Construction d`un bâtiment de bureau à Verviers F2

Transcription

Proceedings Passiefhuis-Symposium 2005
Construction d’un
bâtiment de
bureau à Verviers
F2
Olivier Henz
FHW architectes spcrl, Belgique
1 PRINCIPES DE BASE
Pour chauffer et rafraîchir "passivement", notre nouveau bâtiment deux
principes s'imposent :
F2 – Construction d’un bâtiment de bureau à Verviers
1
1.1 L'optimisation des éléments constitutifs du point de vue énergétique.
Tout bâtiment est composée de parois, de toitures, de fenêtres et
même d'une ventilation,...
Dans notre conception, la qualité
thermique de ces éléments est considérablement améliorée sans que
l’utilisation de techniques nouvelles ou inhabituelles ne s'avèrent
nécessaires.
1.2 La réduction des déperditions avant la maximisation des gains
d'énergie. Des simulations théoriques ainsi que des expériences
pratiques ont démontré qu'une stratégie de réduction des
déperditions de chaleur, dans des conditions climatiques
européennes, est nettement plus efficace que celle qui favorise les
gains d'énergie solaire passive ou active L'appellation "maison passive"
s'applique donc plus aux techniques de préservation de chaleur
qu'aux gains d'énergie solaire (même si ceux-ci peuvent jouer un rôle
important).
2 CONCEPTION ‘MAISON PASSIVE’
Les recommandations du standard "maison passive" sont :
2.1 Diminution des déperditions thermiques par transmission.
Pour diminuer davantage les déperditions par transmission, le coefficient
de transmission thermique des parois extérieures de la construction doit
être inférieur à 0,15 W/m2K, voire 0,10 W/m2K. A titre indicatif, la
réglementation thermique en Région Wallonne autorise actuellement des
valeurs de 0,4 W/m2K en toiture et 0,6 W/m2K pour les murs et parois
opaques verticales.
3 LES VALEURS DE TRANSMISSION THERMIQUES DES
DIFFERENTS PAROIS DE NOTRE BATIMENT SONT :
Parois entre le volume protégé et l’air extérieur
0,14 W/(m²K)
Toiture plate entre le volume protégé et l’air extérieur 0,13 W/(m²K)
Plancher entre le volume protégé et un local non chauffé à l’abri du
gel
0,13 W/(m²K)
Paroi mitoyenne entre deux volumes protégés
0,36 W/(m²K)
Plancher entre le volume protégé et l’air extérieur 0,12 W/(m²K)
2
Parois intérieures entre le volume protégé l’escalier de la cave
0,23 W/(m²K)
De plus, la totalité de ces surfaces de déperdition doit être exempte de
pont thermique.
Le coefficient de transmission thermique de la fenêtre, constituée du
vitrage de son intercalaire et du châssis doit être inférieur à 0,8 W/m2K. Le
facteur solaire du vitrage doit, lui, être supérieur à 50% afin de pouvoir
encore bénéficier des gains d'énergie solaire en hiver.
3.1 Diminution des déperditions thermiques par ventilation.
L'approvisionnement en air frais est assuré par une ventilation à double
flux. L'alimentation et l'extraction mécanique permettent d'optimiser la
ventilation suivant les besoins et ce, indépendamment des conditions
climatiques extérieures. Pour réduire les déperditions liées à la ventilation,
la maison passive sera obligatoirement équipée d'un ventilateur avec
récupérateur de chaleur. Le taux de récupération doit être au moins égal
à 75%.
Dans notre cas la récupération effective du système de ventilation est de
88%.
Dans ce même souci de réduction de la consommation d'énergie, il est
précisé que le ventilateur ne peut consommer plus que 0,4 Wh/m³ de
volume d'air acheminé. L'efficacité thermique du système de ventilation
peut être aisément améliorée par l'usage d'un puits canadien Pour éviter
que des infiltrations parasitaires court-circuitent la récupération de chaleur
de la ventilation, une très bonne étanchéité à l 'air de l'enveloppe
extérieure est exigée. Dans le cas d'une maison passive, le niveau
d'étanchéité à l'air (valeur n50) maximale est de 0,6 h-1, ce qui
correspond à un renouvellement de 0,6 fois le volume d'air de l'espace
chauffé par heure, pour une différence de pression entre l'intérieur et
l'extérieur de 50 Pascal. Pour vérifier et mesurer la performance de
l'étanchéité à l'air de la construction, un test de pressurisation, dit
"Blowerdoor", devient obligatoire. Le préjugé de devoir ventiler parce que
les bâtiments sont devenus trop étanches ne se vérifie pas. L'inverse est
plutôt d'application : pour pouvoir ventiler convenablement, une très
bonne étanchéité à l'air s'avère désormais indispensable.
3
Les obligations du standard "maison passive"
En suivant les recommandations précitées, une maison passive doit
obligatoirement atteindre l'efficacité suivante :
Le besoin en énergie thermique du bâtiment doit être inférieur à 15
kWh/m²a. Cela correspond à une consommation de chauffage de
1,5 litres de mazout ou 1,5 m3 de gaz naturel par m² de surface
chauffée par année, soit une économie d'énergie 10 fois supérieure
à la moyenne actuelle. Dans ces conditions, un système de
chauffage conventionnel ne s'avère plus nécessaire. Une pièce
d'habitation de 20 m² pourrait être chauffée par deux ampoules
électriques de 100 W.
Le besoin total d'énergie primaire (1kWh d'électricité à la prise
électrique d'une maison nécessite une consommation énergétique
d’environ 3kWh en moyenne pour la société, ces 3kWh constituent
l'énergie primaire) pour faire fonctionner une maison passive ne peut
dépasser 120 kWh/m2a. Ceci implique que, en moyenne, la
consommation d'énergie de toutes les applications de l'habitation
(chauffage + eau chaude sanitaire + électroménager + éclairage)
ne peut dépasser 42 kWh/m2a. Ceci peut être raisonnablement
couvert par des énergies renouvelables.
la valeur d'étanchéité à l'air, n50 doit être inférieure à 0,6 h-1
4 PROJET FHW, ARCHITECTES SCPRL
Figuur 1 Vue en plan du rez-de-chaussée.
4
Figuur 2 Vue en plan d’un étage.
Figuur 3 Vue en coupe
5 SIMULATION AVEC LE ‘PHPP 2004‘
Le dimensionnement thermique du bâtiment est réalisé avec le
«Passivhaus Projektierungs Paket 2004». Comme données climatiques nous
choisissons le site d’Elsenborn. La température d’Elsenborn est
habituellement inférieure de quelques degrés par rapport à Verviers. Nous
nous trouvons donc du coté de la sécurité au niveau du besoin net en
énergie de chauffage. Les charge internes sont évalués pour un bâtiment
de bureau à 3,5 W/m². Le bâtiment est dimensionné avec une occupation
5
de 10 personnes. Notre besoin en énergie net de chauffage est égal à 15
kWh/(m²a) et notre degré d’étanchéité à l’air est estimé à 0,6 h-1.
spez. Verluste, Gewinne,
Heizwärmebedarf [kWh/(m²Monat)]
Nous constatons également un pourcentage de surchauffe (T > 25°C) de
9,5%. En acceptant une température maximale de 26°C ce pourcentage
descend à 4,9%. Pour éviter la surchauffe en été nous appliquons une
stratégie de ventilation nocturne, une protection solaire des surfaces
vitrées au sud et une diminution des charges internes. Sans ces actions le
potentiel de surchauffe s’élève à 65% !
Summe Angebot solar+intern (spezif.: kWh/(m²Monat))
Heizwärmebedarf (spezif.: kWh/(m²Monat))
Summe Verluste (spezif.: kWh/(m²Monat))
16,0
14,0
12,0
10,0
8,0
6,0
4,0
2,0
0,0
Januar
Februar
März
April
Mai
Juni
Juli
August
Sept.
Okt.
Nov.
Dez
Le graphique ci-dessus montre clairement le risque de surchauffe d’été. En
jaune sont renseigné les apports solaires passifs et internes, en gris le besoin
en énergie de chauffage.
6
7
6 PUITS CANADIEN
Le but principal du puits canadien est de préchauffer l'air frais en hiver de
manière à éviter que l'eau de condensation du ventilateur gèle et l'obture
(la température minimale à sa sortie doit être supérieure à –4°C). Il est
composé de deux conduits parallèles d’un diamètre 200 mm, long de 18
m et enterrés à une profondeur de 1,5 m et distants entre eux de cette
même distance. L'éventuelle eau de condensation apparaissant à
l'intérieur de ceux-ci est évacuée via une pente de 2% vers un siphon en
cave qui est raccordé au réseau d'égouttage. Le puits canadien permet
en outre en été de refroidir l'air afin de diminuer les surchauffes possibles.
8
La simulation annuelle, ci-dessus, montre que la température minimale de
sortie du puits canadien est de –3 °C. La perte de pression du système du
puits canadien est de 10,7 Pa. Les hypothèses de simulation sont les
suivantes :
Le volume ventilé du bâtiment = 346 m³
Le renouvellement d’air par ventilation = 0,67 1/h
La tuyauterie du puits canadien est en polyéthylène (coefficient de
conductivité thermique 0,28 W/mK, rugosité 0,1 mm et épaisseur de
la paroi 7 mm)
Le climat de référence est celui d’Aix-la-Chapelle (D)
La densité estimé du sol est de 1800 kg/m³
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Construction d`un bâtiment de bureau à Verviers F2

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