2. Efficience énergétique du bâtiment

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Energétique du bâtiment
Efficacité énergétique du bâtiment :
théorie et pratique
Christophe Matas
Ing. dipl. EPF/SIA
[email protected]
Ch. Matas, Intercollect SA
Journées techniques ASCE 2011 - Yverdon
Efficacité énergétique du bâtiment :
théorie et pratique
Morceaux choisis issus de mon expérience
•
•
•
•
•
•
•
Contexte
Le métier du bâtiment
Quelques outils
Quelques solutions
Les coûts
La rénovation
Les ordres de grandeur
Contexte : énergie thermique du
bâtiment
Les métiers du bâtiment on fortement évolué
Aujourd’hui le maçon vous demande quelle
épaisseur d’isolation il doit prévoir,
Le charpentier vous explique comment colmater la
feuille de PE,
Et l’électricien …
… est devenu conseiller!
bâtiment
Pour le métier d’électricien, après …
Les électro-domestiques (Cuisinière, four, LV, frigo,
etc),
L’eau chaude sanitaire,
Le chauffage électrique des années 80 et la PAC,
Reste la domotique, la LED et ..
surtout l’énergie!
bâtiment
Objectif du jour
Donner des outils
Balayer quelques idées reçues
Premier outil : les degrés-jours
Calcul empirique de l’énergie nécessaire au chauffage à
partir des DJ et de la température de référence SIA
Energie de chauffage =
1.2 * DJ * 14 * Qh
1000 * (20 – Tref)
Le Qh en Watts et la Tref en °Celsius
Les DJ des stations météo de référence :
Zermatt 5’185 DJ pour –12 °C
Sion
3’220 DJ pour –7 °C
Montana 4’414 DJ pour –9 °C
Exemple pour une villa de Qh = 5’500 W à Montana
Energie de chauffage = 1.2*4414*14*5500/ 1000*(20-(-9)) = 14’000 kWh /an
Les degré-jour au fil du temps
Sion min 2’884 DJ en 1994 max 3’471 DJ 1987
Zermatt min 5’002 DJ en 2003 max 5’617 DJ en 1996
Les solutions actuelles pour chauffer
villa de Qh = 5’500 W à Montana
En. de chauffage = 14’000 kWh /an
En gaz : 1’700 m3
En mazout : 1’800 l.
En pellets : 3’500 kg
En stères : 8
En PAC air/eau : 4’700 kWhél
En PAC eau/eau : 3’100 kWhél
En solaire th. reste 4’200 kWhth
Qui produit le solde manquant du
solaire thermique ?
La solution solaire
Les moyennes de production solaire suisses :
Solaire thermique 450 kWh/m2 de panneau
Solaire photovoltaïque 150 kWh/m2 de panneau
Soit pour notre exemple :
31 m2 de solaire thermique
ou
93 m2 de solaire photovoltaïque
Avec un taux de couverture de 70%
Comparaison des coûts
Hypothèses
Mazout 80.-/100 l.
Gaz 7.6 ct/kWh
Pellet 350.-/t
Electricité 21ct/kWh
Amort. 4% avec
durée de vie
« Tout compte fait » N.4 du 26 avril 2006
Il faut comparer la plus-value et le retour sur
les économies de charges.
La PAC
Est la moins mauvaise solution aujourd’hui !
Du point de vue financier,
Du point de vue énergétique,
Du point de vue de l’impact environnemental,
Du point de vue mise en application.
Exemple PAC air/eau LW60C
Puissance calorifique
Temp. entrée d’air
La température de l’air
Température moyenne hebdomadaire à Sion
La PAC air/eau
Aujourd’hui son COP moyen annuel est de 4.1
pour du chauffage basse température (30°C)
et 3.1 pour la prod. d’ECS à 55°C !
Calculé avec le document WPEsti de Minergie.
La PAC géothermique
Deuxième outil : l’enveloppe
Le bâtiment est défini par son
enveloppe thermique.
Plongé thermiquement dans un
milieu où il a des pertes.
ADEME FR
Dans un cas standard gaz
6%
4%
15 %
14 %
25 %
24 %
23 %
19 %
61 %
19 %
100 %
100 %
La conductivité thermique
La conductivité thermique est la quantité de chaleur qui
passe en 1 seconde au travers de 1 m² d'une couche de
matériau homogène de 1 mètre d'épaisseur, soumis à
une différence de température de 1 degré.
lambda l
[W/(m K)]
Coeff. de transfert thermique :
valeur U
Résistance thermique R d’une couche
R=d/l
Valeur U d’une couche U = 1 / R = l / d
U couche = conductivité / épaisseur
[W/(m2 K)] = [W/(m K)] / [m]
Valeur U d’un mur
1
UTot = R +R + …+ R +R
i
1
n
e
Ri et Re résistance des couches limites intérieure et extérieure admises
respectivement 0.13 et 0.04 [(m2 K)/W]
Le calcul du U
7.937
0.107
0.000
7.5
0.003
0.157
U = 0.126 W/(m2K)
Valeurs U typiques actuelles
Station climatique
Eéments de construction
Sion
Epaisseur
Epaisseur
coefficient U
d'isolation avec
d'isolation avec
limite
lD très bon
l D moyen
[W/m 2 K]
(polyuréthane)
[cm]
[cm]
Epaisseur
d'isolation avec
un produit non
contrôlé
[cm]
contre l'extérieur ou enterré à moins de 2 m
murs avec isolation extérieure,
sol,
0.25
14
10
18
toit avec isolation sur chevrons
mur à ossature bois,
0.25
16
14
20
toit avec isolation entre chevrons
sol avec chauffage par sol,
0.25
16
12
20
mur avec chauffage dans la paroi
1.50
Fenêtre
U du vitrage  1.1 W/m2 K, intercal. plastique
contre des locaux non chauffés ou enterré à plus de 2 m
murs, sol, plafond homogènes
0.35
10
8
14
mur à ossature bois,
plafond inhomogène
sol avec chauffage par sol,
mur avec chauffage dans la paroi
Fenêtre
0.35
10
8
14
0.30
13
10
16
1.70
U du vitrage  1.1 W/m2 K, intercal. plastique
Valeurs limites pour bâtiment à construire, réf. www.vs.ch/energie
Valeurs U typiques demain
MoPEC 2008 (Modèle de prescriptions énergétiques
des cantons) valeurs limites pour bâtiment à construire, réf www.endk.ch
En cas de rénovation : où commencer ?
300 – 500 Fr./m2
250 – 500 Fr./m2
100 – 250 Fr./m2
700 – 1’500 Fr./m2
ADEME FR
Rénovation d’un bâtiment des années 70
Efficacité nette de l’amélioration du
transfert thermique
8%
14 %
Une PAC en centrale
7%
30 %
22 %
22 %
-----
-----
5%
12%
58 %
22 %
Part du total des investissements
Remplacem
ent de la
PAC eau/eau
chaudière
avec puits
existante 2 PACs Air/eau
ext.
Coûts énergie
électrique approx.
PAC avec
forages
ECS
Future consom.
Pour ECS
PAC 1)
Future Consom.
Exemples de comparaison de coûts
kWh/an
kWh/an
Fr./an
106'360.00
18'300
15'938
5'135.63 SFr. 116'110.00
58'600.00
13'500
15'300
4'320.00 SFr.
-
92'200.00
33'600
19'125
7'908.75 SFr. 103'200.00
Forage /
puits
Total
Fr.
Fr.
Fr.
Fr.
44'100.00
14'000.00
48'260.00
36'000.00
6'300.00
16'300.00
78'200.00
14'000.00
Prix global avec
plus-values
approximatives
2)
79'287.25
Relève de
chaudière
1 PAC Air/eau
int.
33'000.00
-
-
33'000.00
21'500
-
3'225.00 SFr.
37'000.00
Variante
GAZ
Chaudière gaz
70kW
45'000.00
-
-
45'000.00
56'000
28'333
7'876.27 SFr.
50'600.00
REM :
Eau chaude sanitaire avec la PAC et 2 boilers 800l avec échangeur.
La relève de chaudière permet d'économiser env. 8'000l. de mazout par an.
13'000 l de mazout à Fr. 1.20/l. yc contrat brûleur et ramoneur.
Retour sur
investissement
Remplacem
ent de la
PAC eau/eau
chaudière
avec puits
existante 2 PACs Air/eau
ext.
Economies
annuelle
PAC avec
forages
Charges mazout
actuelles
Exemples de comparaison de coûts
Fr./an
Fr./an
an
16'850.00
11'714.38
9.91
16'850.00
12'530.00
6.33
16'850.00
8'941.25
11.54
Relève de
chaudière
1 PAC Air/eau
int.
16'850.00
5'625.00
6.58
Variante
GAZ
Chaudière gaz
70kW
16'850.00
973.73
51.97
Troisième outil : les ordres de
grandeur
Consommation en électricité du ménage moyen Suisse : 5’000 kWh/an
Besoin pour l’ECS par personne : 1’000 kWh/an
Ensoleillement max au sol en été le soleil au zénith : 1’200 W/m2
Energie annuelle moyenne reçue au sol par m2 par le soleil : 1’000 kWh/an
Production moyenne Suisse de chaleur pour le solaire thermique : 450 kWh/m2
pour le solaire photovoltaïque : 150 kWh/m2
Pour de l’air à 20°C et 50 %HR, le point de rosée est à 9°C
Dégagement de chaleur moyen par une personne 120 à 200 W selon l’activité
Coefficients U mur, parois et toît env. 0.25 W/m2K
Coefficient U fenêtre env. 1.3 W/m2K
Dimensionnement
Indices de contrôles
SRE : Surface de référence énergétique, surfaces chauffées comprises
dans l’enveloppe thermique du bâtiment (y.c. murs)
La maison idéale
Adresses utiles
www.endk.ch : Conférence des directeurs cantonaux de l’énergie
www.bfe.admin.ch/services : Office fédéral de l’énergie
www.energie-environnement.ch
www.fondationcentimeclimatique.ch
www.bien-construire.ch
www.suisseenergie.ch
www.minergie.ch
www.topten.ch

2. Efficience énergétique du bâtiment

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