Stage en entreprise Ingénierie Thermique et Fluides ...jeromelafrechoux.jolimont.fr/documents/Rapport_de_stage_M2_GI3ER... · Ce rapport présente le contenu des vingt-deux semaines

Stage en entreprise

Ingénierie Thermique et FluidesConception d'un bâtiment à énergie positive

Master 2 GI3ER

Gestion et Intégration de l'Efficacité Énergétique et des Énergies Renouvelables

Jérôme Lafréchoux

7 mars – 5 août 2011

Ingénierie Thermique et FluidesCentre d’affaires Ilot 4 – 8 rue de Belgique ZAC de Beaulieu Ouest – 17138 PUILBOREAU

Ce rapport présente le contenu des vingt-deux semaines de stage que j'ai effectuées du 7 mars au 5 août 2011 au sein du bureau d'études ITF.

Ce stage conclut une période de reconversion professionnelle de deux ans. Après une formation d'ingénieur généraliste et cinq ans d'ingénierie en informatique industrielle, j'ai souhaité me réorienter pour employer mes compétences à minimiser l'impact environnemental des bâtiments. Pour ce faire, j'ai suivi un parcours universitaire comprenant un Master I GH (Génie de l'Habitat) à l'Université Paul Sabatier de Toulouse, puis un Master II GI3ER (Gestion et Intégration de l'Efficacité Énergétique et des Énergies Renouvelables) à l'Université de La Rochelle.

Dans ce contexte, les objectifs du stage étaient non seulement de mettre en application les connaissances acquises à l'université, notamment en modélisation du bâtiment et en conception de système énergétiques, mais aussi de compléter mes connaissances en génie civil et d'intégrer la « culture » de ce secteur.

Ce stage m'a offert un panel étendu d'activités :

• Études thermiques réglementaires

• Production de schémas de principe et plans d'exécutions

• Simulation thermique dynamique

• Développement d'un outil logiciel de bilan de consommations

La conception d'un bâtiment à énergie positive destiné à la formation aux métiers des énergies renouvelables m'a permis d'exercer l'essentiel de ces activités sur un projet unique et ainsi de mieux appréhender la succession de ces tâches et leurs dépendances mutuelles.

Au terme de ce stage, je remercie

Laurent Vidoni, pour l'écoute patiente et les conseils avisés,

Hervé Gaildrat, pour la plomberie et les anecdotes de chantier,

l'équipe d'ITF, pour l'accueil et la disponibilité.

M2 GI3ER 2011 – Stage en entreprise – Ingénierie Thermique et Fluides 2

Table des matières ITF : Ingénierie Thermique et Fluides.................................................................................................41 Études thermiques réglementaires.....................................................................................................5

1 Construction de logements individuels RT 2005..........................................................................52 Construction de logements individuels et collectifs RT 2012......................................................63 Réhabilitation de logements HLM : RT Ex et certificats d'économies d'énergies......................10

2 Études de faisabilité et bilans de consommation.............................................................................131 Réhabilitation d'un chais en logement........................................................................................132 Outil logiciel de bilan de consommation....................................................................................17

3 Schémas et plans d'installations techniques....................................................................................241 Chaufferie solaire et gaz de 78 logements étudiants...................................................................242 Retenues de substitution de la Boutonne....................................................................................24

4 Simulation Thermique Dynamique.................................................................................................251 Études de confort d'été................................................................................................................252 Mise en place d'une méthodologie..............................................................................................27

5 Conception d'un bâtiment à énergie positive...................................................................................301 Étude thermique..........................................................................................................................312 Calcul de déperditions................................................................................................................323 Simulation thermique dynamique...............................................................................................334 Équipements................................................................................................................................38

Bilan du stage....................................................................................................................................42 Annexes.............................................................................................................................................43


ITF : Ingénierie Thermique et FluidesL'entreprise qui m'a accueilli pour ce stage est le bureau d'études ITF (Ingénierie Thermique et Fluides), dont les bureaux se situent à Puilboreau, en Charente-Maritime.

ITF a été créé en juillet 1994, compte actuellement une quinzaine de salariés et possède une filiale à Cognac (CITEC). Son chiffre d'affaire annuel est de l'ordre du million d'euros.

Activité

ITF intervient en maîtrise d'œuvre ou en assistance à maîtrise d'ouvrage (AMO) et propose des missions d'ingénierie (chauffage, climatisation, ventilation, électricité), des notes de calculs réglementaires, ainsi que des audits et diagnostics énergétiques.

Ses interventions portent sur tous types de bâtiments (public ou privé, logement, tertiaire, industrie).

ITF assure aussi des formations à l'utilisation des logiciels de calculs thermiques édités par Perrenoud.

L'essentiel de son activité est localisée dans la région Poitou-Charentes, à l'exception d'opérations spécifiques, notamment en aquariologie.

Moyens

Les postes informatiques sont équipés de systèmes Microsoft Windows et de la suite bureautique Microsoft Office. Les logiciels de conception assistée par ordinateur (CAO) utilisés sont Autocad et Draftsight. ITF dispose de plus de licences d'utilisation pour le logiciel de simulation thermique dynamique Pleiades +Comfie et pour les logiciels d'études solaires Valentin et Transol.

CITEC est reliée à ITF par un réseau virtuel privé (VPN). Les deux agences centralisent leurs documents sur un serveur doté d'une gestion électronique de documents (GED) fonctionnant avec le logiciel Sharepoint.


1 Études thermiques réglementairesLes études thermiques réglementaires représentent une part importante de l'activité d'ITF : environ 600 logements individuels et 35 000 m2 de bâtiments tertiaires par an. Cinq thermiciens interviennent sur ces études.

Si chacun a des façons de procéder qui lui sont propres, une méthode commune est employée pour en garantir la qualité. Chaque étude fait l'objet d'une relecture par un pair avant son envoi.

1 Construction de logements individuels RT 2005Dans un premier temps, j'ai réalisé des études thermiques réglementaires sur des projets de maisons individuelles pour le constructeur Maisons LARA, qui commande un volume annuel d'études important auprès d'ITF.

Pour ce type de client, les principes constructifs sont semblables d'une maison à l'autre, et les thermiciens ont créé des catalogues de parois, menuiseries et ponts thermiques qu'ils réutilisent pour chacune de ces études.

Caractérisation des éléments de la construction

L'essentiel du travail se fait en amont de la saisie dans le logiciel. Il s'agit d'identifier les parois et menuiseries, de caractériser les ponts thermiques et de reporter les informations principales sur le plan d'étude.

Les valeurs des ponts thermiques sont obtenues en règle générale dans le catalogue de ponts thermiques des règles de calcul Th-U de la réglementation thermique 2005. A défaut, afin de pouvoir justifier d'une valeur, on se réfère à des règles plus anciennes, aux catalogues des fournisseurs, ou à un logiciel de calcul de ponts thermiques tel que KaLiBat.

Concernant les isolants et les menuiseries, les valeurs prises en compte sont celles définies par les avis techniques et les fiches ACERMI.

Les valeurs retenues et leur justification (source, calcul,...) sont conservées dans le dossier de l'étude.

Déroulement de l'étude

Le point de départ est un fichier d'étude vierge dont les catalogues contiennent tous les types de parois, ponts thermiques et menuiseries utilisés par le constructeur. Les éléments qui ne sont pas utilisés pour le projet sont effacés, et les identifiants des autres sont portés sur le plan du bâtiment.

Les cotes utiles à l'étude sont elles aussi indiquées sur le plan, de même que les surfaces SHON et SHAB, les détails de calcul de la conductivité équivalente du plancher (Ue) et les surfaces couvertes par chaque système d'émission. L'objectif est de minimiser les erreurs de saisies, mais aussi de permettre la lecture de l'étude par quelqu'un d'autre.

Grâce au travail effectué en amont avec le constructeur, il est rare que l'étude thermique conclue à la nécessité de revoir le projet pour en assurer la conformité avec la réglementation thermique.


Bilan

Les maisons que j'ai étudiées sont des cas assez simples de plains-pieds d'environ 100 m2. J'avais déjà effectué des études thermiques, que ce soit avec le logiciel Perrenoud ou Climawin. Cette expérience m'a permis d'avoir un aperçu des méthodes employées par un bureau d'études qui en produit en quantités importantes, d'acquérir des méthodes de travail, d'améliorer la qualité de mes études : préparation de la saisie, utilisation des données issues des avis techniques et certificats ACERMI, caractérisation précise des équipements.

2 Construction de logements individuels et collectifs RT 2012La Foncière RU, filiale de Foncière Logement (Paris), a ouvert une consultation pour choisir une équipe de conception/réalisation en vue de la réalisation d'environ 1800 m2

SHON de logements individuels et 2200 m2

SHON de logements collectifs dans le quartier Mireuil, à La Rochelle (Charente-Maritime).

Ce quartier fait l'objet d'un projet de rénovation urbaine (PRU) visant à améliorer son image. Dans ce cadre, La Foncière souhaite favoriser la mixité sociale par la réalisation de logement attractifs à loyer libre.

ITF fait partie de l'une des équipes répondant au concours. Cette équipe réunit par ailleurs deux cabinets d'architectes (un pour les logements collectifs et un pour les logements individuels), un bureau d'études structures, un économiste, et un promoteur.


Illustration 1 : Insertion des îlots de logement dans le quartier : les logements individuels seront situés sur l'îlot 2 et les logements collectifs sur l'îlot 4.

Déroulement et résultats de l'étude

Les logements devront être conformes à la réglementation thermique 2012. A ce stade du projet, il n'est pas question de procéder à une étude thermique, d'autant plus que le moteur de calcul RT 2012 n'est pas encore publié.

Pour néanmoins vérifier que les choix initiaux sont pertinents, on choisit pour chaque type de logement – collectif et individuel – celui qui est le plus pénalisé par son emplacement – orientation, masques, mitoyenneté – et on l'évalue avec le moteur de calcul RT 2005 en visant le niveau BBC.

Formellement, il ne s'agit pas de produire un rapport d'étude complet, mais de mettre en valeur les enseignements essentiels de l'étude dans un document synthétique rédigé à l'attention d'autres acteurs, pas nécessairement au fait des subtilités des règles de calcul.

Pour chacun des deux logements étudiés, on effectue le calcul avec et sans production solaire d'eau chaude sanitaire (ECS). De plus, pour le logement individuel, on propose une variante avec une isolation renforcée, et des variantes selon le mode de chauffage de l'étage : panneaux rayonnants, radiateurs ou plancher chauffant basse température (PCBT).

Les résultats présentés pour le logement individuel étudié sont les suivants :


Illustration 2 : Rendu en 3D du logement individuel étudiéSPECIM

EN ÉTUDE

Consommation (kWh / an.m²SHON)Chauffage ECS Éclairage Ventilation Auxiliaires Total

Murs ext. 14cm LdV

1.1RdC PCBTR+1 élec.

45,96 19,89 5,66 1,85 0,99 74,35

1.2RdC PCBTR+1 PCBT

30,16 19,79 5,66 1,85 1,21 58,67

Murs ext. 14cm LdV, ECS solaire


46,55 7,41 5,66 1,85 3,15 64,62

2.2RdC PCBTR+1 radiateurs

31,95 7,32 5,66 1,85 4,09 50,87

2.3RdC PCBTR+1 PCBT

31,75 7,3 5,66 1,85 3,37 49,93

Murs ext. 16cm LdV, plancher TP ré-isolé sous la dalle par R=2,4, ECS solaire


44,02 7,45 5,66 1,85 3,13 62,11

3.2RdC PCBTR+1 radiateurs

30,06 7,36 5,66 1,85 4,03 48,96

3.3RdC PCBTR+1 PCBT

29,93 7,33 5,66 1,85 3,32 48,09

Tableau 1 : Consommations conventionnelles du logement individuel selon les variantes


Graphique 1 : Consommations conventionnelles du logement individuel selon les variantes

1.1 1.2 2.1 2.2 2.3 3.1 3.2 3.30

10

20

30

40

50

60

70

80

Auxiliaires

Ventilation

Éclairage

ECS

Chauffage

Solution

Co

nso

mm

atio

n (

kWh

/ a

n.m

2 S

HO

N)

Il ressort de l'étude du logement individuel que

• L'installation du chauffe-eau solaire individuel (CESI) est nécessaire.

• Pour l'étage, le chauffage électrique est à proscrire et le choix entre radiateurs ou plancher chauffant importe peu. Il sera fait en fonction du coût, de l'impact du plancher chauffant sur la structure, de l'intérêt architectural (espace perdu du fait des radiateurs dans les pièces).

• La sur-isolation proposée ne semble pas indispensable mais sa possibilité préserve une marge de manœuvre pour la suite.

Les résultats présentés pour le logement collectif étudié sont les suivants :

Consommation (kWh / an.m²SHON)Chauffage ECS Éclairage Ventilation Auxiliaires Total

ECS gaz

1.1 28,11 16,1 6,46 2,23 1,04 53,94ECS solaire

2.1 28,37 6,99 6,46 2,23 3,29 47,34

Tableau 2 : Consommations conventionnelles du logement collectif selon les variantes

Pour les logements collectifs, on préconise aussi l'installation de CESI pour satisfaire à la contrainte réglementaire.

Bilan

L'intérêt de cette tâche résidait moins dans les études thermiques proprement dites que dans le choix des résultats à présenter et leur mise en forme à l'attention des autres membres de l'équipe.

Ce fut l'occasion de participer à des réunions impliquant architectes, bureau d'études structure, économiste et promoteur, ce qui m'a offert un aperçu enrichissant des rapports entre les différentes parties en présence.


Graphique 2 : Consommations conventionnelles du logement collectif selon les variantes

1.1 2.10

10

20

30

40

50

60

Auxiliaires

Ventilation

Éclairage

ECS

Chauffage

Solution

Co

nso

mm

atio

n (

kWh

/ a

n.m

2 S

HO

N)

3 Réhabilitation de logements HLM : RT Ex et certificats d'économies d'énergies

La résidence Berlioz, à Surgères, gérée par l'Office Public de l'Habitat de la Charente-Maritime, Habitat 17, regroupe 58 logements sociaux dans 5 bâtiments : 1 T2, 24 T3 et 33 T4.

Elle fait l'objet d'une opération de réhabilitation mettant en œuvre

• isolation par l'extérieur :

◦ isolant collé ou chevillé sur les murs (R = 6,3 m2.K/W)

◦ isolant sous étanchéité sur les terrasses inaccessibles (R = 2,9 m2.K/W)

◦ laine soufflée dans les combles (R = 5,0 m2.K/W)

• remplacement des menuiseries par des menuiseries PVC 4/16/4 argon (Uw = 1,50 W/m2.K)

• remplacement des portes palières par des portes isolantes (Uw = 1,70 W/m2.K)

• remplacement des volets en bois par des volets roulants ou des persiennes

• installation d'une ventilation de type Hygro B

• installation de chauffe-eaux solaires collectifs : 65 capteurs, 25 ballons de 286 l pour les T2 et T3 et 33 ballons de 394 l pour les T4.

RT Ex

Dans le cadre d'une rénovation, un bâtiment est soumis à la réglementation thermique des bâtiments existants (RT Ex).


Illustration 3 : La résidence Berlioz avant la restauration

S'il remplit les trois conditions suivantes :

• SHON supérieure à 1000 m2,

• coût des travaux de rénovation supérieur à 25% de la valeur du bâtiment,

• date de construction postérieure à 1948,

alors il doit faire l'objet d'un calcul global. Dans le cas contraire, la réglementation s'applique indépendamment à chaque élément, on parle alors de « RT Ex par éléments ».

En l'occurrence, seuls deux bâtiments sur les cinq ont une SHON supérieure à 1000 m2. Nonobstant, un calcul RT global est appliqué à chaque bâtiment. Il est effectué avec le module U48Win de Perrenoud.

Dans un premier temps, le mode opératoire est conforme à celui d'une étude thermique réglementaire, en entrant les caractéristiques de l'existant. Ensuite, l'étude est dupliquée, et un second calcul est effectué en tenant compte des projets de modifications sur le bâtiment et les systèmes. La conformité de l'opération dépend de l'état final mais aussi du gain opéré entre les deux états.

La tâche est assez fastidieuse du fait de la taille des bâtiments, dont les formes sont complexifiées par de nombreux décrochés.

Les plans et les résultats de calcul pour le bâtiment A sont fournis dans les annexes 1, 2, 3 et 4, pages 44 à 47.

Le tableau ci-dessous présente les résultats de l'étude.

État initial État projet Gain

Bâtiment SHON Ubat Cep Ubat Cep Ubat Cep

A 1592,91 1,613 342,33 0,645 128,39 60,01% 62,50%B 999,98 1,609 334,14 0,610 122,02 62,09% 63,48%C 1188,41 1,612 303,54 0,619 111,28 61,60% 63,34%D 1320,29 1,525 338,55 0,663 137,77 56,52% 59,31%E 779,07 1,523 383,80 0,627 149,42 58,83% 61,07%

Tableau 3 : Synthèse des résultats du calcul global RT Ex pour chaque bâtiment

Exprimé en terme d'étiquette énergétique, tous les bâtiments sont passés de l'étiquette énergétique F (ou E, pour le bâtiment C) à l'étiquette C. Ceci conditionnait l'obtention de subventions.

Certificats d'économies d'énergies

Pour ce projet, la maîtrise d'ouvrage souhaite obtenir des certificats d'économies d'énergie (CEE). Pour cela, un dossier est exigé qui reprend les résultats du calcul RT Ex en matière de consommations conventionnelles.

A ces résultats s'ajoute un indicateur supplémentaire. Il s'agit de quantifier l'économie d'énergie engendrée par la rénovation. L'idée est d'intégrer l'économie annuelle sur la durée de vie de la rénovation (c'est-à-dire des isolants, des équipements, etc), tout en tenant compte d'une diminution de la performance dans le temps. On parle donc de kWh cumulés et actualisés (kWh cumac).


Pour évaluer les économies d'énergies réalisées, on se réfère à la fiche d'opération standardisée correspondant à l'opération. En l'occurrence, la BAR-TH-451. Celle-ci stipule que le montant de certificats en kWh cumac doit se calculer en respectant la formule

EkWh cumac=(C ef initial−Cef projet) .SSHON . B . 19,41

où B est un coefficient de bonification visant à favoriser les opérations conséquentes sur le bâti :

B=min(U bat initial

1,5 . Ubat projet

;1,5)

Les valeurs nécessaires à la maîtrise d'ouvrage pour le dépôt du dossier sont présentées dans le tableau ci-dessous :

Bâtiment Cef (kWh/m2.an) Gain Gain Ubat Gain avant après Cef (€) initial projet (Mwh cumac)

A 132,69 49,76 82,92 826 1,613 0,645 3846B 129,51 47,29 82,22 822 1,609 0,610 2394C 117,65 43,13 74,52 891 1,612 0,619 2578D 131,22 53,40 77,82 727 1,525 0,663 2991E 148,76 57,91 90,84 890 1,523 0,627 2061

Tableau 4 : Valeurs produites pour le dossier de certificat d'économies d'énergie

Le Cef est la consommation d'énergie finale (en kWh/m2.an). Le montant présenté en euros est le gain annuel pour un logement. Il s'agit du gain de Cef multiplié par la SHON du bâtiment et par le prix de l'énergie, rapporté au nombre de logements. Cette valeur est relativement imprécise (moyenne sur les logements, moyenne HP/HC sur le prix de l'électricité,...) et probablement optimiste du fait de l'importance de l'économie d'énergie finale calculée conventionnellement avec le moteur de calcul RT 2005.

Bilan

Les bâtiments existants à rénover représentent un gisement considérable d'économie d'énergie. On peut donc raisonnablement imaginer que dans les années qui viennent, les opérations de rénovation telles que celle-ci constitueront une part importante de l'activité des bureaux d'études. D'autant plus qu'avec l'augmentation du coût des énergies et les économies d'échelles liées à l'augmentation du volume de ces interventions, ces rénovations pourraient devenir moins dépendantes des subventions publiques.

Mes tâches sur ce dossier ont mis en valeur deux aspects de ce type d'activités. Un travail de caractérisation et de saisie du bâtiment (notamment des ponts thermiques) et des équipements. Et un travail à la fois technique et administratif de constitution de dossiers nécessaires à l'avancement du projet : étiquettes énergétiques, CEE.

1 L'ensemble des fiches d'opérations standardisées est disponible sur le site du Ministère de l'Ecologie, du Développement durable, des Transports et du Logement (http://www.developpement-durable.gouv.fr/-Fiches-d-operations-standardisees-.html)


2 Études de faisabilité et bilans de consommationLors de la construction ou de la rénovation d'un bâtiment, le choix d'un ensemble de systèmes énergétiques pour le chauffage et l'eau chaude répond à de multiples critères :

• coût d'installation

• coût d'exploitation

• encombrement

• confort

• esthétique

• ...

La décision appartient donc au maître d'ouvrage, mais le rôle du bureau d'études est de l'éclairer dans ce choix. Pour ce faire, celui-ci propose plusieurs solutions énergétiques et remet un document indiquant les coûts d'installation et d'exploitation de chaque solution, ses avantages et inconvénients, ainsi qu'un bilan en coût global sur plusieurs années d'exploitation (par exemple vingt ans).

Ceci nécessite d'établir un bilan de consommation pour chaque solution énergétique, avec un outil approprié. Au sein d'ITF, c'est le module dédié de Perrenoud, U05Win, qui est utilisé.

Alors que j'intervenais sur l'étude de la rénovation d'un chais dans l'Île de Ré, j'ai proposé de concevoir un outil qui intègre des calculs utiles à la création de ces rapports.

1 Réhabilitation d'un chais en logementPour le compte d'un maître d'œuvre, ITF est sollicité sur le projet de réhabilitation d'un chais en logement individuel sur l'île de Ré.

La surface à rénover étant inférieure à 1000 m2, c'est la RT Ex par éléments qui s'applique. Celle-ci stipule que lors du remplacement ou de l’installation d’un élément d'isolation, d’un équipement de chauffage, de production d'eau chaude, de refroidissement, ou de ventilation, il doit être installé un produit dont les performances sont supérieures ou égales aux caractéristiques minimales mentionnées dans l'arrêté du 3 mai 2007 relatif aux caractéristiques thermiques et à la performance énergétique des bâtiments existants.


Illustration 4 : Le chais avant la réhabilitation

Le projet débute avec une visite du chantier et une rencontre avec le maître d'œuvre, qui nous présente les souhaits du client : conservation d'une partie des murs en pierre ainsi que des rampants et des arbalétriers apparents, pas de système de chauffage visible dans les pièces de vie.

Bâti

Pour le bâti, nous envisageons la solution suivante :

• Murs extérieurs en pierre nue (R = 0,36 m2.K/W) par souhait du client

• Murs extérieurs en pierre doublés de 8 cm de laine de verre (R = 2,6 m2.K/W)

• Rampants isolés par 16 cm de laine de verre entre pannes et 4 cm de polyuréthane sur le dessus ( R = 6,4 m2.K/W) dans la pièce principale afin de cacher le moins possible les arbalétriers. La pose de la couche supérieure sera faite à l'occasion de la réfection des tuiles.

• Rampants isolés par 16 cm de laine de verre entre pannes et 4 cm de laine de verre sous les pannes, là où la charpente n'a pas à être apparente.

• Combles isolés par 25 cm de laine de verre (R = 7,8 m2.K/W)

• Plancher sur vide sanitaire ou terre-plein isolé par un panneau polyuréthane de 7 cm (R = 3,3 m2.K/W) et chape flottante.

• Porte d'entrée en bois (Uw = 3,5 W/m2.K)

• Fenêtres et portes-fenêtres à double vitrage (Uw = 2,3 W/m2.K)

Avec ces valeurs, le calcul de déperditions effectué avec le module Perrenoud U02Win indique des déperditions de 11,6 kW pour une température de base dans l'Île de Ré de -2 °C. Pour tenir compte des variations de régime et prendre une marge de sécurité pour les périodes particulièrement froides, nous préconisons l'installation d'une puissance de chauffage de 14 kW.

Équipements

Nous proposons une ventilation de type Hygro B, et plusieurs solutions pour satisfaire les besoins de chauffage et d'ECS :

• Plancher rayonnant électrique / ballon ECS électrique

• Chaudière gaz à condensation et PCBT / accumulateur ECS gaz

• PAC « géothermique » verticale et PCBT / ballon ECS électrique

• PAC aérothermique et PCBT / ballon ECS électrique

Les attentes de la maîtrise d'ouvrage excluent le choix de radiateurs ou d'un poêle à bois.

Pour comparer les différentes solutions énergétiques, un bilan de consommation est nécessaire. Il est effectué avec le module Perrenoud U05Win. Pour chaque solution proposée, une consommation énergétique et un coût annuel associé sont calculés.

Rendu

Le compte-rendu que nous fournissons au client est un document technique puisqu'il présente les résultats de nos études, mais surtout pédagogique, car il explique la réglementation et présente les différentes solutions proposées et leurs principes.


Il comprend :

• Un rappel de la réglementation

• Un récapitulatif des parois et des menuiseries considérées pour l'étude

• Le résultat du calcul de déperditions

• Notre proposition pour la ventilation

• Nos propositions pour le chauffage : pour chaque solution, outre une explication de principe, on trouve le détail des coûts d'installation et des coûts annuels (consommation et maintenance), ainsi que les avantages et les inconvénients de la solution.

• Une synthèse comparant les différentes solutions de chauffage :

◦ Un tableau reprend les coûts d'installation et les coûts annuels et présente le temps de retour brut des solutions proposées par rapport à la solution tout électrique, ainsi que le coût global sur 20 ans, en tenant compte de l'évolution des prix des énergies, pour chaque solution.

◦ Un graphique illustre le coût cumulé actualisé de 0 à 20 ans pour chaque solution.

Investissement € TTCChauffage 16 000Eau chaude sanitaire 1300Ventilation 2500Energies 0AutresAides, subventions -400Total 19400Exploitation € TTC

ConsommationsChauffage 1440 kg 1513Eau chaude sanitaire 520 kg 541Ventilation 640 kWh 73Auxiliaires 850 kWh 97

AbonnementsEDF Tarif bleu HP/HC 9 kVA 111

MaintenanceChaudière gaz condens. 170Location et maintenance citerne propane 330Total 2835

Tableau 5 : Détail des coûts de la solution « gaz »


Plancher rayonnant électrique

Plancher chauffant - chaudière propane

Pompe à chaleur

"géothermique"

Pompe à chaleur

aérothermique

Investissement(€ TTC)

14700 19400 30100 25400

Aides prises en compte(€)

400 7300 2100

Exploitation(€ TTC)

2843 2835 1509 1664

Temps de retour brut(années)

> 50 12 9

Coût global sur 20 ans(€ TTC)

91100 95600 70700 70100

Emissions de CO2

(kg/an)3500 5900 900 1300

Energie consommée (tep/an)

2,12 2,27 0,96 1,08

Uranium consommé(g/an)

556 36 298 317

Avantages

Faible investissement Pas de maintenancePas de local technique

Fiabilité / durabilité du matérielEau chaude sanitaire à volonté

"Natural cooling"Capteurs verticaux, nécessitent peu de surfaceFaible nuisance sonore

Possibilité de rafraîchissement par la PAC

Inconvénients

Coût d'exploitation élevé

Chaudière dans le garage ou cellierCuve propane, livraisonsConduit d'évacuation des fumées

Investissement important

Nuisance sonore à traiter

Tableau 6 : Tableau de synthèse des solutions proposées


La solution « gaz » coûte un peu plus cher à l'installation et son coût de revient annuel est approximativement identique à celui de la solution « tout électrique », de sorte que le sur-investissement n'est jamais rentabilisé.

Les solutions impliquant des pompes à chaleur ont un coût initial plus élevé mais des temps de retour intéressant... si leur performance est conforme au calcul effectué par le module Perrenoud.

Bilan

Ce dossier illustre bien, sur un cas concret de petite échelle, l'activité du bureau d'étude comme conseiller pour le choix d'une solution énergétique. Il m'a en outre familiarisé avec la recherche de matériel, la lecture de catalogues de fabricants et de documentations techniques.

Ce type d'étude a pour finalité la présentation au client d'un rapport dont la mise en forme compte pour une part importante dans le temps passé. La mise en place d'un modèle de rapport et d'outils permettant de faciliter la rédaction est donc un atout pour le bureau d'études.

De même, chaque étude implique le chiffrage des coûts des équipements et des énergies. A ce stade du projet, seul un ordre de grandeur suffit, et les valeurs sont réutilisées d'une étude sur l'autre. Il est donc pertinent de se doter d'une procédure ou d'un outil pour conserver et partager ces valeurs.

Ce sont ces constats qui m'ont conduit à proposer la création d'un logiciel dédié à ces études.

2 Outil logiciel de bilan de consommationDans sa première version, le logiciel est un tableur utilisant les résultats du module de bilan de consommation de Perrenoud pour fournir une présentation prête à copier dans un rapport d'étude.


Graphique 3 : Coût global actualisé sur 20 ans des solutions proposées

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 200

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000

90000

100000

Plancher rayonnant électrique Plancher chauffant - chaudière propane

Pompe à chaleur "géothermique" Pompe à chaleur aérothermique

Durée (années)

Co

ût (

€ T

TC

)

Le temps le permettant, j'ai poussé l'exercice plus loin en ajoutant au tableur le calcul des consommation, ce qui évite le recours au module de bilan de consommation de Perrenoud. Cette fonctionnalité est intégrée dans la version 2.

Version 1 - Post-traitement et mise en forme des résultats

Le tableur comprend trois types de feuilles :

• une feuille de bilan,

• une page par solution énergétique évaluée,

• un ensemble de pages destinées à contenir les données sur les énergies et les équipements.

La feuille de bilan

La feuille de bilan récapitule les résultats et propose des indicateurs tels que le coût annuel, le coût global sur 20 ans, ou le temps de retour sur investissement relativement à une solution de base. Elle présente un graphique qui affiche l'évolution dans le temps du coût global et permet ainsi que visualiser l'échéance à laquelle un choix technique devient rentable économiquement.

L'essentiel des paramètres de calcul (augmentation du coût des énergies, durée de calcul du coût global,...) est modifiable. Il est possible, par exemple, de pondérer les tarifs par des paramètres de distance (chantier lointain ou difficile d'accès) ou de surface (tarif dégressif avec la surface).

Un exemple de feuille de synthèse est présenté en page 19.

Les feuilles de solution

Chaque solution énergétique est traitée sur une feuille séparée.

Un exemple de feuille de solution est présenté en page 20.



Illustration 5 : Feuille de synthèse


Illustration 6 : Feuille de solution énergétique

La colonne de gauche permet de renseigner les investissements, répartis en quatre postes :

• Chauffage : depuis les sources d'énergie (forage géothermique) jusqu'aux émetteurs et aux régulations.

• ECS : système de base et appoint.

• Ventilation

• Énergies : frais d'installation divers, tels qu'un raccordement au réseau de gaz, une installation de citerne,...

Les entrées sont saisies via des menus déroulants générés automatiquement à partir de listes contenues dans les feuilles réservées aux données sur les équipements. Les prix associés sont alors insérés automatiquement.

La colonne centrale contient le tableau destiné à la publication. On y trouve une partie « investissement » qui reprend les totaux par poste de la colonne de gauche et une partie « exploitation », dans laquelle on recopie les valeurs de consommation (quantité et coût) obtenues lors du bilan de consommation et on ajoute les abonnements et coûts de maintenance divers, eux-aussi obtenus via des menus déroulants.

Dans la colonne de droite, un tableau présente le bilan environnemental de la solution : contribution à l'effet de serre en équivalent CO2, énergie consommée en tonnes équivalent pétrole, quantité d'uranium consommée.

Enfin, dans cette colonne, on trouve un graphique sur lequel apparaissent la puissance du générateur sélectionné en fonction de la température extérieure, et la puissance cible à la température extérieure de base. Cette représentation est une aide à la sélection d'une PAC aérothermique : la puissance variant avec la température, la puissance annoncée dans sa dénomination n'est généralement pas la puissance fournie à la température extérieure de base.

Les feuilles de données sur les énergies et les équipements

Enfin, sur les feuilles restantes, on trouve les listes d'équipements et d'énergies utilisées pour la génération des menus déroulants. Ces listes sont à compléter au fil de l'utilisation de nouveaux équipements. Puisque les données de coût sont par nature variables dans le temps, elles doivent être mises à jour régulièrement, et en face de chaque donnée figure sa source et la date de sa saisie.

Fonctionnalités

A ce stade, l'outil permet, une fois le bilan de consommation effectué via le module U05Win de Perrenoud, d'obtenir rapidement

• une évaluation des coûts d'installation et de maintenance pour chaque solution, grâce aux données inclues dans le tableur

• une présentation prête à copier dans un traitement de texte, comprenant

◦ les informations importantes pour chaque solution

◦ une synthèse


Version 2 - Bilan de consommation

L'étape suivante est de s'affranchir totalement de l'utilisation de U05Win. Ce logiciel est relativement peu pratique d'utilisation, limité, il n'est pas ou peu maintenu, son fonctionnement est opaque et il n'est pas modifiable. A l'inverse, développer le calcul en interne du tableur permet de se le rapproprier, d'en maîtriser les hypothèses, et de gagner du temps à la saisie puisqu'il n'est plus nécessaire de recopier les résultats de U05Win dès qu'une hypothèse est modifiée.

Pour le calcul, nous avons choisi les règles Th-G, Th-BV et Th-C comme méthode de base, tout en conservant la possibilité de rajouter de la précision là où c'est jugé utile, et d'en enlever là où le surcoût de saisie n'est pas justifié. Il se déroule en deux étapes : le calcul des besoins de chauffage et d'ECS, qui sont propres au bâtiment et à ses occupants, puis le calcul des consommations, qui est propre à chaque solution.

Besoins de chauffage

Les besoins de chauffages se caractérisent par le BV, exprimé en W/K. Il dépend des déperditions du bâtiment mais aussi de son inertie et de ses apports solaires et internes. Partant des déperditions D (en watts) par les parois et par renouvellement d'air, on obtient le coefficient GV par la formule suivante qui fait intervenir les déperditions, la température intérieure Tint, la température extérieure de base Text, et un coefficient d'abattement Cab.

GV =D

T int−T ext

Cab

La présence du coefficient Cab se justifie par le fait que les déperditions sont calculées dans le pire cas (volets ouverts, notamment) et ne correspondent pas à l'état moyen du bâtiment.

Le coefficient BV se déduit en soustrayant au GV les apports gratuits. Ceux-ci dépendent de paramètres entrés à l'aide de menus déroulants : type de logement, exposition, inertie,.

Besoins d'eau chaude sanitaire

Les besoins d'ECS, Bec, sont déduits du nombre d'occupants. L'utilisateur peut modifier l'hypothèse de base (33 l/jour.occupant2), voire saisir directement un volume annuel ou une puissance annuelle.

Consommations de chauffage

Pour chaque solution, le besoin de chauffage réel dépend des possibilités de récupération des pertes des systèmes.

B ch=BV DH−Prs Rrp

Avec DH, le nombre de degré-heures, Prs, les pertes récupérables des systèmes et Rrp, le rendement de récupération de ces pertes. Dans les règles TH-C, DH ne dépend que de la zone climatique, mais rien n'empêche d'affiner le calcul en utilisant une valeur plus proche de la réalité.

Le calcul des consommations de chauffage est alors le suivant :

C ch=BchI

R ch

2 Selon le rapport d'étude « Performances réelles des chauffe-eau solaires individuels » publié en 2006 par le CSTB (http://enr.cstb.fr/webzine/preview.asp?id_une=156), la consommation moyenne d'eau chaude à 50 °C est de 33 litres par personne et la valeur de 50 litres par jour généralement utilisée conduit à un sur-dimensionnement des installations.


http://enr.cstb.fr/webzine/preview.asp?id_une=156

I est un coefficient dépendant de l'inertie du bâtiment et Rch le rendement global de l'installation de chauffage, produit des rendement de génération, de distribution, d'émission et de régulation.

Consommations d'eau chaude sanitaire

De la même manière, les consommations d'ECS sont calculées de la manière suivante :

C ec=Bec Rde R s Rge

Rde, Rs et Rge sont les rendements de distribution, de stockage et de génération.

Les paramètres de calcul des consommations de chauffage, d'eau chaude, de ventilation et des auxiliaires sont déduits des renseignements fournis par l'utilisateur.

Coûts

Pour chaque poste, la consommation annuelle ainsi calculée (en kWh) est reportée dans le tableau central de présentation de la solution. Pour obtenir le coût (en €) associé, l'utilisateur choisit un tarif énergétique dans le tableau « Coût en kWh » en colonne centrale de chaque feuille de solution.

Fonctionnalités

Dans l'état, le logiciel est fonctionnel. Faute de temps, certains cas n'ont pu être traités exhaustivement mais l'intégralité de la chaîne de calcul est en place. La base de donnée des équipements est lacunaire mais conçue pour être facile à compléter.

La méthode de calcul des consommations de chauffage est peu adaptée au cas des PAC aérothermiques. Idéalement, il faudrait mettre en place un calcul précis plutôt que d'avoir recours à un rendement annuel approximatif.

La compatibilité avec le bilan de consommation de Perrenoud est maintenue : il est toujours possible d'utiliser les valeurs fournies par U05Win.

Il reste inévitablement un certain nombre d'hypothèses à saisir. Néanmoins, il est encore possible de simplifier ces saisies en proposant par défaut les valeurs les plus courantes, voire en créant un jeu de solutions usuelles : « tout électrique », « tout gaz ancien », « tout gaz neuf », etc.

Un autre intérêt du tableur est la possibilité d'intervenir à n'importe quel endroit du calcul en forçant une valeur. Pour une pré-étude encore plus rapide, il est donc possible d'entrer directement le rendement global du système de chauffage, par exemple. Il n'est alors plus nécessaire de fournir tous les renseignements sur les équipements. Cette notion de réappropriation du calcul était l'une des motivations de son développement.

Bilan

L'idée et le développement de cet outil sont une illustration de ce que mon double-profil peut apporter à un bureau d'études : la volonté d'améliorer les outils plutôt que d'en subir les limitations.

Le logiciel a été présenté à l'équipe d'ITF afin qu'elle puisse l'utiliser, le maintenir, se l'approprier. Dans l'état, il devrait permettre de gagner du temps lors des études.

La mise en place des indicateurs environnementaux caractérisant chaque solution a nécessité un travail de recherche et de documentation. Les énergies qui présentent le plus de difficultés sont l'électricité, pour lequel l'équivalence en émission de gaz à effet de serre dépend de l'usage, et le bois, dont le contenu énergétique varie avec le conditionnement, la provenance, le temps de séchage, etc, et pour lequel les données disponibles sont donc assez variables.


3 Schémas et plans d'installations techniquesITF intervient aussi sur des installations techniques et produit des schémas de principe et des plans d'exécution.

Le logiciel mis à ma disposition pour l'édition des plans est Draftsight. Ce logiciel multi-plateformes est produit et distribué gratuitement par Dassault. Son fonctionnement est semblable à celui d'Autocad, et il peut lire et écrire le format DWG qui s'est imposé comme format d'échange de plans dans le bâtiment.

Outre la réflexion de fond sur les installations techniques dont il était question, ces tâches m'ont permis de me familiariser avec les outils de CAO, dont la maîtrise constitue une compétence assez incontournable en bureau d'études.

1 Chaufferie solaire et gaz de 78 logements étudiantsCe dossier, alors en phrase PRO, concerne la création de 78 logements étudiants à La Rochelle. Le chauffage collectif est assuré par une chaudière au gaz naturel de 80 kW. L'eau chaude sanitaire est préparée par 9 capteurs solaires sous vide de 3 m2 et une autre chaudière au gaz naturel de 80 kW.

Les deux schémas de principe réalisés sont le schéma de la chaufferie (annexe 5, page 48) et le schéma de la production solaire d'ECS (annexe 6, page 49).

2 Retenues de substitution de la BoutonneL'objet de ce dossier est la création de cinq retenues d'eau autour de la Boutonne, en Poitou-Charentes. Chaque retenue est constituée d'une station de pompage et d'une station de reprise. Les plans à réaliser sont les vues en plan et en coupe des stations de pompage et de reprise, ainsi que les plans d'implantations des stations de pompage.

Les relevés sur le terrain font apparaître des différences entre les plans et la réalisation. L'objet de la phase DOE est de mettre les plans en accord avec la réalité afin de conserver une trace écrite de l'état définitif utilisable pour de futures interventions.

Ma tâche a consisté à modifier les plans pour tenir compte des annotations faites lors des visites.


4 Simulation Thermique DynamiqueSi la simulation thermique dynamique (STD) existe depuis de nombreuses années, sa généralisation reste récente, et nombre de bureaux d'études ne la pratiquent encore que très peu. De plus, d'un outil à l'autre et d'une étude à l'autre, le terme peut désigner des activités notoirement différentes.

Au sein d'ITF, comme dans beaucoup de bureaux d'études, la pratique de la STD se corrèle avec un intérêt grandissant pour les problématiques de confort estival. Il s'agit de concevoir les bâtiments de sorte à éviter les surchauffes. Le logiciel utilisé est Pleiades+Comfie (P+C).

Suite à la réalisation d'études de STD sur des projets de bâtiments, j'ai été chargé de mettre à la disposition des autres thermiciens une méthodologie de travail afin de les guider pour les études à venir.

1 Études de confort d'étéDans ses appels d'offre, l'Office Public de l'Habitat de la Communauté D'Agglomération (OPHCDA) de La Rochelle a introduit une exigence en matière de confort thermique exprimée en Tic, donc relativement à la réglementation thermique, mais aussi en « taux d'inconfort ».

La définition donnée du taux d'inconfort est la suivante : « rapport entre le nombre d’heures d’occupation où le couple {(Température opérative (Top), Température extérieure (Text)} est à l’extérieur de la zone de confort et le nombre d’heures d’occupation. La zone de confort à prendre en compte est la zone de Brager ».

Cette définition est discutée dans l'annexe 7, page 50.

Aucun logiciel n'est mentionné, pas même la notion de STD, mais l'indicateur choisi fait partie des données de sorties de Pleiades+Comfie.

Dans les logements étudiés, le taux de confort ainsi défini a été atteint, sous réserve du respect par les occupants de recommandations de base : fermeture partielle des volets roulants en journée d'été, utilisation de la ventilation naturelle,...

Les indicateurs nous avons utilisés pour caractériser le confort estival sont

• les fréquences cumulées décroissantes des températures opératives intérieures,

• l'évolution des températures pendant la semaine la plus chaude,

• le diagramme de Brager et le taux de confort associé.

Logements individuels et collectifs : le Clos du Gô

Le Clos du Gô est un ensemble de 38 logements individuels et collectifs à Nieul-sur-Mer. L'étude a été limitée à un logement collectif et un individuel.

Afin de nous placer dans le cas le plus défavorable du point de vue du confort d'été, nous avons choisi le logement collectif situé au deuxième et dernier étage, dans la barre la plus au sud. De même, le logement individuel choisi est celui qui se trouve le plus au sud.

Les plans des logements sont présentés dans les annexes 8 et 9, pages 51 et 52.



Illustration 7 : Dessin en 3D du logement collectif avec Alcyone

Illustration 8 : Dessin en 3D du logement individuel avec Alcyone

Logement collectifs : Port Neuf

Pour le projet de construction d'un immeuble de 19 logements collectifs quartier Port Neuf à La Rochelle, nous avons sélectionné le logement situé au dernier étage et le plus au sud car c'est le plus défavorisé du point de vue du confort d'été.

Bilan

Bien que ces études soient des cas d'application relativement simples, elles ont fait surgir de multiples questionnements liés à la modélisation du bâtiment et du comportement des ses occupants qui se sont révélés intéressants.

Elles ont aussi été l'occasion de passer d'une approche universitaire tutorielle de l'outil à des études de cas réels qui nécessitent de traduire des données techniques en entrées du logiciel de simulation.

2 Mise en place d'une méthodologiePar opposition aux études réglementaires, pour lesquelles les hypothèses de fonctionnement du bâtiment sont conventionnelles, lors des études de STD, le thermicien est libre d'utiliser les hypothèses de son choix, dès lors qu'il est en mesure de les justifier.

La définition des hypothèses est donc une phase essentielle, d'autant plus critique que ces hypothèses touchent au comportement des occupants, dont l'influence est prépondérante en logement.

Modélisation du bâtiment

Lors de la modélisation des logements, certains points ont nécessité une recherche approfondie. Nous nous sommes inspirés des documents à notre disposition, notamment d'exemples d'études. La région Rhône-Alpes, l'Association Régionale Rhône Alpes des organismes de logement social (ARRA-Habitat) et l'Ademe Rhône-Alpes ont publié un cahier des charges encadrant la réalisation


Illustration 9 : Dessin en 3D du logement avec Alcyone

des études de STD qui constitue une référence utile3. Et nos échanges avec d'autres professionnels via le forum des utilisateurs de P+C4 et le « forum de l'ingénierie de l'efficacité énergétique et des énergies renouvelables5 » ont constitué une aide précieuse. Certaines questions restent malgré tout en suspens.

Le zonage

La représentation du logement par une seule zone thermique facilite la saisie mais fournit des résultats théoriquement moins précis. Il est difficile de dire si la précision gagnée avec la définition de plusieurs zones est significative, notamment dans un logement de petit volume dans lequel les portes intérieures sont ouvertes. Par ailleurs, lors d'une étude de confort d'été, l'utilisation d'une seule zone par logement améliore artificiellement les résultats en répartissant la surchauffe dans tout le volume. Les deux méthodes ont été employées dans les études précédentes.

Les puissances dissipées

Les sources ne manquent pas concernant les consommations des appareils domestiques, mais il se révèle ardu d'en faire la synthèse pour caractériser les puissances dissipées dans le logement. Le « référentiel QEB logement social » de Rhône-Alpes recommande l'utilisation des valeurs horaires issues du programme Effibat d'Enertech. Certains se contentent d'affecter des valeurs moyennes constantes (la valeur conventionnellement utilisée pour le logement par la méthode Passivhaus est de 2,1 W/m2). Pour nos études, nous avons estimé les consommations des appareils présents dans le logement, et nous avons consolidé les valeurs en les comparant aux résultats d'Effibat et au ratio surfacique Passivhaus.

Les protections solaires

Il n'est pas raisonnable de supposer que les occupants d'un logement vivent dans l'obscurité totale pendant les journées d'été. En général, on considère que les protections solaires peuvent être fermées jusqu'à 80% dans la journée pour limiter les apports solaires.

Les transferts aérauliques : VMC, ventilation naturelle, infiltrations

Par nature, le débit d'une VMC hygroréglable est variable dans le temps. Pour le modéliser, on peut tenter de le corréler avec l'occupation ou avec une utilisation supposées des pièces humides. Ou bien on peut utiliser une valeur moyenne constante. On choisit alors la valeur fournie par l'avis technique pour l'ensemble du logement (Qvrep). C'est la méthode que nous avons utilisée. Si le logement est séparé en plusieurs zones thermiques, on attribue arbitrairement une proportion du débit moyen total aux différentes entrées d'air, et on ajoute des débits entre zones pour tenir compte des transferts aérauliques résultants.

En ventilation naturelle, la quantification du débit obtenu par l'ouverture des ouvrants est difficile et les valeurs varient beaucoup selon les sources. On a retenu des valeurs de 2 à 3 vol/h selon les expositions.

D'une manière générale, les échanges d'air entre zones sont compliqués à modéliser, puisqu'ils regroupent différents phénomène décorrélés – VMC éventuellement double-flux, infiltration, ventilation naturelle par ouverture des fenêtres – qui peuvent être représentés dans P+C par deux

3 « Référentiel QEB logement social / Annexe E : Cahier des charges de simulation thermique dynamique » (http://www.logementsocialdurable.fr/bank/E.%20CdC%20simulation%20thermique.pdf)

4 Forum des utilisateurs de Pleiades+Comfie (http://www.izuba.fr/forum/)5 Le forum I3ER a été créé en 2007 par un ancien étudiant de la formation éponyme (http://forum.i3er.org/)


http://forum.i3er.org/

http://www.izuba.fr/forum/viewtopic.php?f=10&t=642

http://www.logementsocialdurable.fr/bank/E.%20CdC%20simulation%20thermique.pdf

outils distincts – les ventilations externes et les ventilations internes – ayant chacun des limitations différentes.

Études de sensibilité aux paramètres

Du fait de l'incertitude qui pèse sur les paramètres de modélisation, en particulier sur ceux qui touchent au comportement des occupants, c'est une bonne pratique que de vérifier que les résultats de simulation restent corrects avec des hypothèses plus pessimistes.

Étapes de la simulation

Le guide que j'ai rédigé à l'attention des thermiciens d'ITF compile des recommandations générales de STD, des procédures propres à ITF, des méthodes pour gagner du temps ou pour gérer certains cas particuliers. Ce guide reprend pas à pas les étapes successives suivantes :

• Configuration de l'environnement de travail (à réaliser avant la première étude)

• Choix du sous-ensemble du bâtiment à étudier

• Définition des composants dans la bibliothèque

• Construction du bâtiment avec Alcyone

• Zonage et définition des scénarios

• Exportation du bâtiment depuis Alcyone vers Pleiades

• Description du fonctionnement du bâtiment, notamment de la ventilation

• Exploitation des résultats : confort d'été, déperditions, consommations,...

• Propositions d'améliorations

• Étude de sensibilité aux paramètres

• Maintenance : sélection des données à conserver, archivage des études

Bilan

Au delà de la réalisation de plusieurs études, la partie la plus importante de mon activité en STD a été la mise en place et la formalisation d'un cadre de travail pour les études à venir.

L'autre aspect intéressant de cette tâche résidait dans la transmission de connaissances, puisque mon rôle a consisté à mettre à disposition de mes collègues le fruit de mes recherches sous forme d'un guide synthétique et d'un modèle de rapport réutilisable.


5 Conception d'un bâtiment à énergie positiveFORDOM, un organisme de formation aux métiers des énergies renouvelables, a lancé à Saint Médard d'Aunis (Charente-Maritime) le projet de construction d'un centre de formation. Il comprend des salles de cours et de travaux pratiques, ainsi que des bureaux, sur une surface habitable de 613,7 m2 (SHON 694,35 m2).

Le maître d'ouvrage tient à faire du bâtiment une vitrine de son activité. Il souhaite donc un local dont les besoins de chauffage sont faibles, qui ne nécessite pas de climatisation, et qui utilise des énergies renouvelables : solaire photo-voltaïque et thermique, bois.

Le bâtiment est orienté au sud ouest. Sa toiture est intégralement recouverte de panneaux photo-voltaïques (PV). Le parking est ombragé par une rangée de capteurs solaires thermiques qui fournissent l'ECS et une partie de l'énergie de chauffage, le reste étant produit par une chaudière à granulés de bois.

Une ossature métallique soutient la charge importante de la toiture. Les refends sont en béton et l'isolation en laine de bois.

Le rez-de-chaussée est la partie accessible au public. Il comprend trois salles de formation au sud est, un logement d'application (logement fictif destinés à des travaux pratiques) au sud ouest, des ateliers pratiques au nord. Les bureaux se trouvent au nord à l'étage.

Les plans de la parcelle et du bâtiment sont fournis dans les annexes 12, 13, 14 et 15, pages 55 à 58.


Illustration 10 : Rendu en 3D du bâtiment

1 Étude thermiqueLes caractéristiques principales du bâtiment sont les suivantes :

• Murs extérieurs :

◦ une couche de laine de bois de 14 cm entre montants d'ossature (R = 3,50 m2.K/W)

◦ une couche de laine de bois de 8 cm devant l'ossature (R = 2,00 m2.K/W)

• Plancher bois sur vide sanitaire :

◦ une couche de laine de bois de 20 cm entre solives (R = 5,05 m2.K/W)

◦ une couche de mousse polyuréthane de 4 cm (R = 1,70 m2.K/W)

• Menuiseries aluminium à rupteurs de ponts thermiques et à doubles vitrages 4/16/4 isolés à l'argon (2,10 ≤ Uw ≤ 2,50 W/m2.K)

• Plafonds vers combles : une couche de laine de bois de 20 cm (R = 5,05 m2.K/W)

• Plafonds sous rampants :

◦ une couche de laine de bois de 20 cm entre montants d'ossature (R = 5,05 m2.K/W)

◦ une couche de laine de bois de 10 cm devant l'ossature (R = 2,50 m2.K/W)

• Ventilation mécanique contrôlée double-flux (VMC-DF) de rendement 90%

• Chaudière à granulés de bois 20 kW de rendement à pleine charge 91,9 %

• Plancher chauffant basse température

• Panneaux photo-voltaïques : 480 m2, orientés sud-ouest à 30°

Une étude réalisée avec le logiciel Transol indique un taux de couverture des besoins de chauffage de 32% par les panneaux solaires thermiques.

Les résultats de l'étude thermique réglementaire sont présentés dans le tableau ci-dessous :

Projet Référence Gain (%)

Ubat 0,328 0,391 16,06Cep sans PV (kWh/m2

SHON.an) 50,73 141,12 64,06Cep BBC-Effinergie6 sans PV (kWh/m2

SHON.an) 46,82 119,15 60,71Cep BBC-Effinergie avec PV (kWh/m2

SHON.an) -158,93 119,15 233,38

Tableau 7 : Résultats de l'étude thermique réglementaire

Le bâtiment respecte la valeur maximale autorisée pour ses dépenses énergétiques : Cep < Cep réf.

Le niveau BBC est atteint : le gain obtenu sur le Cep BBC-Effinergie est supérieur à 50%.

Le bâtiment est à énergie positive : le Cep BBC-Effinergie avec PV est négatif.

6 Le calcul du Cep diffère dans le cadre du label BBC-Effinergie : le coefficient de conversion en énergie primaire du bois est de 0,6 kWhep/kWhef au lieu de 1 pour le calcul RT 2005.


La répartition de la consommation énergétique est la suivante :

Cef (kWh/an) Cep (kWh/m2SHON.an)

Chauffage bois 6 778,36 9,76Chauffage solaire 4 519,52Chauffage total 11 297,88Refroidissement 0Eau chaude sanitaire 0Éclairage 9 883,1 36,72Ventilation 996,2 3,7Auxiliaires de chauffage 145,24 0,54

Tableau 8 : Répartition par postes de la consommation énergétique

La production photo-voltaïque est estimée conventionnellement à 55 372,5 kWh/an, soit 205,75 kWhep/m2.an.

En tertiaire, les besoins conventionnels en ECS sont nuls. En revanche, les consommations d'éclairage conventionnelles sont très élevées (proches en énergie finale des consommations de chauffage), et leur part dans le Cep est prépondérante du fait de l'utilisation pour le chauffage d'énergie solaire et du coefficient de conversion en énergie primaire de 2,58 pour l'électricité.

2 Calcul de déperditionsUn calcul des déperditions pièce par pièce est réalisé avec le module Perrenoud U02Win afin de dimensionner le plancher chauffant et la chaudière. Ce calcul est effectué selon la norme NF EN 128317.

Une difficulté inattendue survient, liée à l'interprétation de la norme concernant les déperditions par renouvellement d'air. Selon cette norme, le débit d'air neuf utilisé pour le calcul des déperditions doit être le maximum entre le débit hygiénique et le débit d'air neuf équivalent soufflé par la VMC-DF. Une telle méthode ignore le rôle du récupérateur de chaleur : avec un échangeur performant, le débit d'air neuf équivalent est très faible et c'est donc nécessairement la valeur plancher qui est utilisée.

Après discussion, nous optons, via une option de U02Win, pour une interprétation de la norme qui valorise la récupération de chaleur sur l'air extrait, en utilisant pour le calcul le débit d'air neuf équivalent correspondant à un débit d'air total égal au maximum entre le débit hygiénique et le débit soufflé par la VMC-DF.

Nous obtenons alors une valeur de déperditions par renouvellement d'air qui se rapproche de l'ordre de grandeur calculé initialement, et une valeur de 16,5 kW pour les déperditions totales.

Déperditions (W) Déperditions (W/m2

SHON)

Parois 10 611 15,28Renouvellement d'air 5 880 8,47Total 16 492 23,75

Tableau 9 : Déperditions du bâtiment

7 « NF EN 15831 : Systèmes de chauffage dans les bâtiments - Méthode de calcul des déperditions calorifiques de base », mars 2004


S'agissant de planchers chauffants, nous n'attribuons pas de sur-puissance aux émetteurs. En revanche, pour les relances et les périodes particulièrement froides, nous préconisons une sur-puissance de 20% pour la chaudière, soit une puissance à installer de 19,8 kW.

3 Simulation thermique dynamiqueLe client a souhaité que soit réalisée une simulation thermique dynamique. Celle-ci a pour objectifs de quantifier les consommations énergétiques du bâtiment, et de prendre en compte le confort d'été dans sa conception.

Zonage

Huit zones thermiques ont été définies en regroupant les pièces d'usage et d'orientation identiques :

• Atelier 1 : logement d'application

• Atelier 2 : atelier pratique

• Enseignement 1 : salle de formation 3, double exposition sud et est

• Enseignement 2 : salles de formation 1 et 2

• Commun : Accueil, circulation, locaux spécifiques, espacé détente, palier, sanitaires

• Bureaux

• Sas

• Local technique

Les deux dernières zones ne sont pas chauffées et leur température ne nous intéresse pas directement, mais elles figurent dans le calcul au titre d'espaces tampons.


Illustration 11 : Dessin en 3D du bâtiment avec Alcyone

Scénarios

Le bâtiment est occupé de 8h à 18h, cinq jours par semaine. Il est fermé une semaine en hiver et cinq semaines en été.

La consigne de chauffage est de 20°C dans toutes les pièces, à l'exception de l'atelier pratique, pour lequel elle est à 18°C. En inoccupation, elle est réduite de 4°C. La période de relance est de 4h.

Les taux d'infiltrations considérés varient selon les zones : 0,3 vol/h en général, 0,5 vol/h pour les parties communes (présence du sas), 0,6 vol/h dans l'atelier pratique (porte sectionnelle), et 4 vol/h dans le local technique (chaudière à bois).

L'occupation considérée est de 30 personnes (moyenne fournie par le maître d'ouvrage). Sa répartition est arbitraire et tente d'approcher des conditions réalistes.

Les puissances dissipées ont été estimées en fonction des appareils présents dans les pièces : éclairage 10 W/m2, ordinateur 90 W, photocopieur 150 W, serveurs informatiques 600 W, chaudière et ballon d'ECS 450 W, outils de travaux pratiques 2 kW.

Initialement, nous avons considéré que les fenêtres restaient fermées et que les volets roulants étaient complètement ouverts en occupation et complètement fermés hors occupation.

Déperditions et consommations de chauffage

Dans un premier temps, on vérifie que la fonctionnalité de calcul de déperditions de P+C présente des résultats similaires à ceux de U02Win. La comparaison permet de mettre à jour d'éventuels problèmes de modélisation conduisant à des résultats aberrants.

Les besoins de chauffage sont estimés à 15,4 MWh par an.

Pour calculer des consommations énergétiques, on prend en compte des rendements suivants :

• Rendement de génération : 0,91

• Rendement de distribution : 0,94

• Rendement d’émission : 1

• Rendement de régulation : 0,84

Avec une couverture solaire des besoins de chauffage de 32%, on prévoit une consommation de bois de 14,6 MWh par an. Ceci représente un peu moins de 3 tonnes de granulés.

Il est à noter que ces consommations sont très supérieures aux consommations conventionnelles calculées selon la RT 2005.

Confort d'été

Conformément à nos attentes, c'est la salle de formation 3, de par son exposition et l'importance de sa surface vitrée, qui pose des problèmes de surchauffe. Pour ne pas sous-estimer ces problèmes, l'utilisation de cette pièce a été privilégiée lors de la mise en place des scénarios d'occupation.


Propositions

Plusieurs solutions sont envisagées pour y remédier. Les deux premières concernent le bâtiment :

• Ajout d’un débord de toit horizontal (« casquette ») de 1,4 m sur la paroi sud.

• Ajout d’une porte supplémentaire entre la salle de formation 3 et la circulation pour évacuer l’air chaud vers le couloir.

Les deux autres concernent le comportement des occupants :

• Fermeture à 80% des volets roulants en période de surchauffe.

• Ouverture des fenêtres et fermeture des volets roulants en position ajourée y compris la nuit pour favoriser la ventilation naturelle. Pour ce bâtiment traversant et relativement bien orienté par rapport au vent, avec des volets roulants bien ajourés et les portes des intérieures ouvertes, nous avons retenu un débit de 3 vol/h dans les zones traversées par le courant d’air.

Simulations

Pour évaluer l'efficacité de ces propositions, nous nous donnons comme indicateur le nombre d’heures ouvrées pendant lesquelles la température de la pièce est supérieure à 28°C.

Les résultats de simulation sont présentés dans le tableau ci-dessous :

Hypothèse Nombre d'heures d'occupation à T > 28°CBase 410Débord de toit 304Porte 314Occultations 151Ventilation nat. 281Occult. Ventil. 71Occult. Ventil. Porte 29

Tableau 10: Nombre d'heures d'occupation en surchauffe pour chaque hypothèse


Illustration 12 : Emplacement de la porte à ajouter

L’impact du débord de toit est relativement limité car la salle de formation 3 a une exposition est importante. De plus, la période de surchauffe s’étend sur plusieurs mois, et supprimer une grande partie des apports solaires en mi-saison conduit à en perdre une partie importante pendant la saison de chauffe. Nous ne retenons pas cette solution.

L’ajout d’une porte entre la salle de formation 3 et le couloir permettrait d’évacuer la chaleur lorsque la température extérieure est trop élevée pour que l'ouverture des fenêtres soit suffisante. Compte tenu de son emplacement en bout de couloir et du faible passage dans le couloir, la gêne occasionnée serait très limitée.

En faisant l’hypothèse que cette porte reste ouverte 80% du temps, que les volets roulants sont fermés à 80% pendant la journée et qu’en dehors des heures d’ouverture, les volets roulants sont ajourés et les fenêtres ouvertes, la simulation prédit 29 h d’occupation dans l’année avec une température supérieure à 27 °C. A titre de comparaison, le niveau Très Performant de la cible correspondante (8.3.1) du référentiel HQE pour les bâtiments tertiaires de bureau et d’enseignement est de 40h pour cette zone climatique.

Nous conservons ces hypothèses, et nous étudions le confort dans l'ensemble du bâtiment.

Les températures dans les autres zones atteignent à difficilement 27 °C. La fermeture du bâtiment pendant cinq semaines en été contribue en effet naturellement à éviter les surchauffes.

L'observation des températures pendant la semaine la plus chaude fait apparaître des variations quotidiennes importantes. Ceci s’explique par la faible inertie du bâtiment, ainsi que par le fait que les gains solaires et la majeure partie des gains internes se manifestent en journée, tandis qu'ils sont combattus par la ventilation dont l'efficacité maximale en rafraîchissement est atteinte la nuit.


Graphique 4 : Nombre d'heures d'occupation en surchauffe pour chaque hypothèse

BaseDébord de toit

PorteOccultations

Ventilation nat.Occult. Ventil.

Occult. Ventil. Porte

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

Hypothèse

Du

rée

d'o

ccu

pa

tion

à T

> 2

8°C

(h

)

Les résultats sont consolidés par une étude de sensibilité aux paramètres. Les niveaux de confort atteints restent admissibles avec des hypothèses plus pessimistes concernant l'occupation, les puissances dissipées, la ventilation naturelle et l'utilisation des occultations.

Recommandations

Nous recommandons l'ajout d'une porte pour favoriser la circulation d'air entre la salle de formation 3 et le couloir dont la température est plus tempérée, ainsi que le choix de volets roulants très ajourés pour favoriser la ventilation naturelle. Et nous invitons le maître d'ouvrage à une utilisation pertinente des volets roulants et des ouvrants.

Si ces mesures s'avèrent insuffisantes, la ventilation naturelle pourra être complétée la nuit par la ventilation mécanique pour accélérer le refroidissement.

Nous proposons aussi la mise en place d'une attente permettant la pose ultérieure d'un puits provençal auquel serait reliée l'entrée de la VMC-DF.

Bilan

Cette étude de simulation thermique dynamique se distingue des autres études effectuées.

Elle est nécessairement singulière de par la nature du bâtiment : son fonctionnement (occupation, températures de consigne, puissances dissipées,...) lui est propre et nécessite d'établir des scénarios de fonctionnement « sur mesure ». Du fait de la complexité de la géométrie du bâtiment et des scénarios mis en oeuvre, cette étude m'a permis d'améliorer ma connaissance de Pleiades+Comfie et de participer à son évolution en notifiant l'équipe de développement de certains dysfonctionnements ou en proposant des améliorations.


Graphique 5 : Evolution des températures intérieures pendant la semaine la plus chaude

Cette étude est différente aussi par ses objectifs. Elle a été faite suffisamment tôt dans le déroulement du projet pour permettre la formulation de propositions de modification. En plus d'une évaluation du confort d'été, elle fournit une estimation des consommations énergétiques annuelles du bâtiment, utilisable pour le dimensionnement ou l'évaluation de la pertinence technico-économique des choix des équipements.

4 Équipements

Chauffage et ECS

Production

La chaudière choisie est une chaudière à granulés de bois de 20 kW avec alimentation par aspiration de la gamme Pellematic de Ökofen : la PES 20.

La consommation annuelle estimée est de 3 tonnes de granulés pour le chauffage. La consommation d'ECS étant très faible et en grande partie couverte par les panneaux solaires, il n'en est pas tenu compte, et on choisit un silo textile de 3 tonnes.

Les huit panneaux solaires ombrageant le parking sont des panneaux plans vitrés Wagner Solar Euro C20 AR.

Stockage

Le point central de l'installation est le ballon de stockage, un ballon Ökofen Pellaqua. Pour cette surface de capteurs, le fabricant recommande un volume de 1500 l.

Ce ballon est conçu spécifiquement pour les systèmes solaires combinés (SSC). L'ECS est produite instantanément grâce à un serpentin immergé dans le ballon. Le solaire est utilisé via un échangeur à plaques en inox couplé à une canne de stratification.

Le ballon est livré avec quatre blocs hydrauliques pré-montés : un raccordement pour la chaudière, un autre pour le circuit solaire, et deux départs de 12 kW pour des circuits de chauffage.

Il est de plus équipé d'un mitigeur thermostatique pour le circuit d'eau chaude.

Émission

Nous séparons le réseau de plancher chauffant en deux zones, nord et sud, chacune attribuée à un départ du ballon tampon. Une sonde de température extérieure permet de réguler les deux départs.

Distribution de l'eau chaude sanitaire

Le volume du réseau d'eau chaude impose un bouclage pour éviter le développement de légionnelles. La chute de température entre la sortie du mitigeur (60 °C) et le point de puisage le plus éloigné ne doit pas dépasser 5 °C.

Si Q est le débit de la boucle de recyclage et P la puissance perdue dans le réseau entre ces deux points, on peut écrire :

P=QρC p ΔT , soit Q=0,17 P pour ΔT=5° C

Le diamètre du tube d'eau chaude est inférieur à 20 mm et il est recouvert de plus de 30 mm d'isolant, soit une déperdition thermique linéique inférieure à 0,173 W/m.K. En majorant la


longueur du bras de réseau par 40 m, et la différence de température entre l'eau chaude et l'ambiance par 40 °C, on obtient :

P⩽277 W , soit Q⩽47 l /h

Un débit de 50 l/h est dont suffisant pour maintenir l'eau chaude à plus de 55 °C dans le réseau. Pour assurer ce débit, on choisit une pompe à haut rendement ECS Wilo-Stratos ECO-Z.

Afin de ne pas dégrader la stratification, le ballon est conçu de telle sorte que le retour du bouclage se fait par le même piquage que la sortie d'ECS : il est coaxial au départ d'eau chaude et se prolonge à l'intérieur d'une portion du serpentin pour réchauffer l'eau de retour avant de la libérer dans le sens du départ.

Schéma de principe

Le schéma de principe de l'installation est reproduit en page 40.



Illustration 13 : Schéma de principe chauffage et ECSSPECIMEN É

TUDE

Ventilation

La somme des débits de renouvellement d'air est de 1450 m3/h. La centrale de traitement d'air (CTA) fonctionne à plein régime en occupation et est à l'arrêt le reste du temps, sauf sur-ventilation nocturne éventuelle.

La CTA choisie est une France Air Power Box 95 V 1500 R AC BP. Elle dispose d'un échangeur à contre-flux et d'un by-pass.

Plans d'exécution

Le dimensionnement et les plans du plancher chauffant ont été réalisés avec le module Perrenoud U23WinG. Ce logiciel calcule les débits, les pertes de charges et les pas de pose, et il fournit une représentation graphique des circuits au format DXF qui peut être retravaillée et superposée aux plans d'architecte avec un logiciel de CAO.

Sur les plans de plomberie figurent les réseaux d'eau froide et d'eau chaude sanitaire, les points de puisage ainsi que les évacuations d'eaux usées.

Les plans de ventilation font apparaître les débits et les diamètres des gaines aérauliques.

L'ensemble des plans d'exécution figure dans les annexes 16 à 22, pages 59 à 65.

Bilan

Cette partie du projet s'est avérée enrichissante à de nombreux égards.

La conception du système solaire combiné est l'application concrète de nombreuses notions étudiées en cours. L'installation met en œuvre deux sources d'énergie renouvelables – bois et solaire – pour deux usages différents – chauffage et eau chaude sanitaire. La clé de son fonctionnement réside dans le ballon solaire, conçu pour maximiser la stratification. Un échange écrit avec le fabricant nous a permis de mieux comprendre son fonctionnement et de valider la conformité de sa mise en œuvre.

Le dimensionnement et le tracé des réseaux, outre qu'il oblige à s'intéresser aux détails de mode constructif et de géométrie du bâtiment, nécessite la prise en compte de normes et de documents techniques unifiés (DTU), aussi bien pour le chauffage et la plomberie que pour la ventilation. Ce sont autant de notions que j'ai du appréhender pour mettre au point les plans d'exécution.


Bilan du stageCe stage m'a offert une vision assez riche des activités de bureau d'étude en ingénierie du bâtiment. Les tâches qui m'ont été confiées font intervenir un panel important des connaissances universitaires, aussi bien en thermique et modélisation du bâtiment qu'en conception de systèmes énergétiquement efficaces.

Mon travail avec les thermiciens m'a permis d'acquérir des méthodes rigoureuses pour assurer la qualité des études thermiques, que j'ai mises en œuvre en construction neuve et en rénovation. J'ai aussi été confronté aux aspects « administratifs » des études thermiques : formalisation de rapports d'étude en vue de l'obtention de subventions, certificats d'économies d'énergie.

J'ai participé à l'élaboration de schémas de principe de chaufferies mettant en œuvre des énergies renouvelables, notamment l'énergie solaire. Le travail sur la chaufferie du bâtiment FORDOM a été particulièrement formateur du fait de la multiplicité des sources d'énergie utilisées et des usages, et de la spécificité de l'énergie solaire qui nécessite une mise en œuvre pensée pour optimiser la stratification dans le ballon.

Le développement d'un outil destiné à l'édition de rapports de bilan de consommation concrétise une particularité de mon profil. Le temps a manqué pour aller plus loin mais bien que la solution développée soit imparfaite, elle devrait être utilisable au moins en partie, et cette confrontation de la volonté à la réalité, même sur un projet modeste, était intéressante.

La partie la plus enrichissante de ce stage est le projet de construction du bâtiment FORDOM, pour lequel j'ai pu intervenir à presque tous les stades de la conception. Sa géométrie, son orientation et la qualité de son enveloppe lui permettent d'obtenir le label BBC-Effinergie. Et sa couverture en panneaux solaires photo-voltaïques en fait un bâtiment à énergie positive.

Le travail de STD sur ce bâtiment était intéressant à plusieurs titres. D'une part, il m'a permis d'améliorer ma maîtrise de P+C et il a nécessité une phase de recherche, de documentation et d'échange avec d'autres utilisateurs, dans le cadre de la modélisation de phénomènes physiques ou comportementaux. D'autre part, la simulation a été utilisée pour vérifier les déperditions du bâtiment et calculer ses consommations annuelles, ainsi que pour évaluer des propositions de modifications.

La partie « exécution » du projet m'a conduit à résoudre des problèmes pratiques de passages de réseaux et à prendre connaissance de nombreux documents : normes, DTU, méthodes de dimensionnement. Cette tâche s'est révélée bien plus intéressante et formatrice que je ne l'imaginais initialement.

Je regrette l'absence de suivi de chantier, mais les projets en cours ne s'y prêtaient pas, et j'ai pu visiter des chantiers à différentes phases de réalisation : avant, pendant, et à la fin de travaux, lors des tests d'étanchéité à l'air.

Parce que j'envisage de m'orienter vers un poste d'assistance à maîtrise d'ouvrage en qualité environnementale, et par goût pour la modélisation et ses outils, j'aurais apprécié de travailler dans un environnement de STD déjà en place, pour acquérir des méthodes, et sur des tâches telles que la définition de programmes HQE. Mais j'ai fait le choix d'effectuer ce stage de fin d'études dans une entreprise opérant en maîtrise d'œuvre en particulier pour combler les lacunes liées à mon absence de formation et d'expérience en génie civil, et de ce point de vue, l'expérience était riche en enseignements.


AnnexesAnnexe 1 - Résidence Berlioz – Bâtiment A – Rez-de-chaussée : Plan annoté.................................44Annexe 2 - Résidence Berlioz – Bâtiment A – R+1 : Plan annoté.....................................................45Annexe 3 - Résidence Berlioz – Bâtiment A – R+2 : Plan annoté.....................................................46Annexe 4 - Résidence Berlioz – Bâtiment A : Calcul........................................................................47Annexe 5 - Logements étudiants – Schéma de principe ....................................................................48Annexe 6 - Logement étudiants – Schéma ECS solaire.....................................................................49Annexe 7 - Brager : l'approche adaptative du confort........................................................................50Annexe 8 - Clos du Gô – Plan du logement collectif.........................................................................51Annexe 9 - Clos du Gô – Plans du logement individuel....................................................................52Annexe 10 - Logements collectifs Port Neuf – Plan du bâtiment......................................................53Annexe 11 - Logements collectifs Port Neuf – Plan du logement étudié...........................................54Annexe 12 - FORDOM – Plan de la parcelle.....................................................................................55Annexe 13 - FORDOM – Plan du Rez-de-chaussée..........................................................................56Annexe 14 - FORDOM – Plan de l'étage...........................................................................................57Annexe 15 - FORDOM – Coupe........................................................................................................58Annexe 16 - FORDOM – Plan de chauffage solaire / bois................................................................59Annexe 17 - FORDOM – Plan de plancher chauffant – Rez-de-chaussée.........................................60Annexe 18 - FORDOM – Plan de plancher chauffant – R+1.............................................................61Annexe 19 - FORDOM – Plan de plomberie – Rez-de-chaussée......................................................62Annexe 20 - FORDOM – Plan de plomberie – R+1..........................................................................63Annexe 21 - FORDOM – Plan de ventilation – Rez-de-chaussée.....................................................64Annexe 22 - FORDOM – Plan de ventilation – R+1.........................................................................65


Annexe 1 - Résidence Berlioz – Bâtiment A – Rez-de-chaussée : Plan annoté


Illustration 14 : Plan annoté du rez-de-chaussée du bâtiment A de la résidence BerliozSPECIMEN É

TUDE

Annexe 2 - Résidence Berlioz – Bâtiment A – R+1 : Plan annoté


Illustration 15 : Plan annoté du R+1 du bâtiment A de la résidence Berlioz

SPECIMEN É

TUDE

Annexe 3 - Résidence Berlioz – Bâtiment A – R+2 : Plan annoté


Illustration 16 : Plan annoté du R+2 du bâtiment A de la résidence BerliozSPECIMEN É

TUDE

Annexe 4 - Résidence Berlioz – Bâtiment A : Calcul

Détails Projet Référence Écart % État initial Écart %

Ubat du bâtiment 0,643 0,613 -4,90 1,613 60,14Coefficient Cep (kWhep/m2) 127,94 182,68 29,96 342,329 62,63

Chauffage

Électrique 62425,8 69976,52 10,79 160646,89 61,14Total énergie primaire (kWhep/m2) 101,11 113,34 10,79 260,2 61,14

RefroidissementECS

Électrique 9949,18 33994,55 70,73 41831,81 76,22Solaire 18815,44 0 0 0 0

Total énergie primaire (kWhep/m2) 16,11 55,06 70,73 67,75 76,22Éclairage

Électrique 4276,7 4183,71 -2,22 3835,9 -11,49Total énergie primaire (kWhep/m2) 6,93 6,78 -2,22 6,21 -11,49

AuxiliairesÉlectrique 588,71 0 0 0 0

Total énergie primaire (kWhep/m2) 0,95 0 0 0 0Ventilateurs 1752,0 4631,3 62,17 5041,38 65,25

Total énergie primaire (kWhep/m2) 2,84 7,5 62,17 8,17 65,25

Tableau 11 : Résultats du calcul RT Ex du bâtiment A de la résidence Berlioz


Annexe 5 - Logements étudiants – Schéma de principe


Illustration 17 : Schéma de principe de la chaufferie des 78 logements étudiants

SPECIMEN É

TUDE

Annexe 6 - Logement étudiants – Schéma ECS solaire


Illustration 18: Schéma de principe de la production solaire des 78 logements étudiants

SPECIMEN É

TUDE

Annexe 7 - Brager : l'approche adaptative du confortLa définition du taux d'inconfort utilisée par l'OPHCDA de La Rochelle et par les développeurs de Pleiades+Comfie est dérivée des travaux de G.S. Brager sur la notion de confort adaptatif. Cette approche du confort consiste à considérer que la température intérieure de confort dépend de la température extérieure : en période chaude, l'occupant accepte une température plus élevée qu'en période froide.

Dans ses travaux8, Brager définit la température opérative intérieure de confort Tcomf (en °C) par

T comf=0.31 T a ,out+17.8

où Ta,out est la moyenne des températures minimale et maximales quotidiennes du mois.

Puis, il définit une zone de confort de 5 °C de largeur (90% de satisfaits) et une zone de confort de 7 °C de largeur (80% de satisfaits) autour de cette température de confort.

Pour une température extérieure moyenne donnée, la température intérieure est jugée confortable si elle se situe entre les deux lignes noires.

La formulation choisie pour la rédaction de l'appel d'offre de l'OPHCDA est conforme à la méthode de calcul employée par P+C, et découle d'une interprétation des travaux de Brager qui est sujette à controverse.

En effet, Brager représente la température opérative intérieure en fonction d'une température extérieure moyennée dans le temps. Le fait d'utiliser en abscisse la température extérieure horaire modifie de façon importante l'indicateur.

Dans la pratique, un pic de température extérieure conduit alors à considérer un point comme extérieur à la zone de confort (Tint trop faible), alors que le fait de maintenir la température intérieure constante en dépit de ce pic est au contraire à mettre au crédit du bâtiment.

Cette fonctionnalité de P+C est discutée sur le forum des utilisateur9 mais sa refonte ne semble pas être une priorité pour l'équipe de développement. Pourtant, plus récemment, la notion de confort adaptatif a été formalisée dans la norme NF EN 1525110. Il est regrettable que les rédacteurs des appels d'offre se soient inspirés de l'outil plutôt que de la norme.

8 G.S. Brager, R. de Dear, « Climate, Comfort & Natural Ventilation : A new adaptive comfort standard for ASHRAE Standard 55 », 2001

9 Forum des utilisateurs de Pleiades+Comfie (http://www.izuba.fr/forum/viewtopic.php?f=10&t=642)10 « NF EN 15251 : Critères d'ambiance intérieure pour la conception et évaluation de la performance énergétique

des bâtiments couvrant la qualité de l'air intérieur, la thermique, l'éclairage et l'acoustique », août 2007


Graphique 6 : Zone de confort de 5 °C définie par Brager

-10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 4015

20

25

30

35

Ta,out

Tin

t

http://www.izuba.fr/forum/viewtopic.php?f=10&t=642

Annexe 8 - Clos du Gô – Plan du logement collectif


Illustration 19 : Clos du Gô - Plan du logement collectif étudié

SPECIMEN É

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Annexe 9 - Clos du Gô – Plans du logement individuel


Illustration 20: Clos du Gô - Plan du logement individuel étudié - Rez-de-chaussée

Illustration 21: Clos du Gô - Plan du logement individuel étudié - R+1

SPECIMEN É

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Annexe 10 - Logements collectifs Port Neuf – Plan du bâtiment


Illustration 22 : Emplacement du logement étudié sur le plan du dernier étage du bâtiment

SPECIMEN É

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Annexe 11 - Logements collectifs Port Neuf – Plan du logement étudié


Illustration 23 : Port neuf - Plan du logement étudié

SPECIMEN É

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Annexe 12 - FORDOM – Plan de la parcelle


Illustration 24 : FORDOM - Plan de la parcelleSPECIMEN É

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Annexe 13 - FORDOM – Plan du Rez-de-chaussée


Illustration 25 : FORDOM - Plan du Rez-de-chaussée

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Annexe 14 - FORDOM – Plan de l'étage


Illustration 26 : FORDOM - Plan de l'étageSPECIMEN É

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Annexe 15 - FORDOM – Coupe


Illustration 27: FORDOM - Coupe

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Annexe 16 - FORDOM – Plan de chauffage solaire / bois


Illustration 7: FORDOM - Plan de chauffage solaire / boisSPECIMEN É

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Annexe 17 - FORDOM – Plan de plancher chauffant – Rez-de-chaussée


Illustration 8: FORDOM - Plan de plancher chauffant - Rez-de-chausséeSPECIMEN É

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Annexe 18 - FORDOM – Plan de plancher chauffant – R+1


Illustration 9: FORDOM - Plan de plancher chauffant - R+1SPECIMEN É

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Annexe 19 - FORDOM – Plan de plomberie – Rez-de-chaussée


Illustration 10: FORDOM - Plan de plomberie - Rez-de-chaussée

SPECIMEN É

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Annexe 20 - FORDOM – Plan de plomberie – R+1


Illustration 11: FORDOM - Plan de plomberie - R+1

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Annexe 21 - FORDOM – Plan de ventilation – Rez-de-chaussée


Illustration 12: FORDOM - Plan de ventilation - Rez-de-chausséeSPECIMEN É

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Annexe 22 - FORDOM – Plan de ventilation – R+1


Illustration 13: FORDOM - Plan de ventilation - R+1SPECIMEN É

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Documents

Stage en entreprise Ingénierie Thermique et Fluides ...jeromelafrechoux.jolimont.fr/documents/Rapport_de_stage_M2_GI3ER... · Ce rapport présente le contenu des vingt-deux semaines