LYCEE JEAN PERRIN Saint Ouen l`Aumône (95)
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LYCEE JEAN PERRIN Saint Ouen l`Aumône (95)
LYCEE JEAN PERRIN Saint Ouen l’Aumône (95) PREDIAGNOSTIC ENERGETIQUE Description, analyse et recommandations Agence régionale de l’environnement et des nouvelles énergies Ile-de-France Sommaire 1. INTRODUCTION 3 2. CARACTERISTIQUES GENERALES DU SITE 3 2.1 Présentation du lycée 3 2.2 Fonctions et description des bâtiments 5 3. DESCRIPTION DES INSTALLATIONS THERMIQUES ET DES USAGES DE L’ELECTRICITE 11 3.1 Production de chaleur 11 3.2 Eau chaude sanitaire (ECS) et gaz de cuisine 12 3.3 Usages spécifiques et thermiques de l’électricité 13 4. 4.1 BILAN ET ANALYSE DES CONSOMMATIONS ET DES DEPENSES D’ENERGIE Répartition moyenne 17 17 4.2 Gaz naturel 4.2.1 Chauffage 4.2.2 ECS 4.2.3 Cuisine 19 20 22 22 4.3 Electricité 4.3.1 Analyse globale 4.3.2 Analyse par usage 23 23 27 5. RECOMMANDATIONS 31 6. BILAN ENVIRONNEMENTAL 34 Le diagnostic énergétique qui fait l’objet du présent rapport a été réalisé par Denis Chamonin, ingénieur énergie et environnement. Le diagnostic comme l’action de sensibilisation menée auprès du lycée Jean Perrin par l’agence locale de maîtrise de l’énergie de Saint Quentin en Yvelines ont été financés par l’Arene Ile de France en 2005. www.areneidf.org 1. INTRODUCTION Le présent diagnostic énergétique s’inscrit dans une démarche globale pédagogique et de sensibilisation auprès des élèves, des enseignants et des personnels du lycée technique Jean Perrin sur les thèmes de l’énergie et de l’environnement. Dans le cadre de cet objectif, les résultats du diagnostic seront présentés lors d’une semaine d’animation « énergie environnement » au sein de l’établissement, le but étant de permettre aux élèves, enseignants et personnels de connaître et d’adopter des gestes et comportements économes dans leur quotidien sur tous leurs usages de l’énergie (activité, habitat, vie sociale et transport). Les animations (conférences, expositions…) seront mises en œuvre par l’agence locale de maîtrise de l’énergie de Saint Quentin en Yvelines. 2. CARACTERISTIQUES GENERALES DU SITE 2.1 Présentation du lycée Le lycée professionnel Jean Perrin a été construit en 1972. Il a pour vocation l’enseignement de l’électronique et de l’électromécanique au niveau des BEP, baccalauréat, BTS et préparation ingénieur. Ses structures, réalisées avant le premier choc pétrolier, sans norme thermique et chauffées au fioul, étaient constituées à l’époque de cinq bâtiments (nommés A, B, C, D, F). Depuis deux autres bâtiments ont été implantés sur le site, le bâtiment E en 1989 et le bâtiment G en 1994. C’est cette année là que l’ensemble du site fut rénové thermiquement; cela a concerné les principaux points suivants : - Isolation des enveloppes Mise en place d’huisseries en PVC équipées de double vitrage Rénovation de la chaufferie centrale et des sous stations Passage au gaz naturel Installation d’une GTC Rénovation des éclairages d’intérieur A cela se sont ajoutés des travaux de mise en conformité par rapport aux règles de sécurité propres aux établissements scolaires. L’emprise au sol des sept bâtiments est de 10 921 m² avec une surface chauffée totale de 14 564 m². Treize logements de fonction sont implantés sur trois étages du bâtiment administratif. Ces logements ont leur propre système de chauffage et compteurs d’électricité. La consommation énergétique des logements n’est donc pas prise en compte dans l’étude. Deux énergies sont utilisées sur le site : - Le gaz naturel pour les besoins thermiques (chauffage, eau chaude sanitaire et cuisson) L’électricité pour ses usages spécifiques (force motrice, éclairage, bureautique, électroménager…). Il n’y a pas d’usage thermique de l’électricité 3 Actuellement la composition de la communauté du lycée est la suivante : - Elèves Professeurs Surveillants Agents de laboratoire Personnels périscolaires Agents d’entretien et ouvriers Agents de cuisine Administratifs 1 017 (2004/2005) 119 10 7 5 19 5 12 L’ensemble de cette communauté de 1 194 personnes est présent sur le site pendant les périodes scolaires. La vie quotidienne du lycée commence à 6 heures 30 avec le début du travail des personnels de nettoyage pour se terminer vers 21 heures par ce même personnel. Les personnels d’entretien technique, périscolaire, administratif, enseignant et les élèves occupent le site de 8 h 30 à 18 h 30 en moyenne. Dans la suite de l’étude les différents ratios de consommation et dépense sont calculés sur la base d’une surface de 14 564 m² et de 1 017 élèves. Soit une surface disponible par élève de : 14,3 m²/élève A titre de comparaison il est donné dans le tableau ci-dessous les ratios pour quatre lycées techniques et professionnels ayant fait l’objet d’un bilan énergie en 2000. Lycée Jean Perrin (St Ouen l'Aumone) Diderot (Paris) Louis Jouvet (Taverny) Antonin Carème (Savigny le Temple) Maupassant (Colombes) Moyenne Surface Nbr. d'élèves Ratio 14564m² 1017 14,3m²/élève 17765m² 980 18,1m²/élève 12669m² 1204 10,5m²/élève 7660m² 640 12,0m²/élève 16585m² 1080 15,4m²/élève 14,1m²/élève 4 2.2 Fonctions et description des bâtiments Chaque bâtiment a fait l’objet d’une visite technique détaillée avec interview des enseignants et des personnels sur les fonctions et la vie des différents espaces. Plan masse • Bâtiment A : Mécanique et sciences expérimentales Ce bâtiment est constitué de trois volumes : un rez-de-chaussée avec deux étages comprenant des salles de cours, un rez-de-chaussée avec trois étages comprenant un préau et des salles de cours (23 salles de cours et de laboratoires [électricité, chimie, physique…] au total pour ces deux espaces) et, attenant au bâtiment en rez-de-chaussée, un espace comprenant trois ateliers de mécanique, cinq salles de cours techniques et une salle de dessin industriel. 5 Espace atelier Cet espace ajouté au bâtiment en 1992 possède une esthétique architecturale particulièrement réussie, avec une pénétration forte de l’éclairage naturel par des dômes semi-circulaires en polycarbonate sur les circulations et de nombreux skydom en terrasse au dessus des ateliers. Néanmoins ce concept architectural engendre par déperdition thermique des parois non opaques un fort inconfort d’hiver, avec des températures intérieures en dessous de 15°C par grand froid et un inconfort d’été par la pénétration importante des apports solaires par les dômes et skydoms. Circulation des salles de cours Lors de la visite technique il a été noté que de nombreuses circulations restaient allumées en absence d’élèves alors que l’éclairage naturel est suffisant. 6 • Bâtiment B : CDI et Média pole Ce bâtiment a deux fonctions, un média pole au 1er étage qui est un espace de plusieurs salles (cours, réunion, administration et informatique) qui sert pour les formations des enseignants du département et au rez-de-chaussée un centre de documentation et d’information pour les élèves du lycée. Les espaces et salles au nord doivent être éclairées en permanence pendant la présence d’usagers. La salle informatique de la média pole est ouverte sur le sud ce qui implique, pour des conforts d’usage sur écran, l’occultation des parois vitrées par des rideaux et donc un éclairage artificiel permanent. Ceci est un exemple de non prise en considération de l’aménagement des espaces en fonction des contraintes d’utilisation. Il aurait été préférable d’implanter cette salle informatique au nord. • Bâtiment C : Accueil, administration et logements de fonction 7 Les services de l’administration du lycée et l’espace accueil sont situés au rez-dechaussée. Les trois étages comprennent treize logements de fonction. Ces logements possèdent leur propre compteur gaz et électricité, ils ne sont donc pas pris en compte dans le bilan énergie du lycée. • Bâtiment D : Restauration scolaire Le bâtiment de restauration est structuré autour d’un patio central recouvert d’une verrière (Cf. photo en page de couverture). Le rez-de-chaussée comporte une salle foyer, un espace de détente autour du patio avec des distributeurs de boissons et des salles d’activités parascolaires (maquettisme, échecs…). Ces espaces sont en libre circulation et utilisation pour les élèves. Le premier étage comprend deux salles de restauration élèves (474 places), deux salles de restauration pour le personnel et une cuisine centrale. La cuisine est en ligne chaude, c'est-à-dire que les repas sont préparés sur place. Le nombre de repas préparés et servis est en moyenne de 167 000 sur l’année civile soit environ 950 repas par jour ouvré du lundi au vendredi. L’activité de ce bâtiment est étalée de 6 h30 à 14 h 30. Le fonctionnement des fours de cuisson se situe vers 9 heures jusqu'à 13 h 30. Les chambres froides positives sont hors service pendant l’ensemble des périodes de vacances et les chambres froides négatives seulement pendant les vacances d’été. L’ensemble des équipements électroménagers est des années 1980 et début 1990. Salles de restauration 8 Pendant la visite technique, après le service, l’éclairage des deux salles de restauration et les circulations étaient en fonction. • Bâtiment E : Electronique Ce bâtiment constitué d’un rez-de-chaussée et d’un étage possède en son centre un hall monumental ouvert sur toute la hauteur. Il accueille principalement neuf salles de travaux pratiques en électronique. Chaque salle comporte en moyenne sept postes de travail équipés d’environ cinq appareils de mesures (oscilloscope, fréquencemètre, générateur de tension…) dont la puissance unitaire est de l’ordre de 75 Watts. Les salles sont très utilisées, 35 heures en moyenne par semaine. Du fait de la spécificité des manipulations électroniques, l’éclairage artificiel des salles est nécessaire. • Bâtiment F : Enseignement général Ce bâtiment, de deux étages sur rez-de-chaussée, ne comprend que des salles de cours d’enseignement général. Au sous-sol des salles aveugles ont été équipées mais elles sont très peu utilisées. 9 • Bâtiment G : Electrotechnique Bâtiment d’un étage sur rez-de-chaussée avec un entresol. L’entrée du bâtiment est constituée d’un hall monumental vitré sur toute sa hauteur en orientation Est et Ouest; de plus le plafond est équipé de skydom. La luminosité naturelle est très bonne mais là aussi la problématique thermique n’est pas prise en compte dans l’architecture d’autant plus que ce hall de circulation est chauffé. Au total ce bâtiment abrite vingt deux salles de cours et de manipulations électrotechniques, plus quelques bureaux et une salle pour les professeurs. Salle des bancs moteurs En première remarque, après la visite des espaces et interview des usagers, il a été constaté que certains bâtiments, du fait de leur conception architecturale, engendrent des inconforts d’hiver et d’été et qu’en règle générale les comportements sont peu économes : non fermeture des portes en période de chauffe et surtout un maintien inutile de l’éclairage dans les circulations et salles d’enseignement. 10 3. DESCRIPTION DES INSTALLATIONS THERMIQUES ET DES USAGES DE L’ELECTRICITE 3.1 Production de chaleur Le chauffage du lycée (hormis le bâtiment E) est assuré par une chaufferie centrale située en sous sol du bâtiment D et distribue la chaleur par un réseau alimentant cinq sous stations. Le synoptique de l’installation est le suivant : Chaufferie centrale Bâtiment D Sous station bâtiment A Chaufferie du bâtiment E Sous station bâtiment B Sous station bâtiment C Sous station bâtiment D et F Sous station bâtiment G Chaufferie Centrale La chaufferie centrale, qui assure aussi la production d’eau chaude sanitaire, est équipée de deux chaudières, non mises en cascade, de 1 350 kW et 1 120 kW. En règle générale une seule chaudière est en fonctionnement pour satisfaire les besoins de chauffage, l’autre est isolée manuellement. 11 Sous station des bâtiments D et F L’ensemble des installations thermiques est dans un état de maintenance et d’entretien n’appelant aucune remarque, d’autant plus que les équipements de base ont maintenant quinze ans de vie et que les systèmes de régulation et de commande datent des années 1980. L’exploitation de chauffage est assurée par la société MIEGE exploitation chauffage S.A.S. dont le siège social est à Garges les Gonesse au 39 boulevard de la muette dans le val d’Oise. Le marché passé est de type F.T.I (Forfait – Température – Intéressement) pour le poste P1 (fourniture du combustible) et de type PF (forfaitaire) pour le poste P2 (conduite et maintenance). Les caractéristiques de puissance (pompes et moteurs) de l’ensemble des appareillages électriques, équipant la chaufferie centrale, la chaufferie du bâtiment E et les sous stations ont été relevées sur les plaques signalétiques des équipements ou estimées en l’absence de ces plaques. Sur ces bases de connaissance, la puissance installée de ces équipements a été estimée à 42 kW.1. Le lycée ne possède pas d’espaces chauffés électriquement. 3.2 Eau chaude sanitaire (ECS) et gaz de cuisine L’eau chaude sanitaire (ECS), principalement pour la cuisine est produite par la chaufferie centrale avec un ballon tampon d’un volume de 3 000 litres. Afin de déterminer les consommations de chauffage un compteur volumétrique divisionnaire à été installé, Il est relevé par l’exploitant chaque semaine. Les besoins en ECS pour les autres espaces du lycée (locaux des agents d’entretien uniquement) sont assurés par un cumulus électrique. Un local est généralement situé au niveau de chaque étage de bâtiment et est équipé d’un cumulus de 50 litres qui fonctionne en heures pleines et creuses et reste alimenté pendant les périodes de vacances scolaires. 1 Il est à noter qu’il avait été demandé début mai à la société d’exploitation de chauffage de communiquer le recensement technique des équipements. Ce recensement n’a pas été communiqué en date du 20 août 2005. 12 La cuisine du restaurant possède son propre compteur et abonnement (il est lui aussi relevé chaque semaine par l’exploitant). Il est à noter que la maintenance et l’entretien des appareils en cuisine sont assurés par la société CISE située 1 rue Lavoisier à Guyancourt dans les Yvelines qui n’a pas communiqué, comme il le lui avait été demandé, les caractéristiques électriques des appareils en cuisine ; elles ont donc été relevées à partir des plaques signalétiques, ou mesurées, ou estimées. 3.3 Usages spécifiques et thermiques de l’électricité On appelle usages spécifiques de l’électricité tous les usages qui ne peuvent pas rationnellement être satisfait par une autre source d’énergie que l’électricité. Il s’agi par exemple de l’éclairage, de la force motrice, de la réfrigération des aliments, etc. Pour le lycée, la famille des usages spécifiques ont été répertorié en neuf besoins qui sont : - Eclairage Production de froid alimentaire Electroménager et cuisson Force motrice Bureautique, informatique et appareils de mesures Ventilation Le recensement des matériels et appareillages avec leurs puissances est donné dans les tableaux ci-après. Lycée Jean Perrin ECLAIRAGE incandescent préau fluo circulations fluo salles de cours fluo espace attelier fluo dessin ind. fluo salle de manip. allogène hall allogène circulations fluo salles allogène salles annexes EAU CHAUDE Cumulus 50 litres Bât A et G Pu normal Pu veille Nb. 99376 W 0W 1077 45 W 92 W 92 W 92 W 92 W 92 W 100 W 100 W 92 W 100 W 12 78 348 154 24 108 28 70 246 9 Pu normal Pu veille Nb. 5400 W 0W 9 600 W 9 13 Lycée Jean Perrin ECLAIRAGE fluo circulation fluo salle média fluo salle info fluo bureau fluo CDI fluo salles LBC circulation EAU CHAUDE Cumulus 50 litres Lycée Jean Perrin ECLAIRAGE fluo circulation fluo accueil fluo salle de réunion fluo sale de ropro fluo bureau fluo dir. allogène BT hall Bornes piétonnes projecteur allogène Projecteur fluo EAU CHAUDE cumulus Lycée jean Perrin ECLAIRAGE Fluo patio LBC patio allogène patio fluo circulation fluo cuisine Fluo restaurant LBC restaurant fluo restaurant prof fluo foyer allogène foyer fluo salles fluo attelier Bât B CDI médiapole Pu normal Pu veille Nb. 10212 W 0W 123 92 W 92 W 92 W 92 W 92 W 92 W 23 W 6 37 18 3 26 17 16 Pu normal Pu veille Nb. 1200 W 0W 2 600 W 2 Bât C Adm. + ecl.Ext. Pu normal Pu veille Nb. 14908 W 0W 122 92 W 92 W 92 W 92 W 92 W 92 W 50 W 160 W 250 W 150 W 20 3 4 2 13 12 20 24 15 9 Pu normal Pu veille Nb. 600 W 0W 1 600 W 1 Bât D restauration Pu normal Pu veille Nb. 15574 W 0W 203 92 W 23 W 150 W 92 W 92 W 92 W 23 W 92 W 92 W 50 W 92 W 46 W 15 22 4 12 13 48 16 16 17 6 24 10 14 ELECTROMENAGERS Chauffe assiettes Appareilles électro Friteuse Lave vaisselle Lave plateau Fours FROID table froide armoire + armoire congélateur Lycée Jean Perrin ECLAIRAGE LBC hall fluo salles manip. fluo labo. Atteliers EAU CHAUDE cumulus BUREAUTIQUE appareilles de mesures Lycée Jean Perrin ECLAIRAGE LBC hall fluo circulation rdc fluo salles rdc fluo entre sol fluo circulation étage fluo salles étage EAU CHAUDE cumulus FORCE MOTRICE Bancs moteurs Pu normal Pu veille Nb. 125800 W 0W 16 1500 W 800 W 5000 W 25000 W 2500 W 24000 W 1 6 4 1 1 3 Pu normal Pu veille Nb. 13420 W 0W 13 2000 W 85 W 1200 W 150 W 4 2 4 3 Bât E électronique Pu normal Pu veille Nb. 11707 W 0W 155 23 W 92 W 92 W 37 108 10 Pu normal Pu veille Nb. 1200 W 0W 2 Pu normal Pu veille Nb. 28350 W 0W 378 600 W 2 75 W 378 Bât F enseignement Pu normal Pu veille Nb. 25576 W 0W 287 23 W 92 W 92 W 92 W 92 W 92 W 12 32 36 55 26 126 Pu normal Pu veille Nb. 1800 W 0W 3 600 W 3 Pu normal Pu veille Nb. 3000 W 0W 6 500 W 6 15 A ce recensement par espace, il faut ajouter la puissance des appareillages électriques en chaufferies et sous stations qui est de 42 kW, la puissance installée du parc informatique et bureautique qui est estimée à 75 kW sur la base de 524 ordinateurs et 117 imprimantes plus les usages divers (moteurs de traitement d’air, équipements audio visuel…) estimés à 15 kW. Au total la puissance brute installée au lycée est de 620 kW ce qui donne pour une puissance souscrite de 300 kW un coefficient de foisonnement de 48 %. Ce coefficient exprime qu’en moyennes seules 48 % des appareillages et équipements électriques fonctionnent en même temps. Cette valeur est satisfaisante pour un lycée et montre que la puissance souscrite est bien adaptée aux usages. La répartition des puissances installées par usage spécifique et l’usage thermique pour la production d’ECS est présentée dans le graphe suivant. Répartition des puissances par usage FORCE MOTRICE 28 % (176 kW) ECLAIRAGE 29 % (177 kW) VENTILATION, DIVERS 2 % (15 kW) EAU CHAUDE 2 % (10,2 kW) FROID 2 % (13,4 kW) ELECTROMENAGERS 20 % (126 kW) BUREAUTIQUE et APP. Mesure 17 % (103 kW) Les deux usages qui engendrent plus de la moitié de la puissance installée sont la force motrice et l’éclairage. La puissance de l’usage force motrice, essentiellement composée par le parc machines du lycée ne peut être diminuée. Par contre l’usage éclairage (près de 2 000 points lumineux recensés équipés de lampes à décharge avec ballasts ferromagnétiques), peut par changement de technologie représenter un important gisement de diminution de puissance installée. D’autres gains substantiels peuvent aussi être obtenus sur les usages du froid et informatique (Cf. proposition au chapitre 5). 16 4. BILAN ET ANALYSE DES CONSOMMATIONS ET DES DEPENSES D’ENERGIE Les bilans présentés dans ce chapitre sont issus des factures émises par les fournisseurs d’énergie. EDF pour l’électricité, à partir des factures mensuelles concernant les années civiles 2002, 2003 et 2004 et la société MIEGE pour le Gaz naturel, à partir des récapitulatifs annuels du P1 concernant les saisons de chauffe 2001/2002, 2002/2003 et 2003/2004. Les saisons de chauffe correspondent à la période annuelle comprise entre le 1er juillet et le 30 juin. 4.1 Répartition moyenne Les périodicités de facturation étant différentes entre l’électricité et le gaz, il est présenté dans ce chapitre un premier bilan général correspondant à la moyenne des consommations et des dépenses sur trois ans. Ce bilan moyen est présenté dans les graphes ci-après : Consommation moyenne annuelle par énergie 2 074 MWh 75% Gaz Electricité 684 MWh 25% Total :2 758 MWh 17 Dépense moyenne annuelle par énergie 55 740 € 45% Gaz Electricité 67 910 € 55% Total : 125 645 € Si, en terme de consommation, l’énergie gaz est prédominante avec en moyenne annuelle 75 % des besoins, par contre en terme de dépense, l’électricité représente une part importante avec 45 % de la facture énergétique. Cette dépense d’électricité est d’autant plus importante que son utilisation ne concerne que des usages spécifiques, hormis une puissance installée de 10 kW pour les cumulus électriques). L’analyse du PI gaz, qui fait ressortir les consommations liées à la production d’ECS pour la restauration et des consommations de gaz pour les usages en cuisine du restaurant scolaire, permet d’établir le bilan des dépenses moyennes par famille d’usage comme le montre le graphe suivant : Dépense moyenne annuelle par famille d’usage 1 460 € 1% 1 360 € 1% Usages de l'électricité 55 740 € 45% Chauffage ECS gaz Cuisine 65 092 € 53% 18 A partir de ce premier bilan général les principaux ratios financier et énergétique, toutes énergies confondues, sont les suivants : Consommation annuelle = 189 kWh/m² Consommation annuelle = 2 712 kWh/élève Dépense annuelle = 8,6 €/m² Dépense annuelle = 124 €/élève Coût du gaz = 3,28 ct TTC/kWh Coût de l’électricité = 8,15 ct TTC/kWh A ce jour il n’y a pas de base de données exploitable sur les consommations et les dépenses d’énergie des lycées en Ile de France, il n’est donc pas possible de réaliser une analyse comparative avec d’autres lycées. De plus les lycées ont des thèmes d’enseignement différents, donc des parcs d’équipements variés et des concepts architecturaux non uniformes. A titre indicatif il est présenté ci-dessous une comparaison avec certains ratios calculés sur trois lycées en Ile de France. Lycée Jean Perrin (St Ouen l'Aumone) Diderot (Paris) Antonin Carème (Savigny le Temple) Maupassant (Colombes) Moyenne Surface Nbr. d'élèves Conso. totale Ratio 1 Ratio 2 14564m² 1017 2758000kWh 189kWh/m² 2712kWh/élève 17765m² 980 3266185kWh 184kWh/m² 3333kWh/élève 7660m² 640 1529375kWh 200kWh/m² 2390kWh/élève 16585m² 1080 2310560kWh 139kWh/m² 2139kWh/élève 178kWh/m² 2643kWh/m² On constate que les ratios du lycée Jean Perrin ne s’écartent pas des trois autres lycées. Des ratios stables disponibles concernant les équipements scolaires sont ceux de l’enquête « Energie et patrimoine communal » réalisée tous les cinq ans par l’Agence de l’environnement et de la maîtrise de l’énergie (ADEME). Cette enquête donne pour les groupes scolaires primaires des ratios annuels de 147kWh/m² et 7 €/m². 4.2 Gaz naturel Les factures de gaz sont directement payées par la société MIEGE et refacturées au lycée dans le cadre de son contrat P1. Les consommations et les dépenses de gaz pour la production d’ECS sont calculées à partir du relevé d’un compteur de débit sur le départ du circuit de distribution. L’alimentation en gaz de la cuisine possède son propre compteur. 19 4.2.1 Chauffage Dans le contrat P1 la saison de chauffe contractuelle est de 220 jours de chauffage par an. L’analyse, des récapitulatifs arrêtés au 30 juin de chaque année, donne les évolutions des consommations et des dépenses suivantes : Evolution des consommations de chauffage (MWh) 2 500 - 5,7 % + 3,6 % 2 043 1926 1995 Saison01/02 Saison 02/03 Saison 03/04 2 000 1 500 1 000 500 0 Ce bilan annuel pourrait être affiné si les consommations mensuelles étaient communiquées (Cf. proposition au chapitre 5). On constate que le niveau de consommation est consommations de chauffage est directement liée l’autre. Cette rigueur hivernale est calculée par la Unifié (DJU). Pour la station météo de référence analysée sont donnés dans le graphe ci-après : relativement stable. L’évolution des à la rigueur hivernale d’une saison à météo et est exprimée en Degré Jour du site (Orly) les DJU sur la période 20 Evolution de la rigueur climatique en DJU 2 500 + 0,9 % + 4,7 % 2 000 1 500 1 000 2 148 2 169 2 272 Saison01/02 Saison 02/03 Saison 03/04 500 0 Il est à noter que depuis plus d’une décennie les rigueurs hivernales sont particulièrement clémentes en Ile de France. En effet, la rigueur climatique moyenne dite trentenaire (1950/1980) est de 2 449 DJU soit supérieur de 11 % par rapport à la moyenne des trois saisons étudiées. En terme de dépense les évolutions sont les suivantes : Evolution des dépenses de chauffage (€ TTC) 70 000 - 2,5 % - 0,2 % 60 000 50 000 40 000 30 000 66 230 64 590 64 456 Saison01/02 Saison 02/03 Saison 03/04 20 000 10 000 0 La stabilité des dépenses est liée en partie à de faible variations du prix du gaz. Il est néanmoins important d’attirer l’attention du gestionnaire sur cette situation qui évolue du fait de la forte hausse des prix du pétrole. Pour l’année 2005 les prix du gaz vont augmenter de près de 10 %. L’augmentation permanente de la demande de pétrole au niveau mondial devrait maintenir durablement à un fort niveau le coût des produits 21 pétroliers (67 dollars le baril en août 2005) et par conséquence le gaz naturel qui est indexé sur le cours du pétrole. De ce fait, les économies d’énergie sont, sur le seul aspect financier, de nouveau d’actualité (Cf. proposition au chapitre 5). 4.2.2 ECS Le coût moyen annuel de la production d’ECS (restauration et besoin des locaux d’entretien) est de 2 235 € (1 360 € facturé pour la cuisine et 875 € calculé pour les cumulus électriques). La société d’exploitation de chauffage effectue hebdomadairement un relevé de la consommation de l’ECS pour la cuisine. La transmission de ce relevé sur un an permettrait de calculer la rentabilité d’une installation de production d’ECS à partir de capteurs solaires plans. 4.2.3 Cuisine Le gaz consommé par les appareils en cuisine est négligeable, 1 % de la dépense énergétique. En moyenne sur 3 ans cette dépense est de 1 360 € par an. Si l’on intègre la dépense d’électricité liée au fonctionnement des appareils électroménagers, qui a été calculée à 3 560 € plus l’ECS le coût énergétique de la préparation d’un repas, sur la base de 167 000 repas par an, est donc de 3 ct . 22 4.3 Electricité 4.3.1 Analyse globale L’analyse a été réalisée sur trois années civiles à partir des facturations mensuelles établies par EDF. Les évolutions globales annuelles sont présentées dans les graphes cidessous : Evolution des consommations d’électricité (MWh) 800 + 0,2 % + 0,4 % 682,5 684 686,9 2002 2003 2004 700 600 500 400 300 200 100 0 Evolution des dépenses d’électricité (euros) 70 000 + 2,2 % +5% 55 650 54408 57151 2002 2003 2004 60 000 50 000 40 000 30 000 20 000 10 000 0 La consommation d’électricité montre une stabilité sur les trois années étudiées. Ce point est positif à la fois pour le gestionnaire financier et aussi en terme de maîtrise de la 23 consommation. Néanmoins la dépense liée aux usages de l’électricité a augmenté de 3 % entre 2002 et 2003. Cette augmentation est liée au prix de l’énergie électrique, qui après une stabilisation des coûts dans la fin des années 90, progresse régulièrement chaque année. En 2004 le coût moyen TTC du kWh consommé a été de 8,32 centimes. L’importance des dépenses d’électricité doit inciter le gestionnaire à agir sur ce poste de consommation tout autant que sur le poste chauffage, d’autant plus que les actions sur la diminution des consommations d’électricité reposent en grande partie sur des modifications de comportement. Ces actions peuvent être mises en œuvre par des moyens de communication et de sensibilisation (Cf. propositions au chapitre 5). Pour compléter ce bilan global il a été réalisé une analyse mensuelle des consommations d’électricité en fonction des périodes de facturation horosaisonière. Cette analyse concerne l’année 2002 car en 2003 et 2004, EDF a sur certaines périodes fait des relevés de comptage englobant deux mois de consommation ce qui ne permet pas un suivi rationnel. Ce point est abordé dans les propositions de gestion énergétique au chapitre 5. Pour le tarif vert A5 moyenne utilisation du lycée, les coûts des kilowattheures consommés, en fonction des périodes horosaisonières, sont présentés dans le tableau ciaprès : Définition et coût du kWh des tranches tarifaires EDF pour le tarif vert A5 moyenne utilisation (cas général et prix HT 2004) • Heures pointe hiver (Décembre, janvier et février) – De 9h à 11h et de 18h à 20h (5h/jour) – 13,56 ct le kWh • Heures pleines hiver (de novembre à mars) – De 6h à 9h, de 11h à 18h et de 20h à 22h (12h/jour) – 6,83 ct le kWh • Heures creuses hiver (de novembre à mars) – De 22h à 6h (8h/jour) – 4,28 ct le kWh • Heures pleines été (d’avril à octobre) – De 6h à 22h (16h/jour) – 2,72 ct le kWh • Heures creuses été (d’avril à octobre) – De 22h à 6h (8h/jour) – 1,79 ct le kWh 24 L’évolution des consommations mensuelles pour l’année 2002 est la suivante : Evolution des consommations d’électricité par tranche horosaisonière Lycée J. Perrin EDF2002 kWh 100000 80000 60000 HCE 40000 20000 HCH HPE HPH nov déc oct août sep juin juil avr mai mars jan fév 0 P Cette analyse mensuelle met en évidence la consommation en fonction de l’occupation du lycée (jour/nuit et période de vacances). Cette analyse pourrait être affinée par un relevé hebdomadaire du compteur EDF. La consommation et la dépense par période horosaisonière sont représentées dans les graphes ci-après : Répartition moyenne annuelle des consommations par tranche tarifaire 39,3 MWh 6% 95,8 MWh 14% 220,2 MWh 32% PH HPH HCP HPE HCE 243,8 MWh 36% 85,4 MWh 12% 25 A la lecture de ce graphe on constate, évidemment, que c’est en périodes d’activités de jour que la consommation principale a lieu. Mais on constate aussi, qu’en période de non activité du lycée (heures creuses d’hiver et d’été entre 22 h et 6 h) il y a une consommation d’électricité non négligeable qui est de l’ordre de 12 à 14 %. Répartition moyenne annuelle des dépenses par tranche tarifaire (€ HT) [hors abonnement et taxes] 1 710 € 5% 5 330 € 16% 6 650 € 21% HP HPH HCH HPE HCE 3 660 € 11% 15 040 € 47% En terme de coût on constate aussi que ce sont les kWh consommés en heures d’hiver et particulièrement en pointe qui structurent la facture d’électricité (6 % de la consommation en pointe hiver représentent 16 % de la dépense annuelle). C’est principalement sur ce constat qu’il doit être proposé des actions de maîtrise de la demande d’électricité. La composition de la facture d’électricité, à la différence de celle du gaz naturel, comporte un élément essentiel qui est le coût de l’abonnement. Ce coût est lié au niveau de la puissance souscrite. La décomposition par poste est la suivante : 26 Répartition moyenne annuelle des dépenses d’électricité par poste tarifaire Taxes et divers 12 327 € 22% Consommation 32 385 € 58% Abonnement 11 028 € 20% L’abonnement du lycée qui est de 300 kW représente une dépense annuelle de 11 028 € TTC soit 20 % du montant de la facture d’électricité. La mise en fonction d’appareillages électriques performants, tels que les nouveaux systèmes d’éclairage à faible puissance, permettrait de diminuer la puissance souscrite, donc la dépense, tout en diminuant les consommations pour un même service rendu. En ce qui concerne l’énergie réactive facturée, l’analyse des factures sur trois ans donne une dépense moyenne sur ce poste de 590 € HT par an soit, soit 1 % environ de la dépense total. Cette faible valeur montre qu’il n’est pas utile d’agir sur ce poste. 4.3.2 Analyse par usage Un des problèmes de fond avec le vecteur électrique c’est qu’il n’y a, en règle générale, qu’un point de comptage pour l’ensemble des usages. De ce fait on ne connaît ni les consommations, ni les dépenses par usage. La mise en place d’instruments de mesures ou de compteurs divisionnaires peut lever le problème mais engage des temps de travail et d’investissements importants. A partir du relevé des puissances des équipements consommateurs d’électricité et les estimations de leurs durées d’usage, il est possible de reconstituer la consommation globale par usage et espace, de déterminer le coût de chaque usage et calculer la courbe de charge type moyenne. L’analyse par usage présentée dans ce chapitre a été réalisée avec le logiciel « US élec » spécialement développé pour ce type d’application2. Le logiciel USélec permet de saisir les données de facturation d’EDF (coût et consommation), les puissances des appareils et équipements consommant de l’électricité à partir du recensement technique et les durées d’usages obtenus à partir d’interview 2 Le logiciel « US élec » a été développé par Jean Pierre Moya (consultant énergie) et Denis Chamonin 27 auprès des usagers (enseignants, élèves, agents d’entretien, personnels administratifs, agents de restauration). A partir de ces saisies physiques (exactes) et subjectives (donc entachées d’imprécision) le logiciel USélec permet d’évaluer les consommations et les dépenses d’électricité par usage et de reconstituer la courbe de charge d’appel de puissance pour une journée moyenne en forte demande d’électricité. Il permet aussi de calculer une simulation mensuelle des consommations et de comparer cette simulation avec les relevés mensuels d’EDF. La reconstitution de la courbe de charge est la suivante : 350 kW Courbe de charge type puissance souscrite 300 kW Total 250 kW Bât A et G Bât D 200 kW 150 kW Chaufferie et divers Bureautique,Informatique 100 kW Bât E Bât C Bât B Bât F 50 kW 0 kW 00:00 01:00 02:00 03:00 04:00 05:00 06:00 07:00 08:00 09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 00:00 Cette reconstitution est conforme à la vie d’un lycée technique ayant une forte activité de salles de manipulation électronique et électrotechnique et un service de restauration important. La pointe d’appel en heures pleines d’hiver de 323 kW est conforme à celle relevée au compteur par EDF qui est de 317 kW. En ce qui concerne la puissance appelée permanente en heures creuses de nuit, l’écart entre la simulation (43 kW) et la valeur moyenne relevée par EDF (73 kW) est importante. Cela signifie que des équipements restent en service (lampes, appareils, ordinateurs…) au-delà des temps normaux de fonctionnement. A titre d’exemple, lors d’une visite technique en fin de journée les ordinateurs d’une salle sans activité étaient sous tension, on peut supposer qu’ils sont restés ainsi toute la nuit. La simulation est réalisée en respectant les informations transmises par les usagers. Si la reconstitution de la courbe de charge est globalement conforme aux relevés, le calcul de l’estimation mensuelle des consommations est très écarté des relevés réels. La représentation de cette discordance est donnée dans le graphe ci-après : 28 90000 kWhm Répartition mensuelle des consommations 80000 kWhm 70000 kWhm 60000 kWhm 50000 kWhm 40000 kWhm 30000 kWhm 20000 kWhm 10000 kWhm 0 kWhm jan fév mars avril mai juin relevé EDF juil août sept oct nov déc simulation La consommation moyenne annuelle relevée mensuellement par EDF est de 682 000 kWh alors que la simulation est de 498 000 kWh soit un écart de 27 %. Il est vrai que la simulation repose en grande partie sur la qualité subjective des informations transmises par les usagers qui, en règle générale, affirment leurs bons comportements vis-à-vis des usages de l’énergie. Néanmoins pendant les visites techniques, il a été constaté des espaces non utilisés qui restaient éclairés. Le fonctionnement de la chaufferie a été également constaté alors que l’on était au mois de juin. Cette comparaison montre qu’un fort potentiel d’économie d’électricité est possible et tout particulièrement pendant les périodes de vacances scolaires où il apparaît, sauf erreurs de données, que les consommations sont excessive pour un établissement n’ayant pas d’activité. En considérant que l’erreur de simulation est, comme l’expérience le montre, de l’ordre de 10 %, le potentiel d’économie d’électricité par action comportementale est d’environ 130 000 kWh soit une économie financière annuelle sur la facture d’électricité de 10 600 €. Sur la base de la simulation, la consommation par usage est la suivante : 29 Répartition des consommations électriques par usage VENTILATION 4% FORCE MOTRICE 13% EAU CHAUDE 2% ECLAIRAGE 41% FROID 3% ELECTROMENAGERS 8% BUREAUTIQUE APP. Mesure 29% L’éclairage (29 % de la puissance installée) représente 41 % des consommations du lycée. C’est sur ce poste que, prioritairement, les actions de MDE doivent être menées en terme de changement technologique et comportemental. Sur les mêmes bases de simulation la dépense par usage est représentée dans le graphe ciaprès. Coût annuel par usage FORCE MOTRICE € 5 300 VENTILATION € 1 597 EAU CHAUDE € 875 FROID CHAUFFAGE € 1 205 €0 ELECTROMENAGERS € 3 356 BUREAUTIQUE APP. Mesure € 11 840 ECLAIRAGE € 16 471 €0 € 2 000 € 4 000 € 6 000 € 8 000 € 10 000 € 12 000 € 14 000 € 16 000 € 18 000 30 Ce calcul par usage est établi sur la base du coût moyen du kWh toutes tranches horaires de tarification confondues. Il donne donc un indicateur de dépense par usage et non pas une exacte réalité des faits. Néanmoins la corrélation puissance installée, consommation et dépense permet d’identifier objectivement les priorités d’actions sur les consommations d’électricité. 5. RECOMMANDATIONS Dans ce chapitre il est simplement donné des pistes de réflexion et d’actions argumentées à partir des éléments de l’étude, pour le gestionnaire soucieux d’économies d’énergie, de protection de l’environnement et pas uniquement de gestion financière. Les recommandations portent essentiellement sur la chaufferie, les usages de l’électricité, la gestion énergétique et les actions comportementales. En effet le lycée ayant été, il y a dix ans, réhabilité thermiquement sur sa partie ancienne et agrandi avec des choix architecturaux peu compatibles avec le confort thermique (hiver comme été) et l’efficacité énergétique, on est condamné à travailler avec les enveloppes existantes. Leur modification dans la partie neuve engendrerait des investissements trop importants. • Chaufferie o La régulation étant ancienne il serait nécessaire de la moderniser afin de pouvoir affiner les programmes horaires de chauffage. o La salle de projection du bâtiment G est peu utilisée mais néanmoins chauffée en permanence. Il serait judicieux de l’équiper d’un programmateur permettant de la maintenir en sous chauffage pendant les périodes de non utilisation. o Equiper les départs des sous stations de vannes trois voies pour mieux réguler les départs d’eau chaude. o Le contrat d’exploitation de chauffage définit la saison de chauffe du 20 septembre au 20 juin. Cette période n’est pas adaptée aux conditions climatiques en Ile de France. Il faudrait la déterminer entre le 1er octobre et le 15 mai. Cela évitera que des circuits soient en chauffe inutilement comme cela a pu être constaté en juin alors que la température extérieure était estivale. Il n’est pas possible de chiffrer les économies de consommation dans le cadre du contenu de la présente étude, mais elles permettront d’avoir une installation plus moderne qui évitera quelques gaspillages d’énergie. • Usages de l’électricité o Cumulus électrique. Il a été recensé 17 cumulus pour une puissance de 10,2 kW ; ces cumulus sont en permanence sous tension, sachant que pour maintenir l’eau en température la résistance électrique est en service 1 heure par jour en moyenne. Il est donc conseillé de mettre hors tension les cumulus pendant les vacances scolaires car ils ne sont pas utilisés. Sur la base de 90 jours (vacances d’hiver, d’avril et d’été) le gain en consommation serait de : 10,2 kW * 90 heures = 918 kWh soit un gain financier de 75 €, certes modeste, mais la somme des petites actions simples ne doit pas être négligée. 31 o Electroménager. Il a été constaté que les appareils producteurs de froid étaient vétustes (équipement ayant plus de 20 ans et ce particulièrement pour les congélateurs). La consommation de ces appareils a été estimée à 14 800 kWh par an pour une dépense de 1 200 €. En l’état, leur remplacement par des appareils neufs, plus économes en énergie, doit être programmé. Un appareil de froid actuel consomme 50 % de moins, suivant le modèle, qu’un appareil des années 70. Un gain financier de l’ordre de 600 € est possible sur cet usage. De plus il a été constaté que ces appareils restent en service alors qu’ils n’ont pas d’usage (congélateur vide, volume de chambre froide peu utilisée). o Informatique. Le parc informatique du lycée est de plus de 500 ordinateurs utilisés quotidiennement et représente 10 % des consommations du lycée 52 000 kWh. L’élément le plus consommateur sur un poste informatique est l’écran, d’une puissance moyenne de 90 W pour un écran cathodique (suivant les dimensions), c’est 65 % de la consommation du poste. C’est donc sur ce poste qu’il faut agir prioritairement (Cf. actions comportementales ci-après). Chaque année une part des postes informatiques est remplacée, mais avec des écrans cathodiques pour des raisons économiques d’investissement, alors que les écrans LCD (encore légèrement plus chers) sont de puissance plus faible (45 W en moyenne) et ont des conforts visuels meilleurs pour la vue de l’utilisateur. Dans le cadre d’une réduction des consommations d’électricité, il faudrait systématiquement remplacer progressivement le parc d’écrans cathodiques par des écrans LCD. Le gain financier obtenu sera à terme de l’ordre de 17 000 kWh par an soit une économie financière de 1 385 €. Le critère énergétique, et donc environnemental, doit parfois être prioritaire par rapport au simple critère économique. Il est aussi recommandé de vérifier que les ordinateurs soient tous en fonction Energy Star. o Eclairage. C’est ce poste, qui en terme de puissance installée, de consommation et de dépense est le plus important. 2 000 points ont été recensés principalement des tubes fluos à décharge de 36 W (90 % du parc) équipés d’un ballast ferromagnétique de 12 W. La première mesure consisterait à remplacer en fin de vie les ballasts ferromagnétiques par des ballasts électroniques qui ont une puissance de fonctionnement de 2 W3. Le gain en puissance de cette action serait de 18 kW, 16 600 kWh et un gain financier de 1 400 €. Par la suite, dans le cadre de programmes de rénovation de l’éclairage des bâtiments, il faudrait systématiquement opter pour des systèmes de tubes électroniques à haut rendement qui ont une efficacité lumineuse de plus de 20 % par rapport à un tube classique et une durée de vie de près du double. Une application de ces nouveaux systèmes d’éclairage pourrait être menée sur certains espaces du lycée à titre d’opération de démonstration en partenariat financier avec l’ARENE, l’ADEME et un industriel. Il parait aussi essentiel de mettre en fonction des détecteurs de présence dans un grand nombre de circulations qui restent systématiquement éclairé pendant les cours. Il en est de même pour les deux salles de restauration. 3 Il est à noter qu’une directive européenne est en cours d’application pour interdire la commercialisation des ballasts ferromagnétiques dans les 25 pays de l’union. Cette mesure est déjà appliquée depuis plusieurs années aux Etats-Unis et en Suisse. 32 En éclairage on pourrait aussi supprimer les lampes halogènes très consommatrices (30 points recensés de 100 W) par des lampes basse consommation (LBC). La mise en œuvre des quatre actions prioritaires décrites sur les usages de l’électricité donne un potentiel d’économie de 42 000 kWh (- 8,4 % par rapport à la simulation) et un gain financier de 3 460 € (22 700 Francs). • Applications des énergies renouvelables. La principale application en énergie renouvelable serait de mettre en œuvre une chaufferie bois en substitution au gaz de la chaufferie centrale. La chaufferie ayant été rénovée il y a quelques années, cette solution ne peut être retenue que pour le futur quand il sera nécessaire de remplacer les chaudières. En ce qui concerne la production d’eau chaude sanitaire de la cuisine centrale, on pourrait envisager une installation de production par capteur solaire plan. Néanmoins, le fait qu’il n’y a pas de besoin d’ECS trois jours par semaine et pendant les vacances scolaires et particulièrement pendant les mois d’été les plus ensoleillés, une telle installation n’aurait pas de rentabilité économique sur sa durée de vie (25 ans en moyenne). Afin d’engager le lycée dans une démarche énergie renouvelable, on pourrait mettre en œuvre deux applications à caractère pédagogique en relation avec les enseignements électronique et électromécanique. Ces deux applications seraient : o o L’installation d’une plate forme aérogénérateur de quelques dizaines de kW de puissance qui serait raccordée au réseau électrique. L’installation d’une unité de production d’électricité photovoltaïque qui aurait pour fonction d’alimenter les bornes d’éclairage piéton du lycée. Ces bornes seraient équipées des nouveaux systèmes d’éclairage à diodes électroluminescentes afin d’avoir une faible puissance de fonctionnement compatible avec le photovoltaïque (100 W par m²). La réalisation de ces deux installations, la maintenance et le suivi de la production peuvent être réalisés par une équipe de professeurs avec leurs élèves. Pour un tel projet concret et pédagogique, un partenariat avec l’ARENE, l’ADEME et des industriels doit être envisagé là aussi. • Gestion énergétique. Afin de donner suite dans le temps au bilan énergétique réalisé sur trois ans (2001, 2002 et 2003) dans le cadre de cette étude, il est indispensable de faire les bilans 2004 et des années suivantes ainsi que le suivi mensuel des consommations et des dépenses à partir des factures et des relevés des compteurs divisionnaires installés en chaufferie (gaz cuisine et ECS). La réalisation des bilans permettrait de quantifier les actions de maîtrise de l’énergie menées dans le lycée. Cette gestion énergétique avec son application informatique (tableur, graphe, calcul des ratios…) pourrait être réalisée par une équipe professeurs-élèves en relation avec l’administration du lycée. • Actions comportementales. Lors des visites techniques en juin 2005 il a été constaté, alors que l’activité du lycée était faible en cette période d’examens pour les élèves de terminales et BTS, une grande négligence sur le comportement des usagers (élèves, professeurs et personnels) vis-à-vis de l’énergie. L’expérience 33 montre que cette négligence est due principalement au manque d’actions informatives et pédagogiques. Pour tenter de remédier à cet état de fait il est proposé un programme de communication et de sensibilisation vers les usagers du lycée en s’appuyant sur les analyses de l’étude. Ce programme pourrait comporter les points suivants : o o o o o o • Présenter une synthèse de l’étude au conseil d’administration Organiser une réunion d’information en direction des parents d’élèves Réaliser une exposition au sein du lycée donnant les résultats de l’étude (consommation, dépense, bilan environnemental…) Organiser pour les élèves un cycle de conférence débat sur les problématiques énergétiques Editer un document écrit pédagogique pour les usagers de type : « l’énergie dans mon lycée cela me concerne » Mener une campagne continue au sein du lycée pour rappeler les gestes et comportements économes en énergie (affiches, autocollants…) Autres recommandations. La simulation en juillet et août est très inférieure à la facturation, il est donc nécessaire de faire le recensement des équipements qui restent en fonction pendant l’été. 6. BILAN ENVIRONNEMENTAL Le bilan environnemental présenté dans ce chapitre concerne les émissions annuelles de gaz à effet de serre liées à la consommation de gaz naturel en chaufferie, plus les gaz à effet de serre induits par les centrales thermiques à flamme pour la consommation d’électricité et la production de déchets radioactifs produits dans les centrales nucléaires par la consommation d’électricité du lycée. Les calculs ont été faits sur les consommations moyennes annuelles à partir des ratios d’émissions en tonnes équivalent CO2 donnés par l’ADEME et EDF. • Gaz à effet de serre o Gaz naturel o Electricité Eclairage bâtiment Eclairage extérieur Equipements en chaufferie Autres usages Total électricité 623 teCO2 14,2 teCO2 2,2 teCO2 4,8 teCO2 27,6 teCO2 48,8 teCO2 Total lycée = 662 teC02 • Déchets radioactifs o Faiblement radioactifs o Hautement radioactifs à vie longue 34 kg 3,4 kg 34