25 Février 2014
Par Christian CARDONNEL – CARDONNEL Ingénierie
Expert en Confort Durable du Bâtiment
1°) Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme
Le bâtiment résidentiel neuf ou rénové se doit d’être économe en énergie et en ressources et assurer un confort durable pour les usagers.
L’économie d’énergie est bien souvent l’objectif visé, mais il faut cependant rester prudent car économie d’énergie ne rime pas toujours avec économie financière et un impact favorable à notre environnement.
En règle générale, la réduction de la consommation d’énergie conduit à augmenter les moyens mis en œuvre et donc le coût d’investissement.
Par contre si l’impact économique ou environnemental diminue, n’oublions pas l’impact de l’entretien-maintenance, des redevances d’accès aux réseaux (électrique, gaz).
Plus la consommation d’énergie diminue, plus le coût du kWh consommé augmente avec l’impact du taux de charge (rapport Consommation/Puissance), de la redevance d’abonnement et de la maintenance.
L’optimum de l’équilibre dépend de nombreux paramètres et en particulier de la durée de vie du bâtiment, des équipements, du prix des énergies et des ressources.
L’énergie qui rentre dans un bâtiment en sort sous une forme dégradée, fatale et éventuellement récupérable.
Exemple de bilan énergétique RT 2012 avec le concept Smart Thermogène Grid ® dans un bâtiment résidentiel collectif en zone H1a, les différents postes de déperditions sont compensés en partie par les apports gratuits internes et solaires (baies vitrées), le solde c’est le besoin de chauffage de 17.1 kWh/m².an pour 41 de déperditions. Les besoins et pertes des systèmes de chauffage et ECS sont ensuite assurés par une PAC absorption gaz qui récupère la chaleur fatale sur les sources froides de l’air extrait et des eaux grises. Au global avec l’éclairage et les auxiliaires, le Cep du projet est de 35.3 kWhep/m².an au lieu de la référence à 65, grâce aux récupérations des EnR (près de 40 kWh/m².an (blocs hachurés). Par contre, le bilan RT 2012 ne permet pas de mettre en exergue cette part d’énergie renouvelable et fatale et les efforts réalisés sur la conception bioclimatique et le recyclage d’énergie.
2°) Le vitrage, un des meilleurs capteurs solaires !
L’impact du climat sur le confort intérieur du bâtiment est essentiel, et en particulier avec l’énergie solaire.
Au niveau de l’énergie solaire, on évoque le solaire thermique pour la production d’eau chaude sanitaire en particulier et le photovoltaïque pour la production d’énergie électrique qui est soit vendue au réseau, soit utilisée en tout ou partie au niveau du bâtiment en autoconsommation.
On oublie trop souvent l’impact « bioclimatique » de l’énergie solaire et les apports de chaleur et de lumière à travers les baies vitrées, les espaces solarisés (vérandas, atriums, …).
En France, en moyenne, 1 m² de surface de capteur bien exposé au soleil reçoit un flux d’énergie de 1500 kWh/m².an.
Une baie vitrée performante, verticale Sud, va permettre de récupérer près de 200 à 300 kWh/m².an d’énergie solaire sur la saison froide et apporter un éclairage naturel avec une autonomie lumineuse de 30 à 40 % pour la zone desservie. Des apports gratuits qui sont pris en compte dans le calcul du BBio de la RT 2012, mais qui ne sont pas mis en exergue.
Au global, dans le bâtiment résidentiel neuf, niveau RT 2012, les apports internes et solaires vont compenser plus des 2/3 des déperditions de chaleur pour aboutir à un besoin de chauffage faible de l’ordre de 15 kWh/m².an.
En relation avec l’architecte, en jouant sur la conception bioclimatique du bâtiment (forme et compacité, isolation et inertie thermique, positionnement et caractéristiques des baies, étanchéité à l’air de l’enveloppe et performance de l’équipement ventilation) on peut améliorer considérablement le comportement confort du bâtiment au fil des saisons, mais les efforts de conception bioclimatique sont mal valorisés et mis en exergue.
Dans de bonnes conditions d’installation et d’exploitation, un m² de capteur solaire thermique permet de récupérer 600 à 800 kWh/m².an pour la production d’eau chaude sanitaire par exemple.
Encore faut-il que l’énergie récupérée au niveau du capteur soit une énergie utile : pertes du réseau de transfert entre le capteur et le stockage, consommation des auxiliaires et impact de la performance de la régulation, pertes du stockage ECS et adéquation du stock par rapport au besoin et à l’apport d’énergie solaire. Dans certains cas, malheureusement, les pertes du système sont trop importantes et l’économie réelle est beaucoup plus faible : on peut aboutir à un résultat de moins de 400 kWh/m².an. Compte tenu de l’investissement initial (1 200 à 800 € HT/m²), la pertinence économique n’est pas toujours au rendez-vous.
Un panneau solaire photovoltaïque d’1 m², intégré au bâtiment, va permettre de produire 200 kWhe/m².an en intégrant les pertes de l’onduleur et de distribution-connexion et cela pour un investissement initial de moins de 500 €HT/m².
D’autres concepts et systèmes solaires et/ou solarisés comme : les vérandas, atriums, le mur Trombe, les capteurs hybrides, … doivent pouvoir être mis en exergue et pris en compte.
Les énergies renouvelables du bâtiment, comme les énergies fatales : la chaleur des eaux usées, de l’air extrait, les chaleurs récupérables : des data centers, process, de la climatisation pour assurer l’eau chaude sanitaire, … doivent pouvoir être valorisées et prises en compte.
3°) Eau chaude sanitaire, ventilation, et terrain naturel : des chaleurs à récupérer
L’eau chaude sanitaire ECS devient un poste très impactant du bilan énergétique : un besoin de 15 à 25 kWh/m².an avec plus de 75 % de l’eau chaude utilisée à moins de 40°C et pour un usage corporel, des besoins très ponctuels (environ 30 minutes de temps de puisage par jour dans un appartement), des appels de puissance importants (une douche avec un débit de 10 litres/mn d’eau à 40°C demande une puissance instantanée de 21 kW, heureusement que l’on stocke de l’eau chaude), une consommation d’énergie très variable dans le temps (du simple au double entre été et hiver : en été, l’eau froide est tempérée et des douches fraiches et courtes sont privilégiées, en hiver l’eau froide est plus froide, la température et durée des douches et bains augmentent pour se réchauffer.
Près de 85% de la chaleur de l’eau chaude sanitaire, l’eau grise part à l’égout soit un potentiel de 10 à 15 kWh/m².an. La récupération d’énergie va devenir une nouvelle voie de progrès, mais attention tout n’est pas si simple compte tenu du profil des besoins.
La ventilation du bâtiment résidentiel, c’est en moyenne un débit de l’ordre de 0.3 à 0.5 volume par heure soit en moyenne 1 m3/m² habitable et au global près de 30 kWh/m².an d’énergie fatale (8760 m3/an x 0.34 Wh/K.m3 x refroidissement de 20°C à 10°C = 29.8 kWh).
Récupérer la chaleur de l’air extrait avec une pompe à chaleur Air-Eau, pour produire de l’eau chaude, la stocker pour assurer l’eau chaude sanitaire ou le chauffage va permettre un transfert de chaleur efficient et utile toute l’année. Ce concept risque de concurrencer fortement la ventilation double flux statique ou thermodynamique.
Le socle du bâtiment et le terrain environnant avec l’infrastructure constitue un volant d’inertie important qui peut servir de stock de chaleur et mieux réguler les pointes de consommation d’énergie. Un m3 de terre c’est un stock équivalent à 300 litres d’eau, par contre ce stock fonctionne avec une faible différence de température, de 5 à 10 K.
4°) Prenons enfin en compte les énergies renouvelables mais également les énergies fatales
Le cercle vertueux du recyclage de l’énergie et des déchets est une piste de progrès fort pour aboutir aux bâtiments à basse consommation, et aller vers l’énergie positive.
Dans l’évolution de la méthode de calcul du bilan énergétique du bâtiment neuf RT 2012 et les règles THBCE ainsi pour la rénovation, il est nécessaire de mieux préciser la définition et la prise en compte des énergies renouvelables et fatales, les intégrer au niveau des résultats avec la mise en place d’un indicateur spécifique qui permettra de valoriser la conception bioclimatique, basse consommation et la performance énergétique du bâtiment.
Une innovation efficiente, simple et économique, facile à comprendre, qui permettra de rendre pertinentes les Energies Renouvelables ou Recyclées.
Christian Cardonnel
Commentaires
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06/03/2014 Christophe
Bonjour, En tant que BET, j'approuve à 200% ce qui est dit, y compris les commentaires précédents. Mon constat c'est que nous sommes prisonniers d'un logiciel ou l'on doit saisir une multitude de champ, dont on ne comprend pas l'utilité de la moitié car ils n'ont pas d'impacts sur le résultat. Ces logiciels servent plus de contrôle plus que de conception. Ils sont tellement opaques que l'étude se résume parfois a essayer successivement des solutions et voir le résultat. Avec parfois des "surprises". Tout ce qui sort du "cadre" (solution innovante ou de récup) n'est pas saisissable sans une fiche d'u fabricant ou un titre V pour savoir quelle valeur et quelle case on doit remplir dans la trame standard pour que le résultat ressemble à une vérité. D'où le rôle passif du BET qui n'a plus la main. L'histoire de l'énergie primaire est du pur lobbying car ou est le rendement du camion qui livre le fioul ou le gaz et celui des installations de gaz naturel ? L'utilisateur lui va payer de l'énergie finale !! D'où la difficulté de valoriser telle ou telle solution même si on est persuadé qu'elle est bonne. Des logiciels complexes d'utilisation mais qui ne sont toujours pas fichu de calculer une inertie ou un déphasage thermique !! Ni effectivement faire ressortir clairement les apports solaires !! Je suis donc un, comme vous l'aurez compris, un frustré de la RT2012.
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05/03/2014 frederic
Le Canada subventionne déjà depuis des années la récupération de chaleur des eaux grises. étude canadienne de 2007 https://www03.cmhc-schl.gc.ca/catalog/productDetail.cfm?cat=127&itm=50&lang=fr&fr=1394028049919 Pour des familles prenant principalement des douches il existe des systèmes simples (échangeur statique , pas d'énergie auxiliaire), économiques et performants. Les taux de couverture des besoins sont du même ordre que pour un CESI alors que le coût est beaucoup plus faible. Ces récupérateurs de chaleur agissent en diminuant les besoins d'ECS, ils permettent donc de diminuer les dimensionnement de toute la chaîne de production d'ECS (en diminuant aussi les pertes de production et de stockage ainsi que le coût de l'installation)
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05/03/2014 alain
Mr Felix Trombe est ravi !! enfin il serait temps de penser à l'effet de serre et comment l'utiliser ... les solutions existent mais il faut les trouver, depuis 1976 Edward Mazria en a écrit quelques pages, mais y a t il un marché ? C'est la première question, qui y répondra ??
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04/03/2014 Jean-Marc
Pour rester dans la même approche, je vous livre quelques remarques d'un œil averti qui n'est ni ingénieur ni architecte mais proche du monde du bâtiment résidentiel depuis une quarantaine d'années dans un pays limitrophe. Le marché du résidentiel français doit évoluer. La France est un des seul pays européens où l'on s'évertue encore d'isoler par l'intérieur. Jusqu'à présent, il n'y avait pas d'obligation de résultats. Depuis la RT2012, on devient responsable de ses actes et le résultat n'est pas souvent à la hauteur des exigences. Isoler par l’extérieur supprime de nombreuses contraintes. Contrairement à ce que l’on colporte, l’ITE ne coûtent pas plus cher lorsque vous travaillez correctement. Envoyez vos artisans en Belgique prendre quelques semaines de stage et ils deviendront des professionnels de la structure isolée par l’extérieur !!! Les architectes ont résolus depuis très longtemps la jonction vide sanitaire et RDC, pose des appuis de fenêtres et liaison avec la toiture. Eux, ce sont des techniciens du bâtiment, pas des artistes !!! Terminés les ponts thermiques, les perforations de la membrane d’étanchéité. De plus, quelle est la pérennité du bricolage collage des joints d’étanchéité collés avec des adhésifs dans de très mauvaises conditions, une hygrométrie élevée et un environnement empoussiéré !!! De plus, comme le matériau porteur, soit la brique de terre cuite, le béton cellulaire ou le parpaing, est dans la partie intérieure et isolé, vous bénéficiez de son inertie thermique qui vous permet, en hiver de garder la chaleur et en été de bénéficier de la fraîcheur intérieure. Que voulez-vous capter comme inertie thermique dans un BA13 ? Mais que voulez-vous, le lobbying des ténors du marché de la construction invente tous les jours de nouveaux matériaux, paraît-il pour être plus efficace, mais simplement pour toujours augmenter leur marge bénéficiaire !!! Pour les équipements, la gestion active du bâtiment est là pour répondre simplement aux nouvelles exigences de la RT2012. Comme pour le bâti, cette technologie appelée domotique, doit être conçue dès en amont du projet par un technicien spécialiste qui s’appelle l’intégrateur-domoticien. Elle doit devenir la colonne vertébrale de l’installation électrique et des lots techniques du second œuvre. Il aura aussi un rôle pédagogique pour expliquer aux futurs occupants les consignes à respecter, la manière d’optimiser l’efficacité et aussi de pouvoir contrôler les différentes consommations pour corriger des comportements ou des mauvaises habitudes. La GAB (Gestion Active du Bâtiment) n’est pas une contrainte mais un allié pour faire des économies !!! Contrairement à ce que l’on croit, construire une maison intelligente et communicante n’est pas un investissement hors de prix, mais c’est déjà adapter son habitat aux évolutions futures et lui conférer une plus-value immédiate. Pourquoi rien ne bouge vraiment ? Le lobbying des ténors du marché boycotte toute initiative dans ce domaine. Rien de telle qu'une bonne orientation, une bonne ITE, une bonne ventilation et une bonne gestion pour atteindre les nouvelles normes. Mais il faut savoir se remettre en cause, faire fi des habitudes du passé et s'orienter vers des technologies expérimentées depuis des décennies dans des pays limitrophes et surtout vouloir changer !!! C'est cela qu'on appelle "progresser" La réussite en affaires exige de ne pas toujours regarder derrière soi, de vivre sur ses acquis et de se targuer d'avoir été les meilleurs, mais bien de se tourner délibérément vers l'avenir en se remettant en cause continuellement et ainsi progresser !!! En ces temps de vaches maigres, c'est à méditer !!!
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04/03/2014 Jacques
Oui, oui et oui Ce qui veut dire qu'en appliquant ces concepts, certaines régions françaises les plus au sud, peuvent se passer totalement d'énergie conventionnelle pour satisfaire les besoins de chauffage et d'eau chaude. Le challenge devient désormais la garantie d'un bon confort estival malgré le réchauffement à venir sans le recours à une pompe à chaleur, exception faite des systèmes à absorption bien entendu.
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04/03/2014 MICHEL
Bonjour Attention au moteur de calcul vraiment trop optimiste surtout sur les apports solaires. La désillusion des utilisateurs (logements mais aussi tertiaire) quant aux économies espérées est grande. Moins de kwh consommés et plus de dépenses en contrat d'entretien. Le calcul c'est bien le contrôle du calcul c'est mieux. Cordialement
