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Bâtiment à énergie positive - Concept global 2ème partie

Par Alain GARNIER - ingénieur et directeur du bureau d’études GARNIER à Reims

Dans les prochaines années, les bâtiments neufs à basse consommation (BBC, BEPOS, BEPAS) seront chauffés par de l’air chaud. Cela peut en choquer plus d’un, mais avec des besoins calorifiques en nette diminution, des besoins hygiéniques de plus en plus préoccupants et une interdiction de climatiser sur 90% du territoire alors que les bâtiments ont de moins en moins d’inertie et de plus en plus d’isolation, jouant contre le confort d’été, le vecteur air s’imposait.

Cette chronique technique « concept global BEPOS – 2ème partie » fait suite au premier dossier « présentation du concept global BEPOS – BEPAS ». Pour la consulter, cliquez ici.

  • Choix de solutions économiques – Les bonnes questions à se poser

Pour rassurer les plus sceptiques, il faut souligner que le nombre des mises en chantier de logements collectifs neufs en France métropolitaine s’établit à 150.000 logements par an fin janvier 2010. L'INSEE estime à 32,5 millions le nombre de logements, parmi lesquels 3,2 millions de résidences secondaires. Il y a donc 29,3 millions de logements pour 26,4 millions de ménages. Le secteur de la rénovation utilisera donc et pendant de longues années encore, des radiateurs et des chaudières.

Les arguments contre le chauffage par air chaud du genre « cela fait du bruit », « les gaines obligent à avoir des faux plafonds partout », « on ne peut pas régler la température pièce par pièce » sont d’un autre âge. En effet, les déperditions seront beaucoup plus faibles et un débit d’air soufflé égal à celui hygiénique sera rendu possible. On pourra donc utiliser un traitement d’air double flux « tout air neuf » et « tout air rejeté » ce qui permettra, au passage, de prendre en charge la ventilation des pièces d’eau.

La centrale de traitement d’air aura un débit variable allant de 1 à 3,5 volumes/heure de façon à pouvoir réaliser réciproquement le chauffage et le renouvellement d’air hygiénique, éventuellement la climatisation et le rafraîchissement.

Détail de la diffusion et de la reprise d’air par pièce avec chauffage d’appoint par film électrique avec thermostat, sonde de présence et commutateur Marche/Arrêt/auto.

Détail de la diffusion et de la reprise d’air par pièce avec chauffage d’appoint

plancher collaborant

Il sera utilisé autant que possible du plancher collaborant, car il permettra de faire passer les fluides dans les nervures ainsi que d’obtenir une bonne isolation acoustique (bruit solidien).

  • Attention au confort d’été

En été, on fermera les portes-fenêtres et, on ouvrira les persiennes en verre de la véranda.

Les caillebotis fixes entre étages et l’orientation des persiennes en verre permettront une bonne protection solaire.

L’évapotranspiration du lierre contribuera également au rafraîchissement de l'air et à une régulation de l'hygrométrie du volume tampon que représente le mur rideau.

Durant la nuit, les persiennes en verre seront ouvertes (rafraîchissement nocturne).

rayonnement solaire

Seuls les bâtiments situés dans certaines zoneH2 et H3, correspondant au littoral méditerranéen, auront le droit d’être climatisés. Pour les autres zones, une chose est sûre, c’est que nous aurons de gros problèmes de surchauffe en été si l’on n‘y prend garde.

La surventilation des logements (free-cooling) ne suffira pas, il nous faudra avoir recours à d’autres systèmes ne faisant pas appel aux énergies fossiles.

Rafraîchissement adiabatique sec en demi-saison

L’eau de pluie stockée nous permettra de pouvoir alimenter l’humidificateur évaporatif placé en entrée du récupérateur à plaques sur la ligne d’air rejeté. Ce système adiabatique sec sera capable de nous descendre la température de l’air soufflé de 8 à 9°C de moins que l’extérieur.

  • Attention aux capteurs en été

La consommation d’ECS représentera environ 55%, c’est à dire que l’on aura trop de capteurs solaires en été lorsque l’on n’aura plus besoin du chauffage.

A certains moments, cet excès de capteurs nous permettra de produire l’ECS à 100% en énergie renouvelable, mieux, nous pourrons même faire des réserves en stockant en plus dans le ballon tampon d’hydroaccumulation en ayant recours à la mise en service d’une pompe de transfert.

Production ECS seule en été

Certaines précautions devront être prises pour stopper une partie de la captation solaire en été. Habituellement, en habitat individuel, nous en profitons pour décharger l’excédent de chaleur solaire dans le bassin de la piscine, mais en ville, cela semble difficile, et pour ne pas en arriver à installer un aéroréfrigérant (dry cooler), il nous fallait trouver une solution. Nous l’avons trouvée en inclinant les capteurs solaires sur la tranche de façon à ce que ceux-ci ne puissent plus percevoir le rayonnement solaire.

inclinaison des capteurs

Ensuite, comme nous avons un équipement technique limité à la toiture, plutôt que d’utiliser de l’eau comme vecteur thermique, nous aurons recours à un fluide thermique, lequel montera en température sans top monter en pression.
Et pour aller plus loin dans notre démarche, nous avons supprimé le vase d’expansion sous pression en restant ouvert à l’atmosphère, ce qui, au passage, nous augmentera la durée de vie des capteurs solaires non vitrés.

  • Comment optimiser l’efficacité énergétique d’un capteur solaire ?

Comme notre système repose sur un choix de capteur en PEHD non vitré, pesant 2,5 fois moins que ceux vitrés du fait d’un couplage avec un système thermodynamique et que nous avons choisi de motoriser l’inclinaison des capteurs pour leur éviter une destruction, nous avons pensé en tirer profit et utiliser cette inclinaison pour augmenter la quantité journalière d’énergie solaire captée.

suiveur solaire motorisation d'un panneau solaire

Rappelons que le choix de capteurs non vitrés tenait dans son utilisation à capter de l’énergie solaire convertie ensuite en énergie thermodynamique et que seul ce type convenait si on voulait en début et en fin de journée (soleil rasant) pouvoir capter les ondes transmises avec une bonne efficacité.

  • La salle de bain devient le cœur du système ainsi que le HUB du logement

Les équipements techniques seront disposés hors de volume habitable, c’est une demande forte des occupants en habitat collectif. Seuls les fluides traverseront les appartements de façon à les desservir au passage. Ainsi, le problème des bras morts en ECS sera résolu.

Salle de bain préfabriquée avec WC et puits de lumière (verre sérigraphié coupe-feu), gaines de soufflage et d’extraction d’air avec régulateur de pression, fluides et coffret électrique.

Salle de bain préfabriquée avec WC et puits de lumière


Salle de bain préfabriquée équipée

La salle de bain préfabriquée sera livrée toute équipée : meuble et vasque de lavabo intégrée dans le plan qui la supporte CHENE VERT, robinetterie HANSGROHE, baignoire DURAVIT.

La baignoire pourra être facilement démontée en cours de vie de façon à utiliser une douche à l’italienne (prévue à l’origine). Avec quelques accessoires en plus, on pourra même réussir à obtenir une approche sanitaire du handicap et être conforme à l'arrêté du 1er AOÛT 2006, ART 11.

La salle de bain préfabriquée comportera un pré-équipement qui permettra de recevoir une machine à laver ainsi qu’un séchoir à condensation. La machine à laver sera alimentée en eau pluviale préchauffée par les capteurs solaires. Un filtre et une ultra filtration seront de la partie.

  • Une gestion performante des ressources et du confort

Un automate gérera l’ensemble des équipements techniques. Il fera la corrélation entre les besoins et la production et gérera le chauffage, la production de chaleur, le chauffage, le free-cooling, le rafraîchissement adiabatique sec, le rafraîchissement nocturne, l’éclairage naturel et parfois la climatisation.

A partir du tracker solaire, il commandera l’inclinaison des lamelles vitrées du mur double peau afin de conserver ou d’évacuer sa chaleur. A partir du même tracker, il commandera l’inclinaison des capteurs solaires.

Cet automate sera capable de tirer tous les ratios nécessaires à partir des compteurs de performances réels ou virtuels de façon à pouvoir les exploiter dans les optimisations décrites ci-avant.

L’automate sera relié au poste de supervision du gestionnaire de façon à rapatrier les informations nécessaires aux fonctions habituelles d’exploitation : entretien préventif et curatif, facturation, traçabilité des équipements techniques.

automate relié au poste de supervision du gestionnaire

SAUTER ECO10 embarqué dans les solutions des bibliothèques CASE Suite

SAUTER ECO10 embarqué dans les solutions des bibliothèques CASE


L’automate sera relié par Internet à une station météorologique. Les données rapatriées permettront de pouvoir gérer avec plusieurs jours d’avance, le stockage solaire avec celui de l’hydroaccumulation, de créer les rafraîchissements adiabatiques secs et nocturnes indispensables.

Il permettra, ainsi, de rendre prioritaire l’utilisation de l’énergie renouvelable avec un maximum de confort.

Le logiciel SAUTER ECO10 sera capable d’effectuer :

  • Valeur journalière calculée : contrôle journalier de l‘efficience énergétique
  • Sauvegarde des valeurs journalières dans une représentation graphique
  • Mesure des températures quotidiennes, évaluation des résultats

En outre, il permettra de réaliser un Certificat de Performance Energétique pour le bâtiment, (selon les normes SIA 2031 / DIN EN 15232). Ce Certificat énergétique sera calculé, automatiquement, à l'aide du serveur SAUTER EMS.

On pourra enfin et, à moindre coût, mesurer la performance réelle d’un bâtiment à basse consommation …

Alain Garnier
Alain Garnier est ingénieur et directeur du bureau d’études GARNIER 120 rue Gambetta à Reims – Lauréat du premier prix de l’Eco-Efficacité catégorie « concepteurs » en 2009 récompense remise lors de l’UCE (Université du confort et de l'eau) de ICO à Lille.
www.be-garnier.fr

Commentaires

  • BAUZET    alber
    10/03/2012

    bonjour je viens d''obtenir un permis de construire pour une maison d''habitation près de PAU, exposée façade plein sud. J''envisage une autonomie maximum, les murs et l''isolation sont en conséquence et la consommation pévue après étude est de 28 kw/m2/an. Afin de parfaire l''autonomie, pouvez-vous me guider sur la thermique solaire eau chaude/chauffage (surface de la maison de plain pied 107 m2) Bien à vous

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