2) 1290,32
Courbe de température dans le plancher intérieur Répartition des déperditions dans les parois opaques TYPE 24
Etude thermique du nouveau bâtiment de l’EPF b. Les parois vitrées et portes : Uw
i.
Les fenêtres Les vitrages numérotés de A700 à A706, sont situés respectivement sur les surfaces sud et nord du bâtiment, ainsi que pour la confection du patio. Les contraintes architecturales ne permettent pas de disposer de fenêtres sur les surfaces est et ouest du bâtiment. Voici les différents paramètres que nous avons estimés pour les vitrages du bâtiment. La déperdition des vitrages est proportionnelle à la surface vitrée de coefficient Ug. Un double vitrage possède une isolation plus faible qu’un triple vitrage, cependant il empêche les rayons Infra Rouge solaire de chauffer l’intérieur du bâtiment. L’isolation augmente aussi avec l’épaisseur du vitrage et le type de gaz qui le compose. En fonction du type de menuiserie et de la proportion de surface fixe, l’isolation est aussi modifiée. Le coefficient de déperdition total pour un type de vitrage est Uw (W/m/°C), on le multiplie par la surface vitrée totale afin de connaître la déperdition engendrée par les fenêtres. ¾ Les vitrages ne bénéficient pas de volets, leur coefficient de déperdition est donc le même le jour et la nuit : Uw = Ujn. Le choix du vitrage nous permet donc d’opter pour les meilleures solutions tant au niveau des déperditions thermiques que des apports solaires. o
Sur la façade nord, un triple vitrage à l’argon (E=0,05) de 15 mm nous permet d’atteindre un coefficient de déperdition Uw de 0,68 W/m²/°C. o
Les vitres au sud sont équipées de doubles vitrages de 16 mm. Elles ont un Uw plus faible (1,9 W/m²/°C), mais elles absorberont moins les rayons infrarouges qui entraînent un apport énergétique solaire important. ¾ Les menuiseries en bois possèdent une quantité d’énergie grise plus faible (l’utilisation du PVC est par exemple interdite en Allemagne) et une capacité d’isolation plus importante que l’aluminium. ¾ Afin de limiter les apports de chaleur solaires l’été, les fenêtres exposées au sud bénéficient de masques en surplomb ainsi que de stores clairs intérieurs/extérieurs. Masques
¾ L’ouverture : fenêtre battante avec ouverture en haut, surface fixe = 55%. Nous déconseillons l’utilisation des systèmes d’ouverture mixte : ils ne sont pas pratiques dans les salles collectives. De plus, avec la VMC double flux, l’ouverture des fenêtres diminue la capacité du bâtiment à se refroidir en été. 25
Etude thermique du nouveau bâtiment de l’EPF Caractéristiques des vitres du bâtiment : Vitrages de la façade nord Ref.
Utilisation
A701
Fenêtre (Nord)
Gaz
Epais. (mm)
Ar 0,05
12
Long. (m)
Haut. (m) Surf. (m²)
1,55
2,95
Fixe (%)
4,57
Claire (%)
55
Cadre
0,9 Bois
Type vitre Nombre
Uw (W/m²/°C) Ug (W/m²/°C)
Surf. Totale
Déper. (W)
(m2)
triple
0,68
108,75
1413,75
Claire (%)
Cadre
87
0,5
Vitrages de la façade sud Ref.
Utilisation
A702
Fenêtre (Sud)
Gaz
Epais. (mm)
Ar 0,05
16
Long. (m)
Haut. (m) Surf. (m²)
1,55
2,95
Fixe (%)
4,57
55
0,9 Bois
Type vitre Nombre
Uw (W/m²/°C) Ug (W/m²/°C)
Surf. Totale Déper. (W)
double
1,8
140,00
112
1,2
1820,00
Entrée des données dans le logiciel – caractéristiques des vitrages 26
Etude thermique du nouveau bâtiment de l’EPF Caractéristique des doubles vitrages selon leur épaisseur et le gaz utilisé ii.
Le patio Le patio est un espace non chauffé au centre du bâtiment, séparé par des parois de verre. On y trouve les escaliers ainsi qu’un espace avec de la végétation. C’est un espace agréable réchauffé par les rayons du soleil ainsi que par la chaleur transmise par le reste du bâtiment. Lorsqu’il fait ‐7°C dehors, la température y est de 13,8°C. Le calcul de cette température est présenté en annexe 9. Une structure métallique permet de soutenir l’ensemble des doubles vitrages renforcés de 12 mm à l’argon. Le toit vitré est équipé d’un double vitrage de même type afin de maximiser les apports solaires, ainsi que d’un store intérieur automatique. Plan du patio avec les différents types de vitrages utilisés 27
Etude thermique du nouveau bâtiment de l’EPF Caractéristiques des vitrages du patio : Ref.
Utilisation
A702
Châssis fixe /
verrière
Gaz
Epais. (mm)
Ar 0,05
12
Long. (m)
Haut. (m) Surf. (m²)
1,55
2,95
Fixe (%)
4,57
Claire (%)
100
Cadre
0,9 Bois
Type vitre Nombre
Uw (W/m²/°C) Ug (W/m²/°C)
Surf. Totale
Déper.3
(W)
double
8
1,8
1,4
36,56
263,23
Long. (m)
Haut. (m) Surf. (m²)
Fixe (%)
Claire (%)
Cadre
Ref.
Utilisation
A703
Châssis fixe /
verrière
Gaz
Epais. (mm)
Ar 0,05
12
3,82
2,95
11,27
100
0,9 Bois
Type vitre Nombre
Uw (W/m²/°C) Ug (W/m²/°C)
Surf. Totale Déper. (W)
double
8
1,8
1,4
90,16
649.152
Long. (m)
Haut. (m) Surf. (m²)
Fixe (%)
Claire (%)
Cadre
Ref.
Utilisation
A704
Châssis fixe /
verrière
Gaz
Epais. (mm)
Ar 0,05
12
1,62
2,95
4,78
100
0,9 Bois
Type vitre Nombre
Uw (W/m²/°C) Ug (W/m²/°C)
Surf. Totale Déper. (W)
double
4
1,8
1,4
19,12
137.664
Long. (m)
Haut. (m) Surf. (m²)
Fixe (%)
Claire (%)
Cadre
Ref.
Utilisation
A705
Châssis fixe /
verrière
Gaz
Epais. (mm)
Ar 0,05
12
5,54
2,95
16,34
Uw (W/m²/°C) Ug (W/m²/°C)
Surf. Totale Déper. (W)
double
1,8
65,36
4
0,9 Bois
Type vitre Nombre
3
100
Température du LnC = 15ºC.
28
1,4
470.59
Etude thermique du nouveau bâtiment de l’EPF Paroi du local non chauffé : A100 DESIGNATION EPAISSEUR (cm) LAMBDA RESISTANCE TYPE Enduit mortier 1,5 1,15 0,013 ThU Enduit extérieur 1,5 1,15 0,013 ThU Béton cellulaire YTONG 36,5 0,13 2,808 ThU Plâtre courant d’enduit 1 0,35 0,029 ThU Surface totale (m2) Déperdition totale (W)
65,49
part (%)
91,50
0,57
iii.
Les portes Les portes sont caractérisées de la même manière que les vitrages grâce à leur coefficient de déperdition Uw. Ref.
Utilisation
A500
Porte pleine
Type
Certif.
d’ouvrant
Porte
pleine
bois
ThU
Long. (m)
Haut. (m) Surf. (m²)
1,93
1,9
Fixe (%)
3,67
Menuiseries
10
Bois
Classe de
Nombre
menuiserie
Uw (W/m²/°C) Surf. Totale
Déper. (W)
Bois
1
1,5
3,67
143,13
Long. (m)
Haut. (m) Surf. (m²)
Fixe (%)
Menuiseries
Ref.
Utilisation
A501
Porte pleine
Type
Certif.
d’ouvrant
Porte
pleine
bois
ThU
1,4
1,9
10
Bois
Classe de
Nombre
menuiserie
Uw (W/m²/°C) Surf. Totale
Déper. (W)
Bois
1,5
207,48
2
2,66
29
5,32
Etude thermique du nouveau bâtiment de l’EPF Ref.
Utilisation
A504
Porte pleine
Type
Certif.
d’ouvrant
Porte
pleine
bois
ThU
Long. (m)
Haut. (m) Surf. (m²)
1,00
1,90
Fixe (%)
1,90
Menuiseries
10
Bois
Classe de
Nombre
menuiserie
Uw (W/m²/°C) Surf. Totale
Déper. (W)
Bois
1,5
222,30
3
5,7
c. Les ponts thermiques : Uψ Les ponts thermiques sont des ruptures dans l’isolant, engendrant un flux de chaleur important entre le local et l’extérieur. Ils ont une influence sur l’ensemble des pertes générées par un bâtiment. Une bonne isolation nécessite des ponts thermiques de bonne qualité, sans quoi le flux aura tendance à s’échapper principalement par les ponts thermiques. Dans le cadre d’une isolation intérieure, les ponts thermiques sont plus importants et moins contrôlés, notamment au niveau des liaisons sol / paroi et façade / façade. On utilisera par la suite que des ponts thermiques linéaires, définis par le coefficient ψ. Description des liaisons utilisées : •
L1100 – Angle rentrant Pont thermique créé par l’angle entre deux parois verticales. Les flèches montrent la direction du flux, depuis le local vers l’extérieur. 30
Etude thermique du nouveau bâtiment de l’EPF •
L1101 – Angle saillant Pont thermique crée par l’angle entre deux parois verticales. Les flèches montrent la direction du flux, depuis le local vers l’extérieur. •
L800 – Mur/Plancher Linéique qui décrit le pont thermique entre le mur et le plancher inférieur (au niveau du rez‐de‐chaussée) du bâtiment. •
L901 – Plancher intermédiaire (ψ) Linéique qui décrit le pont thermique créé à chaque étage, entre les murs verticaux et les planchers intermédiaires. Pour décrire ce pont thermique, on a deux modèles : le ψ et le ψ1 / ψ2. Le modèle ψ prend l’ensemble de la liaison « mur vertical inférieur / plancher intermédiaire / mur vertical supérieur » comme un seul pont thermique. Dans le modèle ψ1 / ψ2, il faut définir le pont thermique supérieur et l’inférieur individuellement. Le bâtiment a une symétrie entre les étages, donc, on peut prendre le modèle ψ pour n’avoir qu’un linéique à définir. Dans le cas de l’isolation intérieur du bâtiment, on obtient le coefficient de linéique suivant : Liaison plancher intermédiaire / paroi pour l’isolation extérieur •
L1000 – Mur / Plafond Linéique qui décrit le pont thermique entre le mur et le plafond supérieur du bâtiment. 31
Etude thermique du nouveau bâtiment de l’EPF Liaison Plafond / paroi pour l’isolation extérieur •
L1201 – Liaison rentrant Au niveau de l’amphithéâtre, cette liaison décrit le pont thermique créé entre le mur et le plancher. L’amphithéâtre possède plusieurs marches, on a donc développé cette linéique sur la longueur de la pente génératrice. Nous avons ainsi une surface de 225 + 11 m² en raison de la pente ; Et 47 mètres de linéique L1201 ψ =0,150W/m°C. Modélisation de l’amphithéâtre pour le calcul de la longueur de linéique 00
A3
03
A5
32
Etude thermique du nouveau bâtiment de l’EPF Exemples des linéiques Mur / Plancher bas
Mur / Plancher
intermédiaire
Mur / Plancher
haut
Entre parois
verticales
Mur menuiseries
Données des linéiques calculées en fonction de l’isolation Ref.
Type de
linéique
Ψ (W/mºC)
Ψ (W/mºC)
Isolation extérieure
Isolation intérieure
L800
Mur-plancher
0,35
0,1
93,00
L901
Plancher
Intérieur
0,05
0,35
342,40
L1000
Mur-plafond
0,15
0,55
77,53
L1100
Angle rentrant
0
0,15
31,65
L1101
Angle saillant
0,15
0
116,70
L1201
Escalier
rentrant
0,15
0,15
47,20
Long. Totale
(m)
33
Etude thermique du nouveau bâtiment de l’EPF d. Analyse des résultats L’analyse finale des résultats nous permet d’observer que la valeur de Ubat finale est conforme à la RT 2005 avec un gain de 36 % par rapport à la valeur de référence. Les déperditions du projet sont conformes aux valeurs de référence. On peut ainsi observer que plus de 50 % des pertes sont dues aux vitrages. L’ensemble des parois opaques entraîne un quart des déperditions totales. De plus, en isolation intérieure, on peut observer que 10,6 % des pertes sont dues aux pertes thermiques (linéiques L8, L9 et L10). Nous pourrons ensuite comparer cette valeur aux résultats obtenus pour avec l’isolation extérieure. Résultats pour le calcul des déperditions Ubat 34
Etude thermique du nouveau bâtiment de l’EPF Résultats pour le calcul des déperditions Ubat ‐ détails 35
Etude thermique du nouveau bâtiment de l’EPF 3. Calcul du coefficient de consommation en énergie a. La ventilation simple flux Le maintien de la qualité de l'air intérieur est aussi fondamental aujourd'hui que la réalisation du confort thermique. La ventilation étant un poste important de déperdition énergétique dans les bâtiments du tertiaire, une partie de notre équipe s’est largement spécialisée dans ce domaine. En effet, voici l’exemple des déperditions et des besoins en énergie d’un bâtiment tertiaire chauffé à l’électricité en zone H1. Figure 1 : Déperditions en W pour un bâtiment tertiaire en zone H1 Figure 2 : besoins nets en énergie (kWh en EP) Dans cet exemple, les déperditions par renouvellement d’air sont équivalentes aux déperditions du bâti, et la ventilation représente 41% des besoins nets d’énergie primaire. L'organisation d'une ventilation permanente, qu'elle soit naturelle ou mécanique, apparaît donc comme un objectif logique, en plus que d'être une obligation réglementaire. On y sera d'autant plus attentif dans les bâtiments scolaires. La réglementation impose pour les bâtiments tertiaires un débit d’air de 18m3/h et par personnes. Le chauffage de l'air neuf hygiénique représente près de la moitié de la consommation de chauffage d'un bâtiment isolé. Pour diminuer ce poste, le choix du système de ventilation n'est pas neutre. Pour notre première proposition du bâtiment et dans le respect de la réglementation RT 2005, nous avons tout d’abord sélectionné un système de ventilation simple à mettre en œuvre et peu onéreux : la Ventilation Mécanique Contrôlée (VMC) simple flux, une ventilation naturelle ne pouvant être envisagée pour notre bâtiment. i.
Fonctionnement 36
Etude thermique du nouveau bâtiment de l’EPF Figure 3 : VMC simple flux avec extraction dans les pièces humides Ce système simple, capte l’air extérieur à l’aide de grilles de ventilation situées au dessus des fenêtres ou derrière les corps de chauffe et est évacué des pièces de service par un groupe d’extraction comportant un ventilateur. ii.
Calcul du débit d’air à extraire et de la puissance des ventilateurs Pour connaître la consommation d’énergie liée au poste de la ventilation, il convient de calculer le débit d’air à extraire – ou à insuffler, les deux débits étant pratiquement identiques pour un bâtiment étanche – à l’intérieur de notre bâtiment. Pour cela, il faut connaître le nombre de personnes maximum pouvant se trouver dans chaque pièce. L’annexe 10 détaille l’estimation pièce par pièce de ce nombre. Nous l’avons volontairement surestimé pour obtenir un débit maximum à fournir dans le bâtiment. En effet, nous nous trouvons dans une phase d’avant‐projet et nous ne connaissons pas l’utilisation que l’EPF voudra affecter à chaque pièce du bâtiment. Le nombre de personnes pourra par la suite être modifié selon son utilisation (le taux d’occupation d’un amphi ou d’une salle de classe étant par exemple supérieur aux salles informatiques). Avec un nombre total d’élève dans le bâtiment de 1473, il est alors possible de calculer le débit d’air : Connaissant le débit d’air, nous pouvons ensuite calculer la puissance due à la ventilation. En phase d’avant‐projet, nous avons fondé notre étude sur des calculs statiques avec une température extérieure de ‐7°C en hiver, et une température intérieure de consigne de 19°C : Il s’agit de la puissance due au chauffage de l’air. 37
Etude thermique du nouveau bâtiment de l’EPF iii.
Avantages/inconvénients du système Ce système comporte certains avantages. En effet, cette méthode est simple, et peu coûteuse à l'exploitation. De plus : • Elle demande peu de place utile dans les locaux techniques. • En général, la présence de faux plafonds peut être évitée, puisqu'il n'y a pas de distribution d'air dans les locaux. • En comparaison avec une ventilation naturelle, ce système permet d’éviter une ventilation permanente même lorsque les locaux sont inoccupés. En effet, les débits d'air extraits sont contrôlés et peuvent être réglés selon l’occupation du bâtiment (cours/vacances scolaires). • La mise au point est facile et se limite au réglage des débits extraits au moyen des bouches. Mais cette technique comporte beaucoup d’inconvénients. En effet, la ventilation par simple extraction d'air n'est pas adaptée aux bâtiments profonds et de grande hauteur. Pas plus que pour ceux situés dans des environnements bruyants et pollués : • On rejette directement vers l'extérieur de l'air aux conditions intérieures, ce qui induit des pertes énergétiques importantes. • L'air neuf n'est pas filtré et les grilles d'amenée d'air peuvent laisser filtrer les bruits extérieurs, ce qui peut être délicat en site urbain ou fortement pollué. Figure 4 : Mouvements d'air théoriques et réels dans un bâtiment 38
Etude thermique du nouveau bâtiment de l’EPF • Les débits réels d'air neuf sont parfois éloignés des valeurs théoriques. En effet, l'air extrait ne provient pas toujours de l'endroit souhaité, c'est à dire des grilles situées dans les locaux dits "propres". Il suffit que quelqu'un ouvre une fenêtre pour déstabiliser la distribution des flux (voir schéma 4). • Cette simple extraction ne permet pas de réaliser du "free‐cooling", en journée ou la nuit, les débits d'extraction étant généralement très insuffisants. • Les débits nécessaires pour les sanitaires sont généralement inférieurs à ceux requis pour la ventilation des bureaux. Il faudra soit augmenter les débits dans les locaux sanitaires, soit prévoir des extracteurs supplémentaires dans les espaces de circulation. iv.
Commentaire sur la VMC simple flux Ce système, conforme à la réglementation 2005, ne semble pas être adapté à notre bâtiment, ou du moins ne respecte pas les objectifs que nous nous étions fixés, c'est‐à‐dire de faire du nouveau bâtiment de l’EPF, un bâtiment économe. b. Le système de chauffage « Eco Friendly Project » intègre un groupe qui travaille sur la géothermie. En collaboration avec ces personnes, nous avons choisi de chauffer notre bâtiment grâce à cette technologie. Ainsi, lors de la saisie de la génération, le type de chauffage est donc « Réseau de chaleur ». 39
Etude thermique du nouveau bâtiment de l’EPF Le générateur se présente sous la forme d’un « raccordement à un réseau de fourniture d’énergie », sous le mode de production « Chauffage seul » (nous avons décidé de ne pas climatiser le bâtiment, les locaux étant inoccupés en juillet et août). Les échanges de chaleur sont réalisés avec de l’eau chaude basse température, et la puissance nominale fournie par la géothermie est de 330 kW. 40
Etude thermique du nouveau bâtiment de l’EPF c. Le système d’émission Le système d’émission choisie est de l’air soufflé, chauffé grâce à la géothermie par l’intermédiaire d’un échangeur d’eau chaude basse pression. d. Les systèmes d’éclairage En ce qui concerne l’éclairage, il est bien évident que l’intensité lumineuse ne sera pas la même dans les salles de cours, dans les amphithéâtres ou dans les couloirs. Nous avons donc considéré une puissance moyenne de 12 W/m², en prenant des tubes fluo de diamètre 16mm (modèle présenté comme étant le moins consommateur dans « l’assistant 41
Etude thermique du nouveau bâtiment de l’EPF éclairage du logiciel »). La gestion de l’éclairage sera assurée par des gradateurs (variateurs de puissance) et des interrupteurs, couplés à des détecteurs de présence. Ce système nous garantit la meilleure gestion de l’éclairage et permet ainsi d’économiser de l’énergie électrique. 4. Etiquette consommation en énergie Avec les données ci‐dessus, notre bâtiment possède un coefficient en énergie primaire de 130 kWh/m².an, ce qui lui confère une étiquette C. Nous sommes conformes à la RT 2005 et cela nous confère une étiquette meilleure que la moyenne des bâtiments français (E). Dans un second temps, nous avons cherché à améliorer cette étiquette, en modifiant des paramètres, dans le but d’atteindre notre objectif final : étiquette A. 5. Etiquette émission du bâtiment L’étiquette émission de Gaz à Effet de Serre indique que le bâtiment émettrait 36 kgéqCO2/m².an. 42
Etude thermique du nouveau bâtiment de l’EPF 6. Analyse des résultats ¾ La Température Intérieure Conventionnelle d’été (TIC) indiquée par le logiciel est de 30,79 °C, pour une Tic de référence de 32,68 °C. Æ Notre simulation est conforme pour la RT 2005. 43
Etude thermique du nouveau bâtiment de l’EPF On remarque que la consommation en chauffage est conséquente (207370 W), car elle permet de supporter principalement les déperditions dues à la Ventilation Mécanique Contrôlée (VMC) simple flux. Le nouveau bâtiment de l’EPF, construit de la manière dont nous venons de l’énoncer, sera conforme à la RT 2005. Dans un deuxième temps, nous avons cherché à effectuer les meilleurs choix dans le but de nous rapprocher le plus possible de notre objectif final : obtenir un bâtiment avec une étiquette consommation d’énergie de A. 44
Etude thermique du nouveau bâtiment de l’EPF V. Etude thermique du nouveau bâtiment : 2ème proposition, le label Effinergie 1. Calcul des déperditions Afin d’obtenir un nouveau bâtiment conforme au label effinergie, nous avons choisi d’utiliser l’isolation extérieure pour les parois externes. Ce type d’isolation réduit fortement les ponts thermiques en particulier. a. L’isolation extérieure des parois opaques i.
Qu’est ce que l’isolation extérieure ? Il s’agit d’un type d’isolation très peu répandu en France. Cette technique est pourtant majoritairement utilisée dans l’Europe du nord et de l’est depuis plus de 20 ans. Isolation par l'extérieur : pas de ponts thermiques Les avantages principaux de ce type d’isolation sont les suivants : • L’isolation par l’extérieur vient à bout d’un plus grand nombre de ponts thermiques ; • Elle ne réduit pas la surface habitable des pièces ; • Elle protège les murs des variations climatiques (action de ravalement) ; • Elle permet au bâtiment de conserver son inertie thermique, ce qui se traduit par une amélioration notable du confort. Mais l’isolation extérieure présente aussi des inconvénients : • Le coût est plus élevé que celui de l’isolation par l’intérieur ; • De plus, le fait de modifier l’aspect extérieur du bâti nécessite une déclaration préalable de travaux ou un permis de construire. 45
Etude thermique du nouveau bâtiment de l’EPF ii.
La composition des parois extérieures Exemple d’un mur avec une isolation extérieure et un bardage Nous avons utilisé la même composition de base que pour l’isolation intérieure. Cependant nous avons placé l’isolant à l’extérieur, ainsi qu’une lame d’air et un bardage en bois afin de protéger la couche d’isolant. 46
Etude thermique du nouveau bâtiment de l’EPF Composition des murs extérieurs (A 101) en isolation extérieure DESIGNATION EPAISSEUR (cm) Bardage bois LAMBDA RESISTANCE TYPE 1 0,09 0,111 ThU Lame d’air faiblement ventilée 0,2 ‐ 0,03 ThU Béton plein 20 2 0,1 ThU Polystyrène expansé 12 0,039 3,077 ThU Enduit mortier 1,5 1,15 0,013 ThU Surface totale (m2) Déperdition totale (W) 4
1148,29
part (%)
8962,936
57,51
Schéma de la paroi 1 : bardage bois
2 : lame d’air 3 : PSE 4 : béton plein 5 : enduit mortier 1 2
3
4
5
Courbe de température dans la paroi 4
Déperditions : Température intérieure = 19ºC, température extérieur = ‐7ºC 47
1 cm
0,2 cm
12 cm
20 cm
1,5 cm
Etude thermique du nouveau bâtiment de l’EPF Répartition des déperditions dans les parois b. Les ponts thermiques Voici l’influence des ponts thermiques en isolation extérieure. On peut observer que Ψ est plus faible notamment pour la linéique L901 (Ψ =0,05 au lieu de 0,35). La longueur de cette linéique est très importante : 340 mètres. Ce changement va donc se répercuter sur le résultat final. Influence de l’isolation extérieure sur les ponts thermiques Ref.
Type de
linéique
Ψ (W/mºC)
Ψ (W/mºC)
Isolation extérieure
Isolation intérieure
Long. Totale
(m)
L800
Mur-plancher
0,35
0,1
93,00
L901
Plancher
Intérieur
0,05
0,35
342,40
L1000
Mur-plafond
0,15
0,55
77,53
L1100
Angle rentrant
0
0,15
31,65
L1101
Angle saillant
0,15
0
116,70
L1201
Escalier
rentrant
0,15
0,15
47,20
48
Etude thermique du nouveau bâtiment de l’EPF c. Analyse des résultats Nous pouvons observer que les résultats sont très différents de ceux obtenus pour l’isolation intérieure. Le Ubat a diminué de 0,383 à 0,357 avec un gain par rapport à la référence de plus de 36 %. De plus, nous pouvons observer que les pertes engendrées par les ponts thermiques sont égales à 4,3 % des pertes totales (contre 10,6 % en isolation intérieure). Ce gain de 6,3 points se répercute sur les déperditions des autres éléments (vitrages, murs extérieurs) dont les parts (pourcentage) ont augmenté. Le bilan de l’isolation extérieure est très positif avec une économie en déperdition de 1013W/°C. Résultats pour le calcul des déperditions Ubat en isolation extérieure 49
Etude thermique du nouveau bâtiment de l’EPF Résultats pour le calcul des déperditions Ubat ‐ détails 50
Etude thermique du nouveau bâtiment de l’EPF 2. Calcul du coefficient en énergie primaire a. La ventilation double flux Nous avons vu que la VMC simple flux était une technique très énergivore car elle implique de réchauffer de l’air froid pour l’évacuer ensuite vers l’extérieur. C’est pourquoi une technique plus onéreuse à l’installation est à envisager. Pour notre deuxième proposition, nous avons considéré l’étude de la VMC double flux. i.
Fonctionnement La VMC double flux est un système qui permet de limiter les pertes de chaleur inhérentes à la ventilation : il récupère la chaleur de l’air vicié extrait du bâtiment et l’utilise pour réchauffer l’air neuf filtré venant de l’extérieur. Un ventilateur pulse cet air neuf préchauffé dans les pièces principales par le biais de bouches d’insufflation. Cet équipement est plus coûteux qu’une VMC simple‐flux, mais il permet des économies de chauffage importantes. Voici un modèle de fonctionnement d’une VMC double flux : Figure 5 : principe de fonctionnement d'une VMC double flux 51
Etude thermique du nouveau bâtiment de l’EPF Les schémas 6 et 7 montrent plusieurs systèmes de fonctionnement d’une VMC double flux dans un bâtiment tertiaire. Figure 6 : VMC double flux avec extraction de l'air vicié par les pièces humides Figure 7 : VMC double flux avec pulsion et extraction dans chaque pièce 52
Etude thermique du nouveau bâtiment de l’EPF ii.
Calcul de la puissance des ventilateurs Le schéma ci‐après résume le fonctionnement d’une VMC double flux. Air soufflé Air rejeté Air extrait Air neuf Fonctionnement schématique d’une VMC double flux L’air neuf est donc réchauffé par l’air vicié par l’intermédiaire d’un échangeur à plaque. L’efficacité des échangeurs commercialisés actuellement est évaluée à 80%. Elle correspond à la puissance échangée sur la puissance échangeable maximale. Nous allons chercher à calculer la température de l’air soufflé via l’échangeur : Il y a bien un gain de chaleur en utilisant l’échangeur car l’air entrant dans le bâtiment ne sera plus à la température extérieure de ‐7°C mais de 13,8°C. La puissance de la ventilation sera donc : Le système VMC double flux avec un échangeur d’efficacité de 80% permet de diminuer les déperditions dues à la ventilation de 187,5 kW par rapport à un système de ventilation en simple flux. Ces résultats sont dans les mêmes grandeurs que ceux fournis par le logiciel. 53
Etude thermique du nouveau bâtiment de l’EPF iii.
Avantages/inconvénients de la VMC double flux C'est un système très "maîtrisable". Quelles que soient les conditions climatiques extérieures (vent, température), il est possible de : • capter l'air extérieur à un endroit "sain", • filtrer cet air, • contrôler les débits de pulsion et d'extraction, indépendamment des influences externes, • mettre à volonté certains locaux en surpression ou en dépression. Il permet de prétraiter l'air pour l'amener dans des conditions de température proches de celles des locaux, ce qui évite tout inconfort. De plus, il permet la récupération de la chaleur (et éventuellement du froid en été) contenue dans l'air extrait pour préchauffer l'air neuf pulsé. Si les conduites de distribution sont bien étudiées, les problèmes de transmission de bruit venant de l'extérieur sont limités (absence d’ouvertures directes en façade). C'est un système coûteux à l'investissement. Les conduits de soufflage doivent généralement trouver place dans des faux‐plafonds et les gaines techniques verticales. La pulsion de l'air dans les locaux peut parfois engendrer du bruit, notamment au niveau des bouches de diffusion. iv.
Contraintes sur le système de ventilation Limiter les pertes de charges : L’une des grandeurs caractéristiques d’un ventilateur est la pression : La pression statique correspond aux pertes de charge que l’air doit vaincre pour s’écouler dans le circuit aéraulique (frottements, obstacles…). Elle est positive au soufflage, négative à l’aspiration et indépendante de la vitesse de l’air. La pression dynamique, est la surpression nécessaire pour générer la vitesse de l’air dans le conduit. Elle est proportionnelle au carré de la vitesse d’air et est toujours positive. Pdyn = 0,6 x V2 pour l’air La pression totale est la somme des deux pressions : En soufflage : Ptot = Pstat (positive) + Pdyn (positive) En extraction : Ptot = Pstat (négative) + Pdyn (positive) Le ventilateur fournit donc l'énergie nécessaire pour compenser la différence de pression totale de l'air entre la prise extérieure et la bouche de pulsion (ou dans le sens inverse dans le cas d'une extraction) ; c'est‐à‐dire, pour mettre l'air en vitesse dans le 54
Etude thermique du nouveau bâtiment de l’EPF conduit et vaincre les pertes par frottement dans celui‐ci. Cette différence de pression totale est appelée hauteur manométrique du ventilateur. La perte de pression totale liée à la résistance du réseau de distribution à l'écoulement d'un débit d'air donné est appelée, quant à elle, perte de charge du réseau. La puissance du ventilateur devra donc être supérieure à celle trouvée par calcul pour combattre ces pertes de charge. Pour notre bâtiment, les pertes de charges sont évaluées à 800Pa. Celles‐ci peuvent être diminuées grâce au surdimensionnement des conduits d’air. En effet, les pertes de charges diminuent avec le carré de la vitesse. De plus, le tracé du réseau de ventilation doit être le plus simple possible pour éviter au maximum, les changements de section, les coudes dans les conduits, etc, qui augmentent les pertes de charges dans le réseau. Choix du ventilateur : Il conviendra de choisir une CTA adaptée au débit d’air important et possédant également un rendement de 80%. v.
Améliorations possibles La diminution du débit d’air total en inoccupation : La VMC double flux étant un système de ventilation maîtrisable il est possible de moduler le débit d’air insufflé dans le bâtiment. L’EPF est un bâtiment scolaire et les salles ne sont donc pas occupées durant les congés. En effet, sur un an, les élèves de l’EPF disposent d’environ 13 semaines de congés et occupent les bâtiments de 8h à environ 20h du lundi au samedi midi. Le nombre d’heures en occupation du bâtiment sera donc de
, sur les 8760 h dans l’année. Une horloge peut donc être intégrée au système de ventilation pour réduire automatiquement le débit d’air durant les heures d’inoccupation. En effet, la ventilation doit pouvoir être réduite de 50% dans le cas d’une occupation discontinue Pour un local ou un groupe de locaux à pollution non spécifique desservis par un même système de ventilation mécanique, si le taux d'occupation est susceptible d'être inférieur au quart du taux normal pendant plus de 50 p. 100 du temps d'occupation, le débit d'air doit pouvoir être réduit d'au moins 50 p. 100. Pour un local ou un groupe de locaux à pollution spécifique desservis par un même système de ventilation mécanique, si le taux instantané d'émission de polluant est susceptible d'être inférieur au quart du taux normal pendant plus de 50 p. 100 du temps d'émission, le débit d'air doit pouvoir être réduit d'au moins 50 p. 100 (Arrêté du 13 avril 1988, relatif aux équipements et aux caractéristiques thermiques dans les bâtiments à usage de bureau ou de commerce). 55
Etude thermique du nouveau bâtiment de l’EPF La variation du débit d’air salle par salle selon l’occupation : Toutes les salles du nouveau bâtiment de l’EPF ne seront pas utilisées en continu durant la journée. Pour une meilleure maîtrise du débit d’air, un système de gestion de la ventilation « à la demande » peut être envisagé. Un capteur évalue les besoins réels en ventilation, en fonction de l'occupation. Les débits d'air neuf sont alors adaptés en conséquence. Pour l’amphithéâtre, une sonde CO2 permettra d’évaluer les besoins en ventilation selon l’occupation. Pour les autres salles de cours, un système identique ou un détecteur de présence par infrarouge peut être envisagé. Ce dernier système est moins onéreux et peut être efficace pour les salles de cours où la présence est généralement de 0 ou 100%. De plus, il permet d’être couplé aux lumières (avec en plus un système de détection de la luminosité) pour diminuer la consommation électrique lorsque les occupants oublis d’éteindre les néons en quittant la salle. Le système de détection de présence (par sonde CO2 ou infrarouge) permet d’ouvrir plus ou moins des volets motorisés situés à chaque entrée d’air des salles. C’est pour cela que la Centrale de Traitement d’Air (CTA) devra impérativement être associée à une sonde de pression dans le système de distribution d’air, qui permettra de faire varier la vitesse des ventilateurs et donc de faire des économies d’énergie. Figure 8 : Système de variation du débit d'air par détection de présence Refroidir en été avec la ventilation, le "free‐cooling" : Nous avons vu que la VMC double flux permet de réchauffer l’air neuf en hiver. En été, les besoins sont différents et l’air neuf sera alors rafraichi par l’air vicié. Une amélioration possible est la mise en place d’un by‐pass sur l’échangeur qui permet à l’air entrant d’éviter ce dernier et laisse ainsi pénétrer l’air frais nocturne pour rafraîchir naturellement le bâtiment et évacuer la chaleur résiduelle dans les murs due à l’inertie des matériaux. 56
Etude thermique du nouveau bâtiment de l’EPF Figure 9 : échangeur d'un système de ventilation double flux avec by‐pass On parle de "décharge nocturne" du bâtiment puisqu'il évacue toute la chaleur excédentaire accumulée en journée. A nouveau, un rafraîchissement de 3 à 4°C est possible grâce à cette technique. Pour qu'un "free cooling" permette de se passer de climatisation en journée, il faut assurer durant la nuit, un taux de renouvellement d'air nettement plus important que le taux de ventilation hygiénique. vi.
Résultats déperditions VMC double flux Pour simuler notre bâtiment avec le logiciel, nous l’avons séparé en deux ensembles. L’une comporte l’amphithéâtre et l’autre comprend les salles de cours, couloirs, locaux techniques… Il n’y aura qu’une centrale de traitement d’air qui assurera la distribution de l’air sur deux réseaux correspondant aux deux salles. Ainsi, le débit d’air demandé pour la salle 1 (amphithéâtre) sera de 3
7000m /h.personnes et le débit d’air pour la salle 2 (salles de cours, couloirs…) sera de 19000m3/h.personnes. 57
Etude thermique du nouveau bâtiment de l’EPF Figure 10 : saisie de la ventilation ‐ logiciel Perrenoud RT 2005 Considérant que notre bâtiment sera suffisamment étanche, le débit soufflé et repris est identique. En inoccupation, le débit correspond à 0,5volume/h. L’annexe 11 reprend le détail des saisies dans le logiciel de la ventilation et la centrale de traitement d’air. 58
Etude thermique du nouveau bâtiment de l’EPF b. Le système de chauffage Nous avons utilisé le même système de chauffage que pour la première simulation : la géothermie. c. Les systèmes d’émission Le système d’émission choisi est un réseau de chaleur. L’air est préchauffé par l’échangeur de la ventilation double flux, et la température est ensuite ajustée grâce à la géothermie pour pouvoir distribuer de l’air à 25°C dans tout le bâtiment et obtenir une température ambiante de 19°C. d. Les systèmes d’éclairage La technique utilisée pour l’éclairage du bâtiment est la même que pour la première simulation : sa gestion est assurée par des gradateurs (variateurs de puissance) et des interrupteurs, couplés à des détecteurs de présence. 59
Etude thermique du nouveau bâtiment de l’EPF 3. Etiquette de la consommation énergétique Toutes les améliorations formulées : isolation extérieure des murs, utilisation d’une ventilation double flux, permettent d’obtenir un coefficient en énergie primaire de 39 kWhEP/m².an, ce qui correspond à l’étiquette A. Ce résultat correspond aux objectifs que nous nous étions fixés au début du projet, car avec une consommation inférieure à 50 kWhEP/m².an pour le chauffage, les auxiliaires et l’éclairage. 4. Etiquette de l’émission en GES Selon cette simulation, le bâtiment émet 8 kgéqCO2/m².an. Cela nous permet d’obtenir l’étiquette B. 60
Etude thermique du nouveau bâtiment de l’EPF 5. Analyse des résultats En ce qui concerne le TIC, Température Intérieure Conventionnelle : La température intérieure conventionnelle de référence est de 32,75 °C, or nous obtenons une température de 31,37 °C, ce qui correspond à une baisse de 4,21 %. Æ La température intérieure conventionnelle est conforme également à la RT2005. On constate une baisse importante dans la consommation de chauffage, qui est due au gain d’énergie provoqué par la ventilation double flux. En effet, le fait de préchauffer l’air 61
Etude thermique du nouveau bâtiment de l’EPF entrant par l’intermédiaire de l’échangeur de la VMC double flux, grâce à la chaleur de l’air sortant, limite les pertes énergétiques liées à l’extraction d’air. La consommation en chauffage est considérablement réduite par rapport à une VMC simple flux de la simulation précédente (43 334 W). On réalise un gain d’environ 80 %, ce qui correspond à l’efficacité du la VMC double flux. A la vue des résultats fournis par le logiciel, nous pouvons donc affirmer que les choix que nous avons fait concernant l’isolation thermique, la ventilation, l’éclairage… du nouveau bâtiment de l’EPF correspondent parfaitement à la réglementation RT2005 : les gardes‐fou, la TIC et le coefficient d’énergie primaire sont conformes. Nous avons même été plus loin puisque d’après ces mêmes chiffres, nous avons réalisé un gain de 81 % par rapport au Cep de référence. Ces résultats confèrent au bâtiment le label Effinergie puisque son Cep < 50 % Cepréf (40,68 contre 214,3 pour le Cepréf), condition obligatoire pour obtenir le label dans le cas d’un bâtiment à usage autre que d’habitation). Le label Effinergie : Le niveau de performance exigé par le label BBC (bâtiment basse consommation énergétique) reprend les valeurs définies par le référentiel de l'association EFFINERGIE®, à savoir : - Un objectif de consommation maximale pour les constructions résidentielles neuves fixé à 50 kWhep/m²/an, pour le chauffage, le rafraîchissement, la ventilation, l'eau chaude sanitaire, les auxiliaires de chauffage et l'éclairage, calculé selon la méthode de la RT 2005. Cette valeur limite de consommation d'énergie est pondérée par un coefficient en fonction de la zone climatique et de l'altitude du site. - Pour les constructions neuves en tertiaire, la consommation conventionnelle d'énergie primaire du bâtiment doit être inférieure ou égale à 50 % de la consommation conventionnelle de référence définie dans la RT2005 : C<50%Cref. - Pour tous les projets une vérification in situ est obligatoirement effectuée. - Une mesure de perméabilité à l'air du bâtiment est réalisée. Elle consiste en une mise en pression ou en dépression du bâtiment durant laquelle on mesure les fuites d'air, la valeur I4 (débit de fuite sous 4 Pascals) doit être inférieure ou égale à 0,6 m³/h.m² pour une maison individuelle. Pour pouvoir obtenir cette certification, le bâtiment devra encore subir cette mesure de perméabilité à l’air. 62
Etude thermique du nouveau bâtiment de l’EPF VI. Energies grises 1. Qu’est‐ce que c’est ? L'énergie grise est l'énergie qu'il faut dépenser pour fabriquer, distribuer le produit mais aussi pour extraire les matières premières et enfin pour éliminer ou recycler le produit en fin de vie. Pour donner un ordre d'idée, les matériaux d'une maison moyenne construite de manière conventionnelle ont un besoin de l'ordre de 700.000 à un million de kWh. Cette énergie grise représente de l'ordre de 50 à 100 ans de chauffage et d'eau chaude et son impact est donc très important. De plus, quand on parle d’énergie grise d’un matériau, il faut s’intéresser à l’analyse du cycle de vie de ce même matériau (ACV). Schéma de l’analyse du cycle de vie d’un matériau En effet, plus grande est la durée de vie des matériaux, plus l’énergie grise du bâtiment a des chances de s’amortir si toutefois l’obsolescence de certains postes (éclairages, chauffage) ne vient pas réduire les économies faites. Ainsi, pour limiter l’énergie grise du bâtiment, il faut non seulement utiliser des matériaux à grande durée de vie mais également mettre en place des systèmes de chauffage et d’éclairage économes en énergie pour éviter de réduire les économies faites. 63
Etude thermique du nouveau bâtiment de l’EPF Comment comparer l’impact des énergies grises des matériaux ? Il ne faut pas seulement considérer les matériaux initiaux mais aussi les matériaux consommés au cours de la durée de vie du bâtiment pendant la maintenance, les réparations et les éventuels remplacements. D’une manière générale, plus l’élaboration d’un matériau est complexe, plus grande sera son énergie grise par unité de masse. A noter également que l’énergie grise d’un bâtiment est tout à fait indépendante de la consommation d’énergie d’usage, qui elle, est dépendante des habitants. Il faut donc savoir faire un bon compromis entre énergie grise et énergie d’usage ; En effet, une énergie grise importante peut être acceptable si l’énergie d’usage est relativement faible. 2. Calcul de l’énergie grise des principaux matériaux du bâtiment Pour calculer l’énergie grise de chaque paroi du bâtiment, nous avons utilisé la formule suivante : Egp = Sp ×Σ (ei×Egi ) Avec Sp = surface de la paroi considérée (en m2) ei = épaisseur du matériau i considéré (en m) Egi = énergie grise du matériau i considéré (en kWh/m3) a. Energie grise des murs (parois opaques) Epaisseur (m)
Energie grise (kWh/m3)
0,01
610
(en considérant du bois léger)
0
PSE
0,12
500
Béton plein
0,20
430
Enduit mortier (enduit ciment)
0,015
1100
Matériau
Bardage bois
Lame d’air faiblement ventilée
64
Etude thermique du nouveau bâtiment de l’EPF Or, surface totale des murs isolés : Smurs = 1148,29 m2 D’où l’énergie grise des murs: Egmurs = 1148,29 × [(0,01 × 610) + (0,12 × 500) + (0,20 × 430) + (0,015 × 1100)] Egmurs = 193 602 kWh b. Energie grise plafond sous combles Matériau Epaisseur (m) Energie grise (kWh/m3) Bac acier 0,001 60 000 0,2 150 0,05 200 Panotoit FIBAC 2
(panneau rigide de laine de
roche) Chape béton caverneux Or surface totale du plafond sous comble : Splafond = 397,44 m2 D’où l’énergie grise du plafond sous comble : Egplafond = 397,44× [(0,001 × 60 000) + (0,2 × 150) + (0,05 × 200)] Egplafond = 39 444 kWh c. Energie grise toiture terrasse Epaisseur (m)
Energie grise (kWh/m3)
Pavé béton (béton plein)
0,04
430
Lit de sable
0,05
0
ROOFMATE SL-X (polystyrène
extrudé XPS
0,12
850
Etanchéité (asphalte coulé)
0,02
1950
Dalle support béton (béton
plein)
0,2
430
65
Matériau
Etude thermique du nouveau bâtiment de l’EPF Or surface totale de la toiture terrasse: Stoiture terrasse= 248,00 m2 D’où l’énergie grise de la toiture terrasse : Eg toiture terrasse = 248,00 × [(0,04 × 430) + (0,12 × 850) + (0,02 × 1950) + (0,2×430)] Eg toiture terrasse = 60 561,6 kWh d. Energie grise plancher bas Matériau
Epaisseur (m)
Energie grise (kWh/m3)
dalle support béton
0,16
430
DOMISOL LR (laine de roche)
0,04
150
Chape béton caverneux
0,05
200
Or surface totale du plancher bas : Splancher bas = 455,6 m2 D’où l’énergie grise du plancher bas : Eg plancher bas = 455,6 × [(0,16 × 430) + (0,04 × 150) + (0,05 × 200)] Eg plancher bas = 38 634,9 kWh e. Energie grise plancher intérieur Epaisseur (m)
Energie grise (kWh/m3)
enduit plâtre
0,015
750
Hourdis TC
0,16
460
0,09
500
0,05
200
Matériau
polystyrène 9 (expansé
densité 11)
chape béton caverneux
Or surface totale du plancher intérieur : Splancher int = 1290,32 m2 D’où l’énergie grise du plancher intérieur : Eg plancher int = 1290,32 × [(0,015 × 750) + (0,16× 460) + (0,09×500) + (0,05 × 200)] Eg plancher int = 180 451 kWh 66
Etude thermique du nouveau bâtiment de l’EPF Tableau récapitulatif : Parois
Energie grise (kWh)
Parois opaques (A101)
193 602
Toiture terrasse (A300)
60 561,6
Plafond sous combles (A200)
39 444
Plancher intérieur (A402)
180 451
Plancher bas (A401)
38 634, 9
TOTAL
512 694
Commentaires : L’énergie grise obtenue pour la totalité des parois considérées est de 512 694 kWh. Cela correspond surtout à un ordre de grandeur dans la mesure où beaucoup de paramètres n’ont pas été pris en compte, notamment les cloisons ou les autres matériaux qui seront utilisés pour la structure interne du futur bâtiment. 3. Proposition d’amélioration de l’énergie grise Un isolant par définition étant posé pour réduire l’énergie, ne doit pas être lui‐même consommateur d’énergie pour arriver jusque dans un bâtiment. Ainsi, les produits les plus performants sont issus des végétaux principalement parce qu’ils sont peu transformés. Pour cela, voici donc une suggestion afin d’améliorer l’énergie grise du futur bâtiment : utiliser de la ouate de cellulose à la place du polystyrène expansé utilisé pour les parois opaques. Qu’est ce que la ouate de cellulose ? Il s’agit d’un des matériaux 100% naturels les plus prisés pour la construction écologique. De plus, la ouate de cellulose est fabriquée avec du papier recyclé. En soi cette fabrication consomme un peu d'énergie mais beaucoup moins en comparaison avec celle du polystyrène : 50 kWh/m³ contre 500 kWh/m³. La surface totale des murs isolés étant de 1148,29 m2, l’énergie grise de la ouate de cellulose nécessaire à l’isolation des parois opaques est donc la suivante: 67
Etude thermique du nouveau bâtiment de l’EPF Eouate de cellulose= 1148,29 × (0,12 × 50) Eouate de cellulose = 6889,74 kWh Or l’énergie grise du polystyrène expansé utilisé est: EPSE = 1148,29 × (0,12 × 500) EPSE = 68 897,4 kWh Soit finalement une économie de 62 007,7 kWh, ce qui n’est pas négligeable. Ainsi, à travers ce calcul, nous avons voulu montrer toute l’importance de l’énergie grise. En effet, il faut savoir faire un compromis entre une bonne isolation et une énergie grise acceptable. Dans notre exemple, le polystyrène expansé (de conductivité thermique 0,039 W/m.°C) est meilleur isolant que la ouate de cellulose (de conductivité thermique 0,042 W/m.°C ) et dispose d’une énergie grise beaucoup plus importante. Pour autant, nous n’avons pas choisi la ouate de cellulose dans la mesure où nous avons préféré privilégier l’isolation du bâtiment dans un premier temps. Ainsi, ce calcul d’énergie grise a été réalisé à titre indicatif, dans la mesure où nous n’avons pas refait de simulation avec ce nouvel isolant. 68
Etude thermique du nouveau bâtiment de l’EPF Conclusion Notre projet a consisté à proposer des solutions optimales d’un point de vue thermique. Pour cela, nous avons choisi des équipements et des matériaux pouvant répondre dans un premier temps aux exigences de la règlementation thermique 2005, puis à celles des labels énergétiques. Nous avons donc proposé comme solution technique l’isolation extérieure des murs, l’utilisation d’une ventilation double flux, l’emploi du double et du triple‐vitrage, ainsi que des détecteurs de présence associés à des gradateurs pour gérer l’éclairage… Un coefficient en énergie primaire de 39 kWhEP/m².an a été obtenu suite à la deuxième proposition. Nous atteignons donc le label Effinergie, qui correspond à un coefficient en énergie primaire inférieure à 50 % du Cep de référence. Cependant, nous n’avons pas pris en compte ce que l’équipe de la « maîtrise de la demande en électricité » pourrait apporter en amélioration au niveau de l’éclairage. Toutefois, la géothermie a été choisie comme système de chauffage du nouveau bâtiment. Le manque de temps ne nous a pas permis d’aboutir véritablement à une estimation chiffrée de notre projet, puisque les devis sont encore en cours de réalisation. Il reste toutefois à étudier de nombreux points avant de se lancer dans la construction. Cette étude ne constituant qu’un avant‐projet, qu’il faudra certainement remanier pour aboutir à un résultat vraiment optimal. 69
Etude thermique du nouveau bâtiment de l’EPF Bibliographie : ƒ
ƒ
Projet lycée Kyoto : http://blogs.poitou‐charentes.fr/kyoto/ Conseil général des Hauts de Seine au service des professionnels : http://education.hauts‐de‐seine.net/portal/site/education/construction‐college/nouveau‐
college‐92/batiment‐
scolaire/securite/1780/24d3caac323f1010VgnVCM100000860aa8c0RCRD.vhtml ƒ
ƒ
ƒ
L’ADEME : http://www2.ademe.fr/ Groupe Cyber Archi : www.travaux.com le guide thermique d’ISOVER : http://www.isover.fr ƒ
ƒ
ALDES : vers les bâtiments à énergie positive, les enjeux de la ventilation Energie+ ‐ conception et rénovation énergétique des bâtiments tertiaires : Concevoir un système de ventilation efficace : http://www‐energie.arch.ucl.ac.be/CDRom/NouvelleConception/CE_Ventilation.htm ƒ Jean‐Luc Faure, Construction durable, la ventilation ƒ Principes et réglementation VMC locaux tertiaires ERP http://www.atlantic‐ventilation.com/produits/principes/PR_VMC_Tertiaires.html ƒ La RT2005 : http://www.knauf‐energie.fr/pour_le_neuf/nouveautes.htm ƒ L’énergie grise : http://www.citemaison.fr/scripts/bibliotheque materiaux.php 70
Etude thermique du nouveau bâtiment de l’EPF Annexes Annexe 1 : Les plans du bâtiment ............................................................................................................ I
Annexe 2 : L’exemple du lycée Kyoto Poitiers ..................................................................................... VIII
Annexe 3 : quelques chiffres clés ........................................................................................................... IX
Annexe 4 : Décret RT ............................................................................................................................... X
Annexe 5 : Propriétés du Polystyrène expansé (PSE)............................................................................. XI
Annexe 6 : Caractéristiques Roofmate SL‐X .......................................................................................... XII
Annexe 7 : Caractéristiques panotoit Fibac.......................................................................................... XIII
Annexe 8 : Caractéristiques Domisol.................................................................................................... XIV
Annexe 9 : Calcul de la température du Local non Chauffé (Patio) .................................................... XVII
Annexe 10 : Calcul du nombre d’élèves par salles, du débit et de la puissance de la ventilation ....... XIX
Annexe 11 : Copies d’écran de la saisie ventilation dans le logiciel Perrenoud RT 2005...................... XX
72
Etude thermique du nouveau bâtiment de l’EPF Annexe 1 : Les plans du bâtiment sanit.
14 m²
bureau
9 m²
rgt
3 m²
-0.32
-0.64
salle 2
52 m²
-1
.6
0
-1
.2
8
-0
.9
6
-0.00
salle 1
52 m²
bureau
9 m²
sanit.
14 m²
-2
.2
4
-0
.0
0
-1
.9
2
régie
8 m²
6
.3
2
-2.88
-2
-0
.6
.8
8
4
-2
.5
-0
multimédia
-1
.6
0
-1
.2
8
-0
.9
6
-0
.00
-1
.9
2
-0.00
.2
4
-3.05
-2
-1
.28
-2
.8
8
-2
.5
6
-0.32
bibliothèque/ multimédia
120 m²
-0.64
-2.
56
salle
110 personnes
4
salle
120 personnes
PLAN DU REZ DE CHAUSSEE Surface : 681 m²
-3.05
-2.88
-2
.2
-2.56
rgt
5 m²
-1
.9
2
-1
.6
0
-1
.2
8
-3
.0
5
-0.96
I
sanit.
11 m²
sanit.
11 m²
salle 5
56 m²
salle 3
52 m²
salle 4
50 m²
salle 6
50 m²
bureau
24 m²
salle 7
61 m²
salle d'études
95 m²
salle 8
50 m²
Etude thermique du nouveau bâtiment de l’EPF PLAN DU PREMIER ETAGE Surface : 482 m² II
sanit.
11 m²
sanit.
11 m²
salle 16
57 m²
salle 9
52 m²
salle 10
50 m²
salle 15
50 m²
bureau
24 m²
salle 14
54 m²
salle 11
39 m²
salle 13
49 m²
salle 12
48 m²
Etude thermique du nouveau bâtiment de l’EPF PLAN DU DEUXIEME ETAGE Surface : 482 m² III
Etude thermique du nouveau bâtiment de l’EPF bureau
12 m²
salle 17
48 m²
salle 22
49 m²
salle 18
49 m²
salle 21
49 m²
salle 19
57 m²
salle 20
51 m²
PLAN DU TROISIEME ETAGE Surface : 433 m² IV
Etude thermique du nouveau bâtiment de l’EPF PLAN DE TOITURE Surface : 451 m² V
Etude thermique du nouveau bâtiment de l’EPF salle
120 personnes
salle
110 personnes
-3.05
-2
.8
8
6
sanit.
52 m²
-2
.5
Sanit
18 m²
-3.05
-2.88
-2.88
-2.56
motos
niveau -1
16 places
LT
20 m²
LT
20 m²
4
PLAN DU PARKING ‐ 1 Surface des locaux chauffés : 450 m² VI
-2
.2
Etude thermique du nouveau bâtiment de l’EPF niveau -2
31 places
PLAN DU PARKING ‐ 2 VII
Etude thermique du nouveau bâtiment de l’EPF Annexe 2 : L’exemple du lycée Kyoto Poitiers VIII
Etude thermique du nouveau bâtiment de l’EPF Annexe 3 : quelques chiffres clés 1) Le collège Georges Mandel à Issy‐les‐Moulineaux −
−
−
−
−
Budget : 20,6 millions d’euros Superficie : 6 500 m2 Capacité d’accueil : 600 élèves Maîtrise d'ouvrage : SEM 92, durée des travaux : 18 mois Ouverture : septembre 2007 2) Le Lycée Kyoto à Poitiers − Budget : 26 millions d’euros − Superficie : une tranche ferme de 16 500m² et une tranche conditionnelle de 3 500m² (La tranche ferme correspond grossièrement aux formations dispensées au lycée hôtelier et au lycée agricole. La tranche conditionnelle correspond aux formations par apprentissage) − Durée des travaux : 22 mois − Livraison : avril 2009 3) Le Bâtiment de bureaux de l’INEED à Alixan − Budget : 36 millions d’euros (1.380 Euros HT/m² utile, soit un surcoût de 5 % par rapport à un bâtiment traditionnel) − Shab : 2618 m² − Hauteur : 15m − Ubat = 0,52 W/m²°C − Commanditaire : La Chambre de Commerce et de l’Industrie de la Drôme − Architecte : D.DESSUS – Bet Fluides : Cabinet SIDLER − Date de livraison : 01/07/2006 − Consommation de chauffage = 10,0 kWhpcs/m²Sutile pour 38% des DJU annuels, soit une consommation annualisée de 26 kWhpcs/m²hab − Consommation d’électricité = 10,0 kWh/m²Sutile pour l’ensemble des usages, soit une consommation annualisée de 20 kWh/m²hab, dont 5% sera produit par les photopiles. IX
Etude thermique du nouveau bâtiment de l’EPF Annexe 4 : Décret RT X
Etude thermique du nouveau bâtiment de l’EPF Annexe 5 : Propriétés du Polystyrène expansé (PSE) ƒ
le produit
Le polystyrène expansé (PSE en abrégé) est un excellent matériau d'isolation.
Ses qualités principales sont son pouvoir isolant (faible conductivité), son faible poids, son
indéformabilité et sa durabilité. Il est recyclable. ƒ
ƒ
pouvoir isolant Le pouvoir isolant du polystyrène expansé varie légèrement en fonction de sa qualité. Il est le
résultat de son faible coefficient de conductivité, de sa faible chaleur spécifique et de son
faible poids spécifique :
Qualité
Coefficient de conductivité [W/m²°C]
Poids spécifique [kg/m³]
PSE 15 SE
0,040
15
PSE 20 SE
0,036
20
classement au feu
Le polystyrène expansé bénéficie d'un classement au feu
ƒ
Normalisation Belge
A1 selon NBN S 21-203
Normalisation Française
M1 selon norme NF P 92-507
durabilité
Le polystyrène employé est stabilisé et ne démontre pas de phénomène de vieillissement
notable; de nombreux essais le confirment.
La solidité, le pouvoir isolant et la consistance du matériau restent intacts au fil des ans.
ƒ
environnement Le
polystyrène
expansé
est
un
produit
qui
respecte
l'environnement.
D'abord par sa fabrication: 1m³ de polystyrène expansé est réalisé à l'aide de ±13 litres de
pétrole. Par son pouvoir isolant et dans des conditions typiques au nord-ouest de l'Europe, ce
m³ de polystyrène expansé permet d'économiser quelque 6 Megajoules par mois (donc le
retour
en
énergie
est
atteint
en
quelques
mois).
Ensuite
le
polystyrène
expansé
est
entièrement
recyclable
et
recyclé.
Tous
les
excédents
de
production
sont
recyclés
à
100
%.
Le polystyrène expansé est absolument sûr, non-toxique et complètement inerte. Le
polystyrène expansé ne contient pas de CFC ni de HCFC. Il n'a aucune valeur nutritive et ne
peut donc jamais être attaqué par des moisissures ou des micro-organismes. XI
Etude thermique du nouveau bâtiment de l’EPF Annexe 6 : Caractéristiques Roofmate SL‐X Epaisseur
Surface/paquets
Format
N .panneaux/paquets
(m2)
(en mm)
(W/m.K)
100
1250 x 60
4
3
0,029
120
1250 x 60
3
2,25
0,029
140
1250 x 60
3
2,25
0,031
160
1250 x 60
2
1,5
0,031
180
1250 x 60
2
1,5
0,031
200
1250 x 60
2
1,5
0,031
Poids spécifique
33 kg/m3
Résistance à la compression avec 2%
d'écrasement
110 kPa
Indice d'incendie
5.1
Utilisation
Isolation de toiture
inversée
Isolation périmétrique
Conductivité
thermique
XII
Etude thermique du nouveau bâtiment de l’EPF Annexe 7 : Caractéristiques panotoit Fibac XIII
Etude thermique du nouveau bâtiment de l’EPF Annexe 8 : Caractéristiques Domisol XIV
Etude thermique du nouveau bâtiment de l’EPF XV
Etude thermique du nouveau bâtiment de l’EPF XVI
Etude thermique du nouveau bâtiment de l’EPF Annexe 9 : Calcul de la température du Local non Chauffé (Patio) Φp θe
θu
θi
LNC θi
Φa Φp Légende : -
θe : température de l’air extérieur (‐7 °C en hiver) ; θi : température intérieure (19 ° C) ; θu : température du Local Non Chauffé (LNC) ; Φp : flux de chaleur perdu par le toit et les fondations ; Φa : apport de flux de chaleur par les pièces chauffées du bâtiment (par l’intermédiaire du patio vitré), par les portes et les murs. A l’équilibre thermique : Φa + Φp = 0 Σ [U*A*(θi ‐ θu)] – Σ [U*A*(θu ‐ θe)] = 0 (1) Somme des apports Somme des pertes Avec : -
U : Coefficient de transmission thermique (W.m‐2.K‐1) ; A : Surface (m²) ; θ : Température. XVII
Etude thermique du nouveau bâtiment de l’EPF Coefficient de transmission thermique : U (W/m².K) Surfaces vitrées 1,8 Longueur (m) Surface Surface unitaire (m²) totale (m²) Largeur (m) (pour 1 (pour 4 étages) étage) 224,908 Surface Nord 7,62 2,95 22,479 89,916 Surface Sud 3,4 2,95 10,03 40,12 Surface Est 4,02 2,95 11,859 47,436 Surface Ouest 4,02 2,95 11,859 47,436 0,317 5,55 2,95 16,3725 65,49 Porte vitrée (1 par étage donc 4) 1,4 1,33 1,9 2,527 10,108 Fondation 0,26 8,95 4,02 35,979 35,979 Toit 1,8 8,85 4,02 35,577 35,577 Mur Bilan thermique : Apports (W.K‐1) 439,74593 U(surface vitrée)*A(surface vitrée) + U(porte)*A(porte) + U(mur)*A(mur) Pertes (W.K‐1) 73,39314 U(toit)*A(toit) + U(fondation)*A(fondation) Temp. Extérieure (°C) ‐7 Temp. Intérieure (°C) 19 En appliquant la formule (1), on trouve : θu = 15,28 °C En prenant une marge d’erreur de l’ordre de 10 %, on trouve θu = 13,8 °C. XVIII
Etude thermique du nouveau bâtiment de l’EPF Annexe 10 : Calcul du nombre d’élèves par salles, du débit et de la puissance de la ventilation Rez‐de‐chaussée
Nom de la salle
Salle 1
Salle 2
Bibliothèque/Multi
Régie
WC 1
WC 2 Bureau 1
Bureau 2
RGT 1
RGT 2
Amphi 1
Amphi 2
TOTAL
1er Étage
Surface [m2] Nombre de personnes
52
45
52
45
120
60
8
1
14
7
14
7
9
1
9
1
3
1
5
1
120
110
399
Nom de la salle
Salle 3
Salle 4
Salle 5
Salle 6
Salle 7
Salle 8
Bureau
Salle d'études
WC 1
WC 2
Surface [m2] Nombre de personnes
52
45
50
45
39
39
48
45
49
45
54
45
50
45
57
45
24
4
11
6
11
6
370
Nom de la salle
Salle 17
Salle 18
Salle 19
Salle 20
Salle 21
Salle 22
Bureau
WC 1
52
50
56
50
61
50
24
95
11
11
Nombre de personnes
45
45
45
45
45
45
4
63
6
6
TOTAL
2ème Étage
Nom de la salle
Salle 9
Salle 10
Salle 11
Salle 12
Salle 13
Salle 14
Salle 15
Salle 16
Bureau
WC 1
WC 2
TOTAL
Surface [m2]
349
3ème Étage
Surface [m2]
48
49
57
51
49
49
12
non fourni
Nombre de personnes
45
45
45
45
45
45
2
3
TOTAL
Sous‐Sol 1
Nom de la salle
salle polyvalente
Local technique
Local technique
WC 1
WC 2
Surface [m2] Nombre de personnes
76
60
20
2
20
2
22
8
18
8
TOTAL
GRAND TOTAL
Débit par personne
Débit Total
Puissance
Puissance
80
1473
18
26 514,00
234 383,76
46 876,75
personnes
m3/(h*personne)
m3/h
débit en m3/s
7,365 m3/s
W (sans le récupérateur d'énergie ‐> air extérieur ‐7°C, air intérieur 19°C)
W (avec le récupérateur d'énergie ‐> efficacité échangeur = 80%, air soufflé à 13,5°C)
XIX
275
Etude thermique du nouveau bâtiment de l’EPF Annexe 11 : Copies d’écran de la saisie ventilation dans le logiciel Perrenoud RT 2005 XX
Etude thermique du nouveau bâtiment de l’EPF XXI