Comment améliorer encore un bâtiment performant ?

Impact des choix techniques sur le niveau de performance énergétique d’une crèche

La crèche « Fort Lapin ».

Conçue en 2013 et terminée en 2017, la crèche « Fort Lapin » de Louvain-la-Neuve avait déjà dès sa genèse tous les atouts nécessaires pour répondre aux exigences de la réglementation wallonne sur la performance énergétique des bâtiments (PEB) programmées seulement à partir du 1er janvier 2019 pour les bâtiments publics et à partir du 1er janvier 2021 pour les autres bâtiments.

Quelles auraient été les performances du bâtiment si d’autres choix avaient été faits tant au niveau de l’enveloppe que des installations ?

Introduction

Le bâtiment d’une superficie d’environ 500 m² est prévu pour accueillir 36 enfants. Conscients des enjeux énergétiques dans le futur, l’architecte et le maître de l’ouvrage ont voulu dès 2013 investir dans un bâtiment performant en matière de consommation d’énergie et de confort.

L’objectif a été atteint.

Quelles auraient été les performances de ce bâtiment si d’autres choix avaient été effectués ? Une étude a été réalisée pour évaluer l’impact sur celles-ci :

de l’isolation thermique des parois opaques ;
des caractéristiques des vitrages ;
des nœuds constructifs ;
de l’étanchéité à l’air de l’enveloppe ;
du choix de la production de chaleur ;
de l’installation de panneaux photovoltaïques.

Description du bâtiment

Rez-de-chaussée.

Étage.

Les plans de la crèche

Le bâtiment entouré de verdure est de type « 4 façades ». Les locaux se répartissent sur deux niveaux. L’étage, plus petit que le rez-de-chaussée, donne accès à de vastes terrasses.

La crèche compte 3 sections (petits, moyens, grands) clairement séparées, les petits occupant l’étage.

Structure

Les murs et les planchers sont en bois massif de type CLT (cross-laminated timber). Les panneaux qui les constituent sont porteurs. Ils consistent en un assemblage par collage, clouage et/ou goujonage d’un nombre impair de couches de planches de bois de construction (au moins trois couches) placées perpendiculairement les unes des autres.

Les murs du bâtiment comptent 5 couches (9 cm) ou 7 couches (13 cm). Les planchers comptent 9 couches (16 cm).

Le système CLT.

Isolation thermique de l’enveloppe

Les façades sont isolées thermiquement par l’extérieur.

Les murs recouverts d’un parement extérieur en brique ou d’un capot en aluminium ont une couche isolante de 13 cm de mousse de polyuréthane (PUR).

Isolant recouvert par le parement (à gauche) et en attente de capot Alu (à droite).

Les murs recouverts d’un cimentage extérieur ont une couche isolante de 18 cm de mousse de polystyrène expansé (EPS).

Cimentage sur isolant.

Les châssis en bois de forte section sont munis de triple vitrage.

Les châssis en bois avec triple vitrage.

Les planchers posés sur sol ou situés au-dessus d’un vide ventilé ont une couche isolante de 22 cm de mousse de polystyrène extrudé (XPS).

Les toitures plates sont du type toiture chaude avec une couche isolante de 24 cm de mousse de polyuréthane (PUR).

La toiture inclinée à ossature bois est complètement remplie de 30 cm de cellulose.

Installations techniques

Le chauffage est du type chauffage central avec convecteurs alimentés en eau chaude par une chaudière à gaz à condensation de 40 kW.

La chaudière étanche à Gaz à condensation.

La ventilation mécanique de type D est munie d’un récupérateur de chaleur et d’une batterie de chauffe externe pour pouvoir pulser l’air dans le bâtiment directement à bonne température.

L’eau chaude sanitaire (ECS) est produite par la chaudière du chauffage central et stockée dans un ballon de 300 litres. Une boucle d’ECS assure une disponibilité quasi immédiate aux points de puisage répartis dans le bâtiment.

L’éclairage est assuré par des appareils à basse consommation. La plupart ont un système de commande manuel excepté dans les locaux où la présence humaine est moins importante (couloirs, espaces de rangement, buanderie, …) où ils sont commandés par détection de présence.

La puissance moyenne pour l’éclairage est d’environ 3 W/m² grâce au choix d’appareils munis de LED partout où ils convenaient.

Appareil d’éclairage à LED.

Conformité avec les exigences du standard Q-ZEN PEB 2021 (2019)

Le bâtiment a été évalué par rapport aux exigences PEB et, plus particulièrement, au standard Q-ZEN. Le fichier PEB initial encodé en 2013 a été analysé. Ensuite, il a été mis à jour en supposant un encodage en 2021 (ou en 2019 pour les bâtiments publics).

La crèche « Fort Lapin » est un bâtiment neuf ayant comme fonction soin de santé sans occupation nocturne.

L’ensemble du bâtiment ne comporte qu’un seul volume protégé, une seule unité PEB, une seule zone de ventilation et une seule partie fonctionnelle.

Il n’y a qu’une seule partie fonctionnelle grâce à la notion d’espace connexe et aux règles d’assimilations. De manière générale, pour chaque espace individuel devrait exister une partie fonctionnelle, mais cela en créerait un nombre important et par conséquent, un encodage long et fastidieux.

Les espaces connexes ayant une autre fonction que la partie fonctionnelle principale du bâtiment, mais qui fonctionnent « avec » la partie fonctionnelle en question sont réunis avec celle-ci. Dans le cas que nous étudions, l’espace fonctionnel principal est celui des soins de santé sans occupation nocturne et les espaces connexes sont : la cuisine, les communs, les bureaux, les couloirs horizontaux et autres (réserve, buanderie, …). Il reste alors les couloirs verticaux. Grâce aux règles d’assimilations, ceux-ci peuvent être intégrés à la partie fonctionnelle principale, car leur surface est inférieure à 25 % de la surface de celle-ci et ont une surface totale ≤ 250 m².

Quels sont les critères à respecter pour que le bâtiment soit considéré comme conforme aux exigences Q-ZEN 2021 (2019) en Région wallonne ?

Respecter les U_max.
Ne pas dépasser le niveau K maximum en tenant compte de l’impact des nœuds constructifs.
Ne pas dépasser le niveau E_W maximum spécifique au bâtiment concerné.
Respecter les règles de ventilation décrites dans l’annexe C3 de l’AGW du 15/05/2014 telles que modifiées par l’AGW du 15/05/2016.
Installer un comptage énergétique pour chaque unité PEB.

1. Respect des U_max

Les U_max à respecter dans le cas présent sont :

Fenêtres : 1.50 W/m²K
Vitrages : 1.10 W/m²K
Murs : 0.24 W/m²K
Toitures : 0.24 W/m²K
Planchers : 0.24 W/m²K

Le tableau ci-dessous montre que cette exigence a été respectée partout sauf pour les murs contre terre.

Tableau extrait du rapport PEB reprenant les niveaux U des différentes parois.

Le bâtiment répond cependant aux exigences, car la réglementation permet un dépassement du U_max pour maximum 2 % de la surface des parois de l’enveloppe du volume protégé.

Dans le cas présent, les murs contre terre ont une surface de 17 m² alors que la surface totale de déperdition est de 1 242 m². La surface des murs contre terre ne représente donc que 1.3 % de la surface totale de déperdition. Si cela n’avait pas été le cas, il eut été facile d’augmenter de 3 cm l’épaisseur de l’isolant de la paroi trop faible et rendre ainsi le bâtiment conforme au critère U_max.

⇓

3 cm d’isolant suffisent pour rendre le plancher conforme au critère U_max.

2. Respect du critère K ≤ 35

L’impact des nœuds constructifs sur le niveau d’isolation thermique global du bâtiment K est pris en compte dans la méthode PEB.

Cette méthode propose trois manières de les prendre en compte, chacune ayant une influence différente sur les valeurs PEB :

Option A : méthode détaillée ;
Option B : méthode des nœuds PEB conformes ;
Option C : Supplément forfaitaire.

Pour l’encodage de la crèche Fort Lapin, l’option B été choisie.

Une fois cette option choisie il a donc fallu, pour chaque nœud, vérifier s’ils étaient PEB conforme ou non.

Exemple de l’analyse de l’un d’entre eux :

Analyse du nœud constructif « pied de mur brique » [A. de France, 2018].

Pour que ce nœud soit PEB conforme, il faut qu’il réponde aux trois exigences suivantes :

λ_{élément intermédiaire}≤ 0,2 ^W⁄mK
R_{élément intermédiaire}≥ min⁡(^{R_isolant 1⁄}₂ ; ^{R_isolant 2}⁄2)
ou R_{élément intermédiaire} > ^2m²K⁄_W
d_contact ≥ 1⁄2 * min⁡(épaisseur de l’isolant le moins épais)

Dans ce cas-ci, l’élément intermédiaire est la structure en bois contrecollé, l’isolant 1 est du PUR et l’isolant 2 est une chape en PU projeté :

λ_{élément intermédiaire}= 0,12 ^W⁄_mK ≤0,2 ^W⁄_mK -> V
R_{élément intermédiaire} = 0,30/0,12 = 2,50 ^m²^K⁄_W ≥ min⁡(_0,13/^0,023⁄ 2;^0,20/_0,025 ⁄2) -> X
ou R_{élément intermédiaire} = ^0,30/_0,12 = 2,5 ^m²K⁄_W > 2 ^m²K⁄_W -> V
d_contact = 0,3 m ≥ 1⁄2 * 0,13 m -> V

Dans le cas de la crèche, tous les nœuds constructifs étaient PEB conformes ou avaient des performances particulièrement élevées. Aucun n’a donc dû être encodé manuellement.

Le niveau K calculé à partir de la géométrie du bâtiment, du coefficient de transmission thermique U de toutes les parois de la surface de déperdition et des nœuds constructifs est égal à K19, valeur nettement inférieure à la valeur maximale autorisée K35.

3. Respect du critère E_W ≤ (90/45)

Les exigences à respecter dans une unité PEN varient d’une fonction à l’autre.

Ainsi l’exigence E_w pour les fonctions bureau et enseignement est égale à 45 tandis que pour toutes les autres fonctions, elle est égale à 90.

Lorsqu’il y a dans une même unité PEN plusieurs fonctions, l’exigence est adaptée en fonction du poids proportionnel des différentes fonctions.

Méthode de calcul pour l’exigence Ew des unités PEN :

E_W: l’exigence de niveau E_W pour l’unité PEN ;
A_{ch, fct f} : la surface totale de plancher chauffée ou climatisée de chaque fonction f, en m² ;
E_{W, fcf f} : l’exigence de niveau E W pour chaque fonction f ;
A_ch : la surface totale de plancher chauffée ou climatisée de l’unité PEN, en m².

Il faut faire la sommation sur toutes les fonctions f de l’unité PEN.

La crèche ne comprend qu’une seule unité fonctionnelle « soins de santé, sans occupation nocturne ». L’exigence E_W est donc E_W90.

Le calcul des performances du bâtiment à l’aide du logiciel PEB donne pour résultat E_W71. Cette valeur est bien inférieure au critère E_W à respecter.

4. Respect des règles de ventilation

La ventilation du bâtiment est assurée par un système D grâce à une centrale double flux avec récupération de chaleur. Le choix de cette centrale de traitement d’air s’est fait suite au calcul du débit nécessaire dans ce bâtiment conformément à l’annexe C3 de l’AGW du 15/05/2014 tel que modifié par l’AGW du 15/05/2016. Elle répond donc aux exigences PEB Q-ZEN de 2021 (2019).

La centrale double flux, qui se situe dans les combles, assure un débit de 1 170 m³/h qui sera distribué dans l’ensemble du bâtiment. Le débit du ventilateur d’extraction est égal à un pourcentage du débit du soufflage. Cela permet de mettre le bâtiment en légère surpression et d’éviter toute entrée d’air parasitaire. La régulation du débit s’est faite grâce à des clapets autorégulants à débit constant. Une batterie externe a été ajoutée à la centrale pour pouvoir pulser l’air dans le bâtiment directement à bonne température (20,6 °C).

Tableau récapitulatif dans le rapport PEB .- Les gaines de ventilation.

Tableau des débits de ventilation affiché par le logiciel PEB.

5. Respect de la règle de comptage énergétique.

Le bâtiment ne compte qu’une seule unité PEB. Cette règle est donc très facile à respecter puisque la présence des compteurs des sociétés distributrices (gaz et électricité) suffit.

Conclusion : la crèche Fort Lapin est un bâtiment Q-ZEN !
Cela signifie qu’atteindre ce standard est tout à fait réalisable pour les futures constructions, puisqu’un bâtiment performant conçu en 2013 répond déjà aux exigences de 2021 (2019).

Le confort dans la crèche

Le bâtiment répond aux exigences PEB de 2021, mais est-il confortable ?
L’ambiance a été analysée dans les 3 pièces principales de la crèche et ensuite, le ressenti des occupants a été étudié.

Prise des mesures

Pour les mesures intérieures, des sondes enregistreuses ont été placées pendant un mois dans le local principal des différentes sections (petits, moyens, grands). Les données extérieures ont été fournies par le service de prévision météorologique METEOBLUE.

Courbe de l’évolution de la température dans les différentes sections.

De manière théorique, la température dans les différentes sections se situe dans la zone de confort (entre 19.5 °C et 25 °C) à l’exception de certains pics exceptionnels. Dans les zones de repos, on veillera cependant à maintenir la température la plus basse possible pour éviter la mort subite du nourrisson.

Dans une crèche, les puéricultrices sont très attentives à maintenir une température suffisante pour le confort et la santé des bébés et jeunes enfants. La température de consigne est, dès le départ, relativement élevée. À cause de la faible inertie du bâtiment, si en cours de journée, la température extérieure et l’ensoleillement augmentent, l’effet se traduit rapidement à l’intérieur du bâtiment par une augmentation de la température.

Durant la période de mesures, la température extérieure était toujours inférieure à la température intérieure. Une bonne gestion de la ventilation intensive de jour aurait pu maintenir la température des locaux dans la zone de confort. Cela ne serait pas possible lors de fortes chaleurs en été. Durant les fortes chaleurs, il sera sûrement nécessaire d’anticiper les risques en prenant toutes les mesures utiles pour se protéger de la chaleur.

L’humidité relative dans les locaux se trouve comprise entre 20 % et 40 %. Lorsqu’il fait plus froid dehors, elle se trouve sous la limite inférieure de la zone de conforts (30 %).

Cette analyse expérimentale correspond relativement bien avec les ressentis des occupants. Si on regarde les tableaux n° 27,28 et 29, on remarque que les employées, à l’exception de ceux de la section des moyens, trouvent l’air trop sec. Un organe de déshumidification n’aurait donc pas d’intérêt dans ce bâtiment tandis qu’un organe d’humidification pourrait être intéressant.

Ressenti des occupants

Afin de connaître la satisfaction de confort des employés de la crèche, il leur a été demandé de répondre à une grille d’évaluation de manière hebdomadaire pendant le mois des mesures.

Les employées déclarent avoir trop chaud début avril (9, 10 et 11 avril). Le reste du temps, ils apprécient la température ambiante à quelques exceptions où ils disent avoir plutôt chaud à plusieurs reprises malgré que la température intérieure soit comprise entre les deux limites du confort. Les ressentis des occupants correspondent relativement bien à ceux prévisibles à la lecture des mesures. Certains employés indiquent que malgré l’ouverture des fenêtres certains jours, il continue à faire beaucoup trop chaud.

Lorsque l’air est trop sec, les occupants le signalent. C’est beaucoup plus manifeste dans la section des petits où la température de l’air est plus élevée.

Conclusions

Le bâtiment est toujours en phase de rodage et certains réflexes préventifs doivent encore être acquis pour diminuer les surchauffes. Ces réflexes viendront avec l’expérience de ses utilisateurs.

En été, vu la faible inertie du bâtiment, en période de forte chaleur, il sera probablement difficile de maintenir la température sous la limite théorique de confort. La température intérieure ne descendra pas en dessous de la température extérieure. Des protections solaires et une bonne ventilation à certains moments de la journée seront indispensables pour maintenir le confort à des niveaux acceptables. Une nouvelle campagne de mesure et de concertation avec les utilisateurs durant cette période serait très instructive.

Un organe d’humidification de l’air est manifestement nécessaire en hiver lorsque l’air est très sec.

Impact de l’isolation des parois opaques sur les performances

Comme nous l’avons vu précédemment le bâtiment tel qu’il a été construit respecte les exigences PEB 2021 (2019), c’est-à-dire le niveau Q-ZEN. Que se serait-il passé si l’isolation des parois de l’enveloppe du volume protégé avait été réalisée à la limite du respect des exigences sur le coefficient de transmission thermique U ?

Le tableau ci-dessous reprend les valeurs de U initiales (projet réalisé) et de U finales (hypothèse de calcul = U_max)

Parois	λ Isolant [W/mK]	Épaisseur initiale [cm]	Épaisseur finale [cm]	U initiale [W/m²K]	U finale [W/m²K]
Façade 1 brique	0,023	13	7,6	0,16	0,24
Façade 2 enduits	0,032	18	10	0,15	0,24
Panneaux châssis	0,023	13	7,6	0,16	0,24
Mur contre terre	0,023	6	6	0,33*	0,33*
Mur contre EANC	0,023	18	8,5	0,12	0,24
Dalle sur sol	0,025	22	5	0,12	0,24
Dalle sur vide technique	0,025	22	10	0,12	0,24
Toit plat terrasse	0,024	12	1,6	0,12	0,24
Toiture plate couvrant RDC arrière	0,026	24	1,7	0,08	0,24
Toiture plate section moyens	0,026	18	0,5	0,09	0,24
Toiture en pente	0,039	30	17	0,15	0,24

Variation de l’épaisseur d’isolant dans la crèche Fort Lapin [A. de France, 2018].

* cette valeur est supérieure à Umax. Elle n’a pas été modifiée. La surface de la paroi concernée est comprise dans les 2% ne devant pas respecter les U_max.

L’impact sur K et EW est repris dans le tableau ci-dessous

	Valeur initiale	Valeur finale	Delta [points]
K [/]	26	34	+8
E_W [/]	70	76	+6

Influence de l’épaisseur de la couche d’isolant sur les valeurs PEB de la crèche Fort Lapin [A. de France, 2018]

On constate que pour la crèche « Fort Lapin » le respect des U_max permet de respecter les critères K (K35) et E_W (E_W90).
Attention, cela ne signifie pas que ce serait le cas pour d’autres bâtiments différents par leurs fonctions, leurs installations techniques, leurs compacités, etc.

On peut également se demander quel impact a le niveau d’isolation :

sur la consommation en énergie primaire de ce bâtiment ;
sur le niveau K ;
sur le niveau E_W.

Consommation en énergie primaire

Le tableau ci-dessous reprend les besoins en énergie primaire pour le chauffage et le refroidissement en fonction du U moyen pondéré des parois de l’enveloppe du volume protégé de la crèche.

Evolution de la consommation annuelle en EP selon l’isolation des parois [A. de France, 2018].

Plus U_PAROI augmente, plus on est mal isolé et donc plus il faudra chauffer le bâtiment. Par contre si U_PAROI augmente, il faudra également moins refroidir le bâtiment, car celui-ci se refroidira par transmission thermique puisque de manière générale, il fait plus chaud à l’intérieur du bâtiment qu’à l’extérieur. Les courbes sont évidemment théoriques puisque U_PAROI = 0 W/m²K est impossible à atteindre.

Il existe un optimum d’isolation qui serait intéressant à déterminer afin d’isoler un minimum et de consommer un minimum. Cet optimum sera spécifique à ce bâtiment et à son utilisation. Il dépendra principalement du prix des combustibles. Si les prix sont bas, cela ne nous coûtera pas cher de chauffer et donc on isolera moins.

Niveau K

Le graphe ci-dessous montre l’évolution du niveau K en fonction du coefficient de transmission moyen des parois de l’enveloppe du volume protégé. Il s’agit d’une droite puisque le niveau K directement proportionnel au U moyen pondéré. Il est déterminé par 100 fois le produit de cette valeur par un coefficient dépendant de la compacité du bâtiment. Le point d’origine de la droite est évidemment théorique, puisque U_PAROI = 0 W/m²K est impossible à atteindre.

Niveau EW

La courbe ci-dessous montre l’évolution du niveau EW du bâtiment lorsqu’on fait varier le niveau U moyen.

Impact de l’isolation des vitrages sur les performances

Les valeurs par défaut du coefficient de transmission thermique du simple vitrage (U = 5,80 W/m²K), du double vitrage (3,30 W/m²K) et du triple vitrage (2,30 W/m²K), sont supérieures aux exigences de la PEB (Umax = 1,10 W/m²K). Les valeur par défaut ne pourront donc être utilisées que si la surface des vitrages fait partie des 2% de la surface de la déperdition totale AT qui peuvent déroger à la règle des Umax.

		U [W/m²K]
Simple	Clair (8 mm)	5,8
Double	Clair	2,8
	Clair + basse émissivité	1,6
	Clair + absorbant	2,8
	Clair + réfléchissant	2,8
	Clair + basse émissivité +contrôle solaire	1,6
	Clair + basse émissivité + gaz isolant	1 à 1,3
	Clair + basse émissivité + contrôle solaire + gaz isolant	1 à 1,3
Triple	Clair	1,9
	Clair + basse émissivité + gaz isolant	0,5 à 0,8
	Clair + basse émissivité + contrôle solaire + gaz isolant	0,5 à 0,8

Récapitulatif du type de vitrage standard disponible sur le marché aujourd’hui [A. de France, 2018].

Les valeurs surlignées en rouge sont des valeurs supérieures aux exigences du standard Q-ZEN.

Celles en bleu sont des valeurs dont une partie est également supérieure aux exigences. Cela réduit le choix du type de vitrage autorisé dans un bâtiment devant répondre aux exigences PEB.

Les vitrages des fenêtres de la crèche « Fort Lapin » ont un U_g = 0.5 W/m²K

Consommation en énergie primaire

Le tableau ci-dessous reprend les besoins en énergie primaire pour le chauffage et le refroidissement du bâtiment si on fait varier le U moyen des vitrages tout en conservant les mêmes facteurs solaires g.

Évolution de la consommation annuelle en EP selon l’isolation des vitrages [A. de France, 2018].

Des ressauts se produisent lorsque le U_g du vitrage devient supérieur au U_f du châssis. À ce moment la formule simplifiée utilisée dans la méthode de calcul change. La surface de vitrage par défaut passe de 70 % à 80 % de la surface de la fenêtre. Les apports solaires deviennent alors plus importants ce qui diminue les besoins en chauffage en hiver et augmente les besoins en refroidissement en été.

Si les proportions exactes de vitrage et de châssis avaient été encodées, il n’y aurait pas de ressaut.

Niveau K

Le graphe ci-dessous montre l’évolution du niveau K en fonction du coefficient de transmission moyen des vitrages. Il s’agit d’une droite puisque le niveau K directement proportionnel au U moyen pondéré qui lui-même varie linéairement en fonction du Ug du vitrage. Il n’y a pas de ressaut dans la droite puisque les apports solaires n’interviennent pas dans le calcul du K.

Évolution de K en fonction de l’isolation des vitrages [A. de France, 2018].

Niveau E_W

Le graphe ci-dessous montre l’évolution du niveau K en fonction du coefficient de transmission moyen des vitrages.

Évolution d’EW en fonction de l’isolation des vitrages [A. de France, 2018].

EW étant fonction de l’EP totale consommée, elle dépend directement de l’EP consommée pour le chauffage et l’EP consommée pour le refroidissement. Ces deux-ci étant linéaires, il est logique qu’EW le soit aussi. De plus, vu qu’ils ont tous les deux un saut au même endroit, il est logique qu’EW présente une discontinuité en ce point.

Tableau de synthèse

U_VITRAGE [W/m2K]	K [/]	EW [/]
0,0*	23	68
0,1*	24	69
0,2*	24	69
0,3*	25	69
0,4*	25	70
0,5	26	70
0,6	26	70
0,7	27	71
0,8	27	71
0,9	28	72
1,0	29	72
1,1	29	73

Influence de l’isolation des vitrages sur les exigences PEB de la crèche Fort Lapin [A. de France, 2018].

* ces vitrages n’existent pas (encore ?) actuellement.

Impact de l’isolation de toutes les parois sur les performances

Nous avons remarqué ci-avant que si l’on isolait toutes les parois à la limite des exigences, nous répondrions toujours aux exigences K et E_W. Il en va de même pour les fenêtres et leurs châssis. Qu’en est-il si on le faisait pour les deux ?

	Valeur initiale	Valeur finale	Delta [points PEB]
K [/]	26	40	+14
E_W [/]	70	81	+11

Influence de l’isolation de la crèche Fort Lapin sur les valeurs PEB [A. de France, 2018].

Si on répond bien aux différentes exigences U, on ne répond plus à celle de K. Cette dernière est donc plus sévère que l’exigence U dans le cas de la crèche.

L’exigence qui sera la plus sévère dépendra de la compacité du bâtiment et de la proportion entre parois opaques et les parois transparentes.

Une compacité plus élevée est toujours souhaitable, mais ce n’est pas toujours possible à cause des contraintes architecturales par exemple.

Impact des nœuds constructifs sur les performances

Il existe trois manières de prendre en compte les nœuds constructifs, chacune ayant une influence différente sur les valeurs PEB.

Option A : méthode détaillée ;
Option B : méthode des nœuds PEB conformes ;
Option C : Supplément forfaitaire.

-> L’option A qui est la plus précise nécessite un travail important. Tous les nœuds constructifs doivent être modélisés pour en connaître le Ψ linéaire ou le χ ponctuel. Ils doivent en outre être mesurés et comptés.

-> L’option B est plus pragmatique. Elle permet une évaluation rapide de la qualité thermique des nœuds constructifs sans pénaliser significativement les résultats du calcul de K et de E_W.

-> L’option C est la plus facile mais pénalise fortement les résultats.

	Option C	Option B	Delta [points]
K [/]	26	19	-7
E_W [/]	70	64	-6

Influence des nœuds constructifs sur les valeurs PEB de la crèche Fort Lapin [A. de France, 2018].

Les résultats obtenus correspondent avec ce qui était prévisible. En effet, de manière globale, utiliser l’option C induit un supplément de 10 points à la valeur K tandis que l’option B, lorsque comme c’est le cas ici, tous les nœuds constructifs sont PEB conformes, en ajouterait 3. Il y a donc bien une différence de plus ou moins 7 points entre les deux options. Cette différence a également un impact important sur le E_W. Celui-ci varie en fonction de la compacité du bâtiment.

Utiliser l’option B lorsque la majorité des nœuds constructifs sont PEB conformes est donc une manière facile de gagner des points PEB sur les exigences K et E_W.

Impact de l’étanchéité à l’air sur les performances

Que se passe-t-il lorsque l’étanchéité à l’air de l’enveloppe de la crèche « Fort Lapin » est différente ? En d’autres mots, que se passe-t-il lorsque v₅₀ varie ? (v₅₀ représente le débit de fuite pour une différence de 50Pa entre l’intérieur et l’extérieur par unité de surface de l’enveloppe [m³/h.m²]).
Le cahier spécial des charges demandait que le v₅₀ ne dépasse pas 0.92 m³/hm². Malheureusement, la valeur mesurée lors de la réception du bâtiment était 1.98 m³/hm². C’est donc cette dernière valeur qui a été utilisée dans la déclaration PEB finale.

Actuellement, d’après le CSTC, les bâtiments construits sans attention particulière à l’étanchéité à l’air ont un v50 variant entre 6 et 12 m³/(h.m²). Elle varie entre 2 et 6 m³/(h.m²) lorsqu’une conception judicieuse et une mise en œuvre soignée a été appliquée. Pour descendre sous ces valeurs, une véritable expertise est nécessaire tant au niveau de la conception que de l’exécution : chaque détail, chaque nœud constructif, … doit être correctement analysé et tous les corps de métier doivent être sensibilisés et impliqués dans cette recherche d’étanchéité à l’air.

Le tableau ci-dessous indique les valeurs K et E_W qu’aurait atteint le bâtiment si son étanchéité à l’air avait été différente.

	Valeur mesurée sur site	Valeur visée dans le cahier des charges	Valeur théorique minimum	Valeur max lors d’une attention très particulière	Valeur max lors d’une faible attention	Valeur maximum (par défaut)
v₅₀ [m³/h.m²]	1,98	0,92	0	2	6	12
K [/]	26	26	26	26	26	26
EW [/]	70	69	69	70	73	79

Représentation de l’influence de l’étanchéité à l’air sur les valeurs PEB [A. de France, 2018].

La première chose que nous remarquons dans ce tableau est que l’étanchéité à l’air n’influence pas la valeur de K. K dépend uniquement de la compacité du bâtiment et de l’isolation de chaque paroi. Il est donc indépendant de l’étanchéité à l’air.
Le graphique suivant a été dessiné en faisant varier le v₅₀ de 0 m³/(h.m²) (valeur minimum théorique, mais inatteignable) à 12 m³/(h.m²) (valeur imposée par défaut par le programme). Ensuite, ce graphique a été divisé en trois parties :

En vert : niveau d’étanchéité obtenu en faisant une véritable expertise (0 < v₅₀ < 2)
En orange : niveau d’étanchéité obtenu en faisant une conception judicieuse et une mise en œuvre soignée (2 < v₅₀ < 6)
En rouge : niveau d’étanchéité obtenu en n’appliquant pas d’attention particulière à l’étanchéité à l’air (v₅₀ > 6)

Évolution d’EW en fonction de l’étanchéité à l’air [A. de France, 2018].

On remarque que ce graphe a une forme « d’escalier ». Cela est dû au fait que le logiciel PEB arrondit toujours les valeurs à l’unité supérieure (exemple : 71,05 -> 72) afin de se placer du côté de la sécurité.

Dans le graphique suivant, des valeurs dites « PEB » qui sont les valeurs données par le logiciel et des valeurs dites « brutes » qui sont les valeurs non arrondies calculées à partir des formules trouvées dans les normes.

Évolution d’E_W en fonction de l’étanchéité à l’air [A. de France, 2018].

Comme on le voit l’impact de l’étanchéité à l’air sur E_W est linéaire. Il y a juste un petit ressaut qui apparaît lorsqu’on passe de v₅₀= 8,05 à 8,06 m³/(h.m²). Cette valeur ne correspondant à aucune limite théorique, la consommation d’EP des différents postes a été analysée. On remarque une variation plus importante que précédemment pour la consommation d’EP pour le chauffage. Une demande d’EP pour le chauffage apparaît en juin alors qu’elle était toujours nulle pour des valeurs v₅₀ ≤ 8.05 m³/m².

Si on retire cette demande en juin, le petit saut disparaît et on retrouve la droite initiale.

Dans la réglementation PEB, le calcul de la consommation de chaud prévoit que si le rapport gain-déperdition de chaud pendant un mois se trouve entre 0 et 2,5 une consommation est prise en compte. Si ce rapport est hors de ces limites, on considère la consommation de chaleur nulle.

Dans le cas de la crèche, en passant d’une étanchéité à l’air de 8,05 à 8,06 m³/(h.m²), le facteur gain-déperdition prend au mois de juin une valeur située entre 0 et 2,5 engendrant une consommation d’EP pour le chauffage.

Conclusion

L’étanchéité à l’air influence fortement la valeur d’EW (jusqu’à 10 points). De plus, comme l’évolution est linéaire, l’impact sera toujours le même, peu importe la performance existante. Descendre sous 2 m³/(h.m²), influence peu EW (maximum -1 point). Or, pour descendre sous cette valeur, une véritable expertise est nécessaire tant au niveau de la conception que de l’exécution. Un optimum économique doit être estimé.

Impact du choix de la production de chaleur sur les performances

La crèche « Fort Lapin » est équipée d’une chaudière à gaz à condensation de 40 kW.

Si pour comparer les différents types de générateurs, les valeurs par défaut pour le rendement sont appliquées, on obtient pour la crèche les valeurs reprises au tableau ci-dessous.

Type de générateur	EP chaud [MJ]	EW [/]
Chaudière à eau chaude à condensation	101456,89	74
Chaudière à eau chaude non à condensation	101456,89	74
Générateur d’air chaud	101456,89	74
Fourniture de chaleur externe	148524,52	83
Chauffage électrique par résistance	183761,2	89
Autre générateur	101456,89	74

Influence du type de générateur sur les valeurs PEB de la crèche Fort Lapin [A. de France, 2018].

Il n’y a aucune différence pour les valeurs d’E_W pour les 4 types de générateurs suivants : la chaudière à eau chaude à condensation, la chaudière à eau chaude non à condensation, le générateur d’air chaud et l’autre générateur. Il aurait semblé évident qu’une chaudière à condensation engendre moins de point EW qu’une chaudière non à condensation par exemple.

Ces rendements sont identiques parce que les valeurs par défaut du rendement ont été utilisées pour le calcul. La PEB se place en effet du côté de la sécurité pour les valeurs par défaut. En indiquant un même rendement pour une chaudière à eau chaude à condensation qu’une chaudière à eau chaude non à condensation, la PEB prévoit que la température de retour pourrait être trop élevée pour que la condensation se produise dans la chaudière à condensation.

Voici un tableau reprenant les valeurs obtenues pour différents types de générateurs sans utiliser les valeurs par défaut, mais bien les valeurs certifiées par des fabricants :

Type de générateur	Vecteur énergétique	η [%]	Température de retour [°C]	E_W [/]
Chaudière à eau chaude à condensation	Gaz naturel	107,1	30	70
Chaudière à eau chaude à condensation	Mazout	102	35	71
Chaudière à eau chaude non à condensation	Gaz naturel	81,94	30	74
Générateur d’air chaud	Gaz	92,5	/	72
Générateur d’air chaud	Mazout	90,1	/	71
Fourniture de chaleur externe	/	97	/	83
Chauffage électrique par résistance	/	100	/	89

Exemple de type de générateurs [A. de France, 2018].

La puissance n’est pas prise en compte dans ce tableau parce que celle-ci n’influence pas le calcul PEB. Cette puissance n’est utile que lorsqu’il y a plusieurs types de générateurs. Le logiciel prendra par défaut le générateur le plus puissant comme générateur préférentiel.

Conclusion

Comme on pouvait s’y attendre, le choix du type de générateur « chauffage électrique par résistance » est fort défavorable à la valeur d’E_W. Il engendre +19 points par rapport à la chaudière réellement utilisée dans la crèche. Les autres types de générateurs engendrent au maximum 4 points en plus. La chaudière à gaz à condensation a donc été judicieusement choisie.

Quel avantage procureraient des panneaux photovoltaïques

Avant d’analyser l’impact qu’aurait une installation de panneaux photovoltaïques sur les points PEB de la crèche, elle doit d’abord être pré-dimensionnée.

Les différentes parois de la crèche ont été étudiées pour déterminer où les panneaux photovoltaïques pourraient être placés sachant que l’inclinaison idéale est de 35° et que l’exposition idéale est au sud.

La toiture inclinée n’a pas été retenue à cause de sa pente de 18° exposée Nord.

Parmi les toitures plates, deux ont été retenues :

la toiture A, au-dessus du local du personnel (38 m² exploitables) ;
la toiture B, au-dessus de l’espace de rangement et de l’EANC (39 m² exploitables).

À partir de leurs surfaces, la puissance de production de ces panneaux peut être calculée. Sachant qu’on peut produire environ 0,125 kWc par m², on peut estimer que :

la toiture A produira 4,75 kWc ;
la toiture B produira 4,88 kWc.

Pour calculer la production électrique annuelle des panneaux, la formule suivante doit être utilisée :

[kWh] = [kWc] * 950 kWh * α

Où,

950 kWh permet de considérer que 1 kWc produit 950 kWh quand le panneau est exposé plein sud à 35°
α est un coefficient correcteur prenant en compte l’orientation et l’inclinaison des panneaux photovoltaïques.

		Inclinaison [°]
Orientation		0	15	25	35	50	70	90
	Est	88 %	87 %	85 %	83 %	77 %	65 %	50 %
	Sud-est	88 %	93 %	95 %	95 %	81 %	81 %	64 %
	Sud	88 %	96 %	99 %	100 %	87 %	87 %	68 %
	Sud-Ouest	88 %	93 %	95 %	95 %	81 %	81 %	64 %
	Ouest	88 %	87 %	85 %	82 %	65 %	65 %	50 %

Coefficients correcteurs d’orientation et d’inclinaison des panneaux photovoltaïques
[https://www.energieplus-lesite.be/index.php?id=16688]

La toiture A produirait donc théoriquement 4,75 * 950 * 0,95 = 4 286 kWh
La toiture B produirait donc théoriquement 4,88 * 950 * 0,95 = 4 404 kWh
Et le bâtiment produirait 8 690 kWh.

Cependant, selon le logiciel PEB, ces panneaux produiront en réalité 6560 kWh à cause du facteur d’ombrage.

Quatre types d’ombrages sont à considérer. Ils valent :

	Toiture A	Toiture B
Angle d’obstruction	0°	0°
Angle vertical de la saillie horizontale	11°	24°
Angle de saillie à droite	0°	0°
Angle de saillie à gauche	15°	32°

L’ombrage joue un rôle très important sur la production d’une cellule photovoltaïque et donc sur la production d’un panneau entier.
Pour les panneaux photovoltaïques, trois hypothèses ont été prises :

Les panneaux sont mono/polycristallins.
Les panneaux ne sont pas intégrés à la paroi du bâtiment.
On installe un onduleur avec isolation galvanique.

	Sans panneau photovoltaïque	Avec panneaux photovoltaïques
K [/]	26	26
EW [/]	70	59

Influence des panneaux photovoltaïques sur les valeurs PEB de la crèche Fort Lapin [A. de France, 2018].

Si aucun ombrage n’était présent on gagnerait encore 3 points d’EW.
En 2017, le prix d’une installation de panneaux photovoltaïques tout compris variait entre 1 100 et 1 500 € par kWc. Cela signifie que cette installation coûterait entre 10 593 € et 14 445 €.
On peut donc estimer que chaque point PEB gagné grâce à ces panneaux coûtent entre 963 et 1 313,18 €.
En plus de gagner ces points PEB, on estime un gain de 1 901,38 €/an sur la facture d’électricité.

Conclusion

Les panneaux photovoltaïques sont un bon moyen pour gagner facilement des points PEB sur le paramètre E_W. Il s’agit aussi d’une énergie produite à partir de sources renouvelables très facile à mettre en place pour couvrir le peu d’énergie requise comme demandé par la directive NZEB.

Dans un futur proche, le logiciel PEB devra se mettre à jour en proposant plus de paramètres à encoder car on va connaitre une diversification du type de cellules et d’accessoires tels que les diodes by-pass.

Découvrez cet exemple de bâtiment « très basse énergie » : les halls de tri chez BPOST.

Posted By : Sylvie 19 Juin, 2018

Des halls de tri de BPOST « très basse énergie »

BPOST – Arch. BEAI – photo Serge BRISON.

Introduction

Bpost a voulu innover en matière de bâtiments peu énergivores. Dans leurs nouveaux centres logistique, la recherche d’économie d’énergie s’est faite dans tous les détails. La société a lancé un nouveau concept de plateforme logistique où l’organisation est optimisée. Par exemple, un cloisonnement des halls est possible si tout l’espace n’est pas nécessaire au fonctionnement.

Les principaux critères liés à la réalisation de ces bâtiments était une consommation maximale en énergie primaire (le gaz, le chauffage, l’électricité pour l’éclairage, pour les ordinateurs, …) de 100 kWh/m² par an et enfin une prise en compte des bilans d’énergie grise.

Les deux bâtiments de bpost que nous allons présenter ici ont la même fonction. Ils sont situés à Thimister-Clermont (Verviers) et à Houdeng-Goegnies (La Louvière). Ce sont des Mail Centers où s’effectue la finalisation de la préparation des tournées de distribution du courrier et duquel s’organisera cette distribution. Ils regroupent les activités d’anciens centres de distribution plus petits.

Mail Center de Houdeng-Goegnies
BPOST – Arch. BEAI – photo Serge BRISON.

Mail Center de Thimister-Clermont
BPOST – Arch. BEAI – photo Serge BRISON.

Des bâtiments compacts

Les bâtiments réalisés ont une forme simple et compacte. Ils sont presque carrés, ont une toiture plate et leur volume est important.

Un bâtiment compact.

Cela présente les avantages suivants :
L’efficacité thermique

La déperdition thermique est directement proportionnelle à l’aire de l’enveloppe du volume protégé. Lorsque le bâtiment a une compacité élevée, cette aire est en effet réduite par rapport au volume utilisable.
Le nombre et la longueur des nœuds constructifs sont réduits ce qui diminue les risques de ponts thermiques parfois difficiles à maîtriser.

Le coût

Moins de matériaux mis en œuvre pour réaliser des parois de l’enveloppe moins grandes.

La sobriété

Celle-ci est encore accentuée par la réalisation de détails soignés faisant disparaitre toute complication formelle.

Gestion de l’espace

Il est inutile d’occuper et de chauffer tout le bâtiment lorsque le volume d’activité diminue. Ne chauffer que les parties occupées permet d’économiser de l’énergie.

Une cloison de division est prévue. Elle offre un haut niveau d’isolation thermique (12 cm d’épaisseur) si une partie des halls divisés ne devait plus être traitée thermiquement. Cette cloison est conçue pour être facilement démontée et remontée au droit d’un autre axe du bâtiment. Du point de vue des techniques spéciales, la division de la halle en 2 zones demande d’ajouter, sur les gaines de ventilation, des clapets motorisés permettant d’isoler les zones non occupées ou à ne pas ventiler. L’ajout d’une régulation d’adaptation débit – pression sur les ventilateurs est prévu. La position des aérothermes est étudiée de manière à garantir la possibilité de chauffe différente des zones même après cloisonnement, et ce sans déplacement des appareils. L’alimentation des rails d’éclairage, parallèles, devra permettre la mise en place de la cloison sans modification des rails suspendus.

Des parois extérieures bien isolées

Façades du hall

Les façades du hall sont constituées de panneaux sandwich en acier remplis de mousse de polyisocyanurate (PIR). Cette technique est particulièrement adaptée aux bâtiments industriels, car elle permet, grâce à la préfabrication, un montage rapide sur chantier et une production réduite de déchets.

Façades du hall de manutention.

L’isolant a une épaisseur de 12 cm, ce qui confère à la paroi un coefficient de transmission thermique U égal à 0.167 W/m²K avec un isolant non certifié dont le coefficient de conductivité thermique λ_D est certifié égal à 0.021 W/mK.

La valeur de U sera encore plus basse (et donc meilleure) si l’isolant possède un agrément technique valable certifiant un λD (lambda déclaré) plus bas.

La mousse PIR est particulièrement isolante et c’est, à l’heure actuelle, un des isolants ayant le coefficient de conductivité thermique λ le plus bas.

Calculs

Pour calculer le coefficient de transmission thermique U d’une paroi suivant la méthode PEB.

Le niveau d’isolation atteint par cette façade est remarquable pour un hall industriel.

Façades des bureaux

Les façades des bureaux sont constituées des mêmes panneaux sandwich placés devant un voile en béton armé. L’espace libre entre les deux éléments est rempli de 12 cm de laine de roche (MW).

Façades des bureaux.

Le coefficient de transmission thermique U de cette façade est égal à 0.115 W/m²K avec des isolants certifiés dont les coefficients de conductivité thermique λ sont : λ _PIR = 0.021 W/mK et λ MW = 0.045 W/mK. En 2016, la réglementation PEB exige pour les façades un U ne dépassant pas 0.24 W/m²K.

Calculs

Pour calculer le coefficient de transmission thermique U d’une paroi suivant la méthode PEB.

La toiture plate

Il s’agit d’une toiture chaude posée sur un support léger en tôle profilée d’acier. L’isolation thermique est assurée par une couche de polystyrène expansé (EPS 100 SE) de 20 cm d’épaisseur.

Cet isolant a un coefficient de conductivité thermique utile déclaré λ_ui égal à 0.036 W/mK. Si on ne tient pas compte de l’isolant acoustique placé dans les ondes, le coefficient de transmission thermique U de la toiture est égal à 0.18 W/m²K. En 2016, la réglementation PEB exige pour les toitures comme pour les façades un U ne dépassant pas 0.24 W/m²K.

Calculs

Pour calculer le coefficient de transmission thermique U d’une paroi suivant la méthode PEB.

La toiture plate.

(BPOST Houdeng-Goegnies).

Des nœuds constructifs bien étudiés

Le premier principe à respecter si on veut éviter les ponts thermiques au droit des nœuds constructifs est d’y assurer la continuité de la couche isolante. Dans les bâtiments de BPOST une attention toute particulière a été réservée à ce critère.

Voici quelques détails techniques qui montrent des solutions faciles à mettre en œuvre même dans des systèmes de constructions industrielles qui font appel principalement à la préfabrication.

Le raccord entre la façade des bureaux et la toiture plate

Le petit mur d’acrotère en béton armé a été complètement emballé par une couche d’isolant. Même si, à cet endroit, l’isolant est moins épais qu’en façade ou en toiture, le pont thermique est quasiment annulé. Le nœud constructif répond largement aux règles de base exigées pour qu’il soit conforme suivant les prescriptions de la PEB. Les systèmes constructifs entre Thimister-Clermont et Houdeng-Goegnies sont semblables mais les nœuds constructifs ont été simplifiés à Houdeng-Goegnies.

Raccord entre la façade des bureaux et la toiture plate.
(BPOST Thimister-Clermont).

Le raccord entre la façade du hall et la dalle de sol

Le panneau sandwich isolant de la façade est relié à l’isolant du sol par un isolant ayant la même épaisseur que le panneau. L’isolant est bien protégé, tant du côté intérieur que du côté extérieur, par des plinthes préfabriquées en béton. Entre le panneau et l’isolant posé en pied de mur, l’espace vide est comblé par un isolant expansible. La continuité de la couche isolante est ainsi respectée. Ici aussi, le nœud constructif est thermiquement très performant.

Raccord entre la façade et le plancher du hall.
(BPOST Thimister-Clermont).

Les raccords entre les menuiseries extérieures et les façades

Ces raccords ont été réalisés de manière à réduire le plus possible les ponts thermiques. L’isolant de la façade est directement en contact avec le cadre de fixation des châssis en bois.

Le cas des seuils de porte est plus difficile à résoudre. Les isolants sont des matériaux fragiles qui ne résistent pas au passage des personnes et des véhicules ou accessoires de manutention. Le pont thermique a cependant été en partie résolu par la réalisation d’une rupture thermique épaisse de 4 cm et remplie de mousse de polyuréthane. La face supérieure de la mousse est protégée par une latte de chêne fixée au béton. Cette latte qui affleure avec le sol intérieur permet la circulation et en outre, grâce à sa planéité, permet, moyennant la pose de certains accessoires dans la menuiserie, une bonne étanchéité à l’air lorsque la porte est fermée.

Linteau, appui de fenêtre et seuil de porte.
(BPOST Thimister-Clermont).

Une bonne étanchéité à l’air

Lorsque les parois d’un bâtiment sont thermiquement performantes et lorsque les ponts thermiques sont réduits au minimum, les pertes de chaleur par infiltration/exfiltration deviennent proportionnellement importantes. Il convient alors de soigner l’étanchéité à l’air de l’enveloppe.

L’étanchéité à l’air des halls industriels de BPOST est performante. Les tests finaux ont montré que celle-ci est égale à :

0.75 vol/h sous 50 Pa à Houdeng-Goegnies;
0.56 vol/h sous 50 Pa à Thimister-Clermont.

Le système de bardage isolé assure une étanchéité à l’air globale de l’enveloppe à 2 m³/h.m².

Chaque nœud constructif a été réalisé en veillant à limiter les fuites d’air.

D’autre part, les accès au bâtiment ont été équipés de sas diminuant fortement les pertes d’énergie par courant d’air. Les sas sont thermiquement isolés. Ils sont munis de 3 portes successives, 2 vers l’extérieur et 1 vers l’intérieur du hall. La porte sectionnelle extérieure assure la fermeture du bâtiment lorsque le sas n’est pas en service. Lorsque le sas est en service, c’est le volet rapide qui assure la fermeture lorsqu’il n’y a pas de passage. Voir schéma ci-dessous.

Coupe dans un sas.
(BPOST Thimister-Clermont).

Les portes sectionnelles des quais camion sont doublées par un sas isothermique qui se raccorde à la remorque du camion lors d’un déchargement. Donc, même lorsque ces portes sont en service, les infiltrations et exfiltrations d’air sont réduites

Des risques de surchauffe réduits

Les moyens utilisés pour diminuer les risques de surchauffe sont : le placement de protections solaires extérieures et la ventilation intensive.

Suivant les cas, les protections solaires seront de deux types.

A Thimister-Clermont, pour les bureaux orientés au Sud-Ouest, des protections solaires textiles automatiques ont été installées.

Thimister-Clermont – Protections solaires automatiques.
BPOST – Arch. BEAI – photo Serge BRISON.

A Houdeng-Goegnies, les auvents couvrant les quais de chargements offrent une protection fixe contre l’ensoleillement d’été.

Houdeng-Goegnies – Auvent.
BPOST – Arch. BEAI – photo Serge BRISON.

Dans les deux bâtiments, une série de coupoles ouvrantes permettent la ventilation intensive.

Thimister-Clermont – Ventilation intensive.
BPOST – Arch. BEAI.

Le choix des systèmes constructifs et matériaux

Le choix des matériaux de construction a été dirigé par le souci d’avoir un impact réduit sur l’environnement tout en gardant à l’esprit que les systèmes constructifs industriels restent le meilleur choix économique. La réalisation d’un hall à ossature bois et isolation d’origine naturelle est techniquement envisageable. Néanmoins, cette solution a été écartée dans la mesure où elle représente un surcoût important. Sur base de données issues de la Région Wallonne, des fiches Éco-Bau suisses et d’Agréments Techniques Nationaux, une analyse comparée des matériaux a défini le meilleur rapport entre énergie grise, conductivité thermique λ et coût.

Les bâtiments sont modulés sur des travées de 6 mètres. Le système structurel est régulier et simple. Il permet une bonne préfabrication et une bonne organisation de chantier. L’exécution est simple, rapide et économique.

La structure est de type « colonnes en béton et poutres en bois lamellé-collé ». Les colles résistent très bien aux chocs et au feu. Les poutres peuvent être dimensionnées pour présenter une stabilité au feu suffisante.

Houdeng-Goegnies – Structure : poutres en bois, colonnes en béton.
BPOST – Arch. BEAI – photo Serge BRISON.

La lumière naturelle

Celle-ci baigne l’ensemble du hall industriel BPOST de Houdeng-Goegnies par 48 ouvertures zénithales de 1.80 m sur 1.80 m.
La lumière est tamisée, homogène et sans contre-jour ni éblouissement.
Les parois intérieures sont de teintes claires. Le lieu de travail est lumineux calme et serein.
Cette conception de l’enveloppe permet d’importantes économies d’électricité. Dans les halls, un éclairage de base de 150 lux est obligatoire. Les 48 coupoles assurent 66 % de ces besoins de base.

En ce qui concerne l’éclairage artificiel, des luminaires sur des rails précâblés suspendus à une hauteur de 4 m permettent d’obtenir les niveaux d’éclairement de 150 (base) et 600 (travail) lux et répartis en zones pour tout le hall. L’avantage des rails précâblés 9 fils utilisés dans ce projet est que l’on peut déplacer les luminaires comme on le désire et sur les différents allumages sans interrompre leur fonctionnement. Tous ces luminaires sont gérés en différents allumages par zones avec une gestion via détection de luminosité ambiante et détection de présence. La gestion par cellules de luminosité, par zone et par allumage, permet d’éteindre dès que possible un maximum de luminaires en fonction de la luminosité du jour dans le hall. Ce dispositif assure une baisse des consommations électriques, notamment grâce à l’apport en lumière naturelle des coupoles. Les différents locaux de la partie administrative sont gérés par sondes de luminosité, détecteurs de mouvement et de présence. Dans les locaux jouissant de lumière naturelle, la commande est régie par bouton poussoir et détecteur d’absence.
Le type de luminaires et de lampes a été choisi selon ses qualités photométriques, son haut indice de rendu des couleurs (IRC > 0,80), son rapport qualité/prix et la garantie proposée sur les produits. Depuis le tableau divisionnaire, il est possible de déroger manuellement aux modes de gestion automatique.

Houdeng-Goegnies – Lumière naturelle et régulation de l’éclairage artificiel.
BPOST – Arch. BEAI – photo Serge BRISON.

Informations complémentaires

Cette étude de cas a été développée grâce aux informations fournies par le bureau d’architecture ayant conçu les bâtiments.

B.E.A.I. Bureau d’Engeneering et d’Architecture Industrielle.
Notre interlocuteur fut Monsieur Bernard Van Damme, architecte.
Téléphone : 02 675 12 00 – Email : beai@beai.be – Site internet : www.beai.be

Posted By : Sylvie 7 Juin, 2018

NetZEB : bâtiments Nets Zéro-Énergie

Définition

Dans la famille des concepts de performance énergétique des bâtiments, je demande le bâtiment net zéro-énergie !

Mais qu’est-ce qu’un bâtiment « net » zéro-énergie ?

Les NetZEB pour « Net Zero Energy Building » (bâtiments nets zéro-énergie, ou « à bilan énergétiques neutres ») ne sont en rien des bâtiments autonomes ou zéro émissions. Ils peuvent être définis comme produisant autant d’énergie qu’ils n’en consomment sur une période de temps. Le bâtiment peut consommer ou non sa production et consommer de l’énergie issue du réseau ou de sa propre production (autoconsommation). Le bilan s’établi sur une année, généralement en énergie primaire et la production énergétique doit être renouvelable, cela va de soi !

Ainsi, un tel bâtiment compense sa consommation du mix énergétique sur le réseau en déversant sa surproduction renouvelable sur le réseau lorsqu’il ne peut l’autoconsommer. Généralement, le bâtiment sera consommateur en hiver et producteur en été. L’indication « Net » devant « zéro-énergie » vise à souligner cet équilibre entre consommation et production, calculé en énergie primaire. [Schéma central, ci-dessous]

Pour les bâtiments qui produisent plus d’énergie qu’ils n’en consomment, on parlera de bâtiments à énergie positive [schéma de droite, ci-dessous] tandis que ceux dont la production est proche de leur consommation mais inférieure on utilisera le terme « Quasi zéro énergie ». [Schéma de gauche, ci-dessous]

* Si en 2018 aucune exigence wallonne ne porte sur le net zéro-énergie ou l’énergie positive, la directive Européenne 2010/31/UE impose néanmoins aux États-membres que toutes les nouvelles constructions soient quasi zéro-énergie dès le 1er Janvier 2021. Chaque État-membre est néanmoins libre de définir jusqu’à quelle écart entre production et consommation d’énergie primaire il considère qu’un bâtiment est « quasi » zéro-énergie. Pour la Wallonie, toutes les valeurs réglementaires en fonction du type de bâtiment se trouvent sur notre page dédiée.

On comprend donc bien que ce qui est mesuré au niveau de la balance énergétique ne concerne que les échanges entre le réseau et le bâtiment, ce qui se passe à l’intérieur du bâtiment n’est pas repris dans le bilan. L’éventuelle part d’autoconsommation n’est ainsi pas directement comptabilisée ou valorisée dans cet équilibre. L’égalité se fait par comparaison entre consommation sur le réseau et surproduction remise sur le réseau.

Schéma sur l'équilibre entre consommation sur le réseau en hiver et surproduction injectée sur le réseau en été. — Équilibre entre la consommation sur le réseau en hiver et la surproduction injectée sur le réseau en été.

Ces bâtiments sont toujours dépendants du réseau car ils y puisent une partie de leur consommation. Il ne faudra donc pas les confondre avec les bâtiments strictement zéro-énergie ou les bâtiments autonomes qui eux parviennent à annuler leurs besoins en énergie ou à les combler instantanément et en totalité par des énergies renouvelables produites sur place ou au sein d’un district énergétique local sans connexion au réseau.

Histoire du concept

Les premières mentions de bâtiments zéro-énergie sont la MIT Solar House I en 1933 (BUTTI,K.et PERLIN,J.(1980). A Golden Thread, 2500 Years of Solar Architecture and Technology. Van Nostrand Reinhold Company) et la Bliss House en 1955 (BLISS, R. (1955). Design and performance of the nations’ only fully solarheated house. Air conditioning, Heating and Ventilating, 52:92–97). D’autres exemples historiques sont la Vagn Korsgaard Zero energy Home au Danemark (ESBENSEN,T.et KORSGAARD,V.(1977). Dimensioning of the Solar Heating System in the Zero Energy House in Denmark. Solar Energy, 19:195– 199) et la Saskatchewan Conservation House (BESANT, R., DUMONT, R. et SCHOENAU, G. (1979). The Saskatchewan conservation house: some preliminary performance results. Energy and Buildings, 2:163–174). Les premières se concentraient sur la maximisation de la production et valorisation de l’énergie solaire, les secondes y ajoutaient des mesures de réduction de la demande de chaleur.

Ces deux axes de développement vont se croiser à la fin du XXème siècle, et résulter en une modification importante de la conception et du bilan énergétique des bâtiments. Par exemple, le double puis triple vitrage devient la norme permettant d’augmenter la surface vitrée des logements et bureaux sans augmenter les besoins de chaleur, mais en élevant les besoins de refroidissement. Ceci entraîne des réflexions plus poussées sur les protections solaires, le développement de doubles façades, etc. C’est à ce moment que se produit un glissement dans la manière de concevoir. Alors qu’avant une installation de conditionnement d’air était pensées isolément pour compenser les charges thermiques du bâtiment, quelle qu’elles soient, les concepteurs l’ont progressivement intégrée au concept global du bâtiment pour en faire un ensemble de plus en plus cohérent et complémentaire regroupant: l’enveloppe, les HVACs, les techniques passives, l’éclairage et les appareils électriques.

L’intégration croissante des systèmes et l’apparition au début des années 90’ de l’idée que techniquement le soleil pourrait suffire à répondre aux besoins d’énergie du bâtiment, contribue à renforcer la réflexion sur le zéro-énergie. Le soleil, bien utilisé et combiné à des techniques passives de régulation de l’ambiance pourrait permettre de tendre vers le zéro-énergie. Or, à ce moment, les panneaux solaires photovoltaïques et thermiques se développent, gagnent en efficacité mais surtout deviennent de plus en plus abordables.

La conjoncture d’alors entre :

le développement de technologies de production d’énergie renouvelable abordables,
l’urgence environnementale,
la nécessité de réduire le pic énergétique de la demande,
la mise en place de politiques économiques de soutien au développement des énergies renouvelables
la maturité des systèmes HVAC
l’émergence d’une vision complète et intégré des systèmes.

fut propice au développement de la perspective du Net Zéro-Énergie.

Assez vite est apparue une réflexion sur le caractère autonome (par rapport au réseau) ou non des bâtiments « zéro-énergie ». Vale et al. ont montré que l’idée d’une liaison au réseau permet une meilleure performance sur le cycle de vie du bâtiment que la recherche d’autonomie par le stockage in situ de l’énergie produite, et offre également plus de ﬂexibilité (VALE, B. et VALE, R. (2002). The New Autonomous House : Design and Planning for Sustainability. Thames & Hudson Ltd). L’idée que le bâtiment « zéro-énergie » fasse partie intégrante d’un réseau énergétique s’est dès lors généralisée.

L’idée d’un habitat entièrement autonome est aujourd’hui limitée aux cas où les réseaux d’énergie font défaut. Pour éviter toute confusion le terme bâtiment net zéro-énergie (Net-ZEB) est utilisé de préférence à bâtiment « zéro-énergie » pour désigner un bâtiment dont la balance consommation/production est nulle sur une période déterminée (généralement un an). Il s’agit d’avoir pu produire et réinjecter sur un réseau autant d’énergie que l’on en aura consommé. Cette approche a le mérite de replacer le bâtiment dans un contexte régional (via le réseau d’électricité) ou local (via des réseaux de chaleur urbains). Notons que certains projets se présentent déjà comme plus ambitieux et prétendent à un statut de bâtiment à énergie positive.

Peut-on être NetZEB et gros consommateur d’énergie fossile?

Oui, en théorie, sans aucun doute. D’après la définition littérale d’un bâtiment NetZEB, il « suffit » simplement d’être aussi grand producteur que consommateur pour être NetZEB. Ainsi, un bâtiment mauvais du point de vue de sa performance thermique, pourrait compenser, par exemple, avec une grande surface de panneaux photovoltaïques. Celui-ci pourra alors être considéré comme « Net Zéro-Énergie ».

Si mathématiquement la balance est vérifiée, d’un point de vue qualitatif peut on affirmer que l’énergie consommée en hiver à partir du mix énergétique (majoritairement fossile) équivaut à la même quantité d’énergie produite en été de manière renouvelable ?

En effet, l’énergie consommée en hiver est issue du mix énergétique wallon (et donc majoritairement non-renouvelable à ce jour) et utilisée à un moment où l’énergie est plus rare tandis que celle produite en été par les panneaux PV est injectée sur le réseau à un moment où la consommation est moindre et l’énergie se fait beaucoup moins rare…

Si les cas 1 et 2 sont tous deux Net zéro-énergie (la balance entre la surproduction injectée sur le réseau en été et la consommation sur le réseau en hiver étant à l’équilibre), on remarque que même avec ce « label », un bâtiment peut rester un grand consommateur d’énergie issue du mix énergétique du réseau (cas 2). Les deux balances sont mathématiquement à équilibre mais il reste qu’au bout de l’année une plus grande quantité d’énergies fossiles auront été consommées pour ce bâtiment (cas 2)… La meilleure énergie est et sera toujours celle qu’on ne consomme pas.

Pour avoir un sens environnemental et énergétique, les concepteurs de bâtiments Net zéro énergie ne peuvent se limiter au seul critère de l’équilibre production/consommation mais devraient aussi, dès le début de la conception, veiller à réduire les besoins au minimum rationnel et pertinent avant d’entreprendre les démarches de compensation des besoins résiduels via la production d’énergie renouvelable in situ. En ce sens, les exigences thermiques régionales sur la performance des parois (Umax) et le niveau d’isolation thermique global (niveau K) constituent des garde-fous.

Pour aller plus loin, n’hésitez pas à visiter nos pages sur les stratégies de conception !

Pour augmenter la part d’autoconsommation et réduire l’empreinte environnementale du bâtiment, le concepteur de l’installation peut également penser à déployer des moyens locaux de stockage d’énergie journalier et/ou saisonnier de manière à ne plus considérer le réseau comme un moyen de stockage infini.

Une approche intégrée

Ce nouveau statut du bâtiment alternativement ou simultanément producteur, consommateur, auto-consommateur induit des bouleversements sur la manière dont ceux-ci sont intégrés au réseau électrique et dans la manière de concevoir les bâtiments. En voici une synthèse traduite du livre « Modeling, Design and optimization of Net-Zero Energy Buildings » :

Systèmes, Conception et Utilisation	Bâtiment “classique”	Bâtiment NetZEB
Enveloppe	Passive, pas conçue comme faisant partie du système énergétique global	Optimisé pour la conception passive et l’intégration des systèmes solaires actifs
HVAC	Systèmes surdimensionnés (côté sécurité)	Petits systèmes contrôlés et optimisés, intégrés avec les systèmes solaires, les systèmes combinant chaleur et électricité, stockage journalier et/ou saisonnier, systèmes partagés dans le quartier.
Systèmes solaires (PV, ST), renouvelable, cogénération	Pas d’intégration systématique, on y pense après, on rajoute après.	Pleinement intégré : lumière naturelle / solaire thermique / Photovoltaïque / solaire hybride / géothermique / biomasse / connexion à un microSmartGrid
Système d’automatisation	Systèmes utilisés de manière peu efficace.	Contrôle prédictif, Optimisation du confort et des performances énergétiques.
Conception et utilisation	Considéré séparément	Intégré et optimisé pour satisfaire le confort.

Notons qu’une clariﬁcation est à faire entre les notions zéro-énergie et zéro-carbone. Le « Common Language for sustainable construction » propose les déﬁnitions reproduites ci-dessous (ref. : Europeann Concrete Platform Et Architects Council of Europe).

On constate une différence d’approche entre des objectifs exprimés en termes de carbone ou d’énergie primaire, selon que l’on se concentre sur l’impact climatique ou sur une approche plus large de l’enjeu énergétique. L’expression d’objectifs selon l’un ou l’autre terme est importante dans la mesure où les solutions techniques privilégiées sont différentes. Des solutions de chauffage à la biomasse ou à l’électricité nucléaire seront par exemple favorisées dans un bilan carbone, mais plus nuancées dans une approche énergétique.

« Net zero carbon buildings : Buildings that, by virtue of the materials of which they are constructed and by virtue of the fact that they produce surplus energy from renewable sources, ensure that, over their Design Life, they compensate for all carbon emissions associated with the construction and use of the building. »

« Net zero Energy : The goal of Net Zero Energy is to become a community that produces its own energy. Net Zero Energy Buildings […], for instance, rely on efﬁciency to reduce energy needs and allow the balance to be supplied with renewables. NetZEBs produce as much energy on-site as they use annually. The reason NetZEBs are referred to as ’net zero’ is that they are still connected to the grid. Sometimes they produce more power than they are consuming and feeding power to the grid and running the meter back. Sometimes they consume more power than they are producing and pulling power from the grid. But for a NetZEB, the energy given to the grid is equal to the amount of energy pulled from the grid on an annual basis. It is important to note that net zero refers to energy use, and does not necessarily mean zero carbon emissions from energy use. »

Un concept qui reste vague

Les déﬁnitions usuelles du NetZEB restent très vagues et reﬂètent le manque de consensus international sur la notion de bâtiment net zéro-énergie. La Tâche 40 « Vers des bâtiments nets zéro-énergie » de l’Agence Internationale de l’Energie (AIE) a dès lors compilé les différentes déﬁnitions existantes et leurs critiques (AGENCE INTERNATIONALE DE L’ENERGIE (2010). Task 40). Il ressort de cette tâche quatre éléments vis à vis desquels toute déﬁnition des NetZEB devrait se positionner.

Premièrement, le niveau de spéciﬁcation des paramètres de calcul doit être clariﬁé. L’évaluation doit-elle préciser quelles conditions climatiques intérieures réaliser? Les charges internes doivent-elles être forfaitaires ? Pour quel climat doit se faire l’évaluation ?

Deuxièmement, le type d’indicateur et les règles de pondération entre formes d’énergie doivent être explicités. Si l’énergie primaire est l’indicateur généralement préféré, elle soulève des questions telles que l’évolution dans le temps des coefﬁcients de conversion et la façon de prendre en compte les énergies renouvelables. Les émissions de CO2 sont une alternative possible, tout comme un bilan ﬁnancier ou exergétique. Ces deux dernières possibilités sont cependant respectivement instables dans le temps et peu compréhensibles par le public.

Troisièmement, le caractère « net » de la déﬁnition doit être précisé : quels éléments sont pris en compte et sur quelle période de temps ? L’échelle de temps privilégiée est souvent l’année, ou un multiple d’années. Des divisions temporelles plus fines sont peu populaires car plus contraignantes, mais une tendance existe pour réaliser des évaluations sur le cycle de vie complet du bâtiment. La question du type d’énergie considéré est également importante. A côté de l’énergie nécessaire au maintien du climat intérieur, il n’y a pas de consensus sur la prise en compte des énergies liées à l’occupant ou aux matériaux. Ces deux aspects souffrent d’un manque de précision des méthodes d’évaluation et d’une divergence de point de vue selon l’utilité que l’on donne à la déﬁnition des NetZEB. D’un point de vue gestion des réseaux énergétiques, l’énergie grise n’a pas d’impact, mais l’occupation bien. Du point de vue du constructeur, l’inverse est plus vrai. L’importance relative de ces deux aspects est croissante au vu de la diminution des consommations d’énergie liées au maintien des ambiances intérieures. Il existe également un débat relatif aux énergies renouvelables, entre la limitation aux énergies produites sur site et l’intégration de crédits carbones.

Quatrièmement, les conséquences en termes de réseau énergétique sont à considérer. Les approches NetZEB considèrent souvent le réseau comme une forme de stockage inﬁni, ce qui n’est pas la réalité. Des évaluations plus ﬁnes sont nécessaires, notamment au niveau de l’utilisation effective de l’énergie délivrée au réseau et des écarts entre les puissances maximales demandées et délivrées, ce qui devrait générer des indicateurs spéciﬁques à intégrer dans la démarche NetZEB. Ceci doit se faire à la lumière des évolutions que connaîtront les réseaux énergétiques à l’avenir, avec la part croissante d’énergie renouvelable qu’ils devront intégrer.

Cinquièmement, les procédures de monitoring et d’accompagnement doivent être précisées et devraient faire partie intégrante de la déﬁnition des NetZEB, pour garantir que les performances visées en conception sont bien rencontrées en pratique.

Un concept pragmatique ?

Aux critiques et limitations présentées ci-dessus, nous pensons utile d’ajouter que la déﬁnition des bâtiments zéro-énergie doit avant tout être un outil pratique destiné à guider le concepteur dans ses choix. Il en découle que cette notion doit répondre à trois caractéristiques : (1) la rigueur scientiﬁque indispensable, (2) l’expression d’un niveau d’ambition proportionnel à l’enjeu et (3) le pragmatisme, compris comme sa cohérence avec la pratique de terrain. Le concept NetZEB n’offre pas forcément une réponse optimale à cette triple exigence. Et ce pour deux raisons.

Premièrement, les critiques relevées plus haut ont mis en évidence qu’une limitation aux besoins de chauffage et de refroidissement n’était pas adéquate. Il y a aujourd’hui consensus pour considérer que la notion des NetZEB devrait intégrer les consommations d’énergie liées au maintien des ambiances thermiques, à l’éclairage et aux auxiliaires HVAC, comme le fait la réglementation Q-ZEN. L’intégration de l’énergie grise liée aux matériaux et composants mis en œuvre est souvent mentionnée comme un élément à intégrer. Pour mieux reﬂéter la réalité, l’évaluation devrait également intégrer d’autres consommations telles que l’énergie consommée par le chantier et le processus de conception en tant que tel, ou encore l’impact du projet sur l’énergie dépensée en transports et infrastructures ou son inﬂuence éventuelle sur les comportements énergétiques des habitants.

Sans trancher sur la liste des paramètres à intégrer, force est de constater que nous sommes face à une tendance qui pousse à agréger en une seule évaluation une série d’impacts énergétiques différents. D’une part, l’agrégation des différentes consommations rend la valeur ﬁnale difﬁcilement compréhensible. Il devient difﬁcile de se représenter concrètement ce qu’elle représente et quel est le poids de chaque mesure de performance énergétique dans le résultat ﬁnal. D’autre part,il est difﬁcile d’obtenir une valeur réaliste avant d’atteindre un stade d’avancement poussé du projet, vu que des choix préliminaires doivent avoir été faits pour chaque élément intervenant dans le calcul. Or, ce sont souvent les premières étapes qui déterminent la performance énergétique, ainsi que la combinaison de la performance énergétique avec la performance économique. La tendance à l’exhaustivité du calcul énergétique pourrait donc à terme rendre l’évaluation netzéro-énergie inopérante comme guide de conception.

Deuxièmement, la recherche d’un niveau « zéro-énergie » reﬂète une approche sectorielle de l’impact énergétique des bâtiments. Cette ambition peut être acceptée en tant que projection à l’échelle du secteur d’un équilibre énergétique global de nos sociétés, mais rien n’indique que l’équilibre annuel entre production et consommation soit pertinent à l’échelle d’un projet d’architecture. Au contraire, le niveau net zéro-énergie génère une iniquité ﬂagrante au niveau des projets individuels, notamment entre les sites bénéﬁciant d’un fort potentiel d’énergies renouvelables et les autres, ou entre les projets permettant une réduction drastique des besoins et ceux qui ne le peuvent du fait de contraintes propres et justiﬁées (pensons aux questions de patrimoine remarquable, de capacité d’investissement, etc.). Un niveau d’ambition unique ne peut pas être considéré a priori comme applicable partout. Certaines situations de projet nécessiteront de revoir les ambitions à la baisse face aux contraintes techniques, économiques ou patrimoniales, tandis que d’autres permettrons d’aller plus loin que l’équilibre énergétique.

Tous Nets zéro-énergie ?

Bien qu’incontournable aujourd’hui, la notion de bâtiment net zéro-énergie apparait assez éloignée de l’architecture, tant dans ses fondements que dans son ambition. Les critiques qui lui sont faites par la communauté scientiﬁque portent principalement sur la rigueur physique de sa déﬁnition, tandis que nous lui voyons un manque de pragmatisme de par sa volonté (louable en soi) d’exhaustivité.

Face à ses limites, il pourrait être intéressant de rouvrir la question du caractère autonome du bâtiment. D’une part il force à contextualiser l’approche, d’autre part il implique des formes de conservation de l’énergie dans le bâtiment et donc la nécessité d’analyses de comportements dynamiques sur base saisonnière et journalière. L’objectif d’autonomie totale pose également différemment la question des formes d’énergie valorisables et nécessite de repenser la notion de confort thermique.

Cette piste n’est à ce jour pas un objectif rationnel à l’échelle collective, notamment d’un point de vue économique. Dès lors, visons le NetZEB, mais de façon critique.

En Wallonie, un cap important a été franchi le 19 juillet 2018 avec l’approbation du Plan Wallon Énergie Climat (lié au PNEC 2030 : Plan National Énergie Climat). Ce plan prévoit de définir ce que sera le zéro énergie wallon. Cette définition devrait être d’application à partir de 2025. Dans la suite logique du QZEN (Quasi Zéro ENergies), ces bâtiments porteront l’acronyme ZEN (Zéro ENergies).

Posted By : Sylvie 7 Juin, 2018

Bâtiment nearlyZEB ou « Quasi » zéro-énergie et son application en Wallonie (Le Q-ZEN)

1. Définition d’un bâtiment « quasi » zéro énergies d’après la directive Européenne

Un bâtiment « Quasi » zéro-énergie est « un bâtiment qui a des performances énergétiques très élevées […]. La quantité quasi nulle ou très basse d’énergie requise [pour le chauffage, le refroidissement, l’éclairage, l’eau chaude sanitaire et la ventilation] devrait être couverte dans une très large mesure par de l’énergie produite à partir de sources renouvelables, notamment l’énergie produite à partir de sources renouvelables sur place ou à proximité ». [Directive 2010/31/CE] Ces bâtiments peuvent également se retrouver au sens large sous les acronymes NZEB/NearlyZEB (nearly Zero Energy Building) ou Q-ZEN (Quasi Zéro Énergie) pour son application en réglementation régionale wallonne.

Chaque État-membre est tenu de fixer la définition des bâtiments dont la consommation d’énergie est quasi nulle, qui tient compte des conditions nationales, régionales ou locales.

Voir les exigences Q-ZEN 2019 (bâtiments publics uniquement) & 2021

2. A ne pas confondre !

Les Bâtiments Quasi zéro énergie sont à différencier des immeubles autonomes et des constructions Net Zéro Énergie : NetZEB (Net Zero Energy Buildings) ou Q-ZEN en Wallonie (Quasi Zéro ENergies). Contrairement à ces deux approches, dans le Quasi zéro-énergie, les besoins d’énergie primaire sur le réseau ne sont ni nuls (Bâtiment autonome), ni nécessairement totalement contrebalancés par une forte production d’énergie renouvelable sur place ou à proximité (Net Zéro Énergie). Ici, les besoins en énergie primaire nécessaires au fonctionnement normal du bâtiment sont fortement réduits et, parfois, partiellement contrebalancés par de l’énergie produite à partir de sources renouvelable pour répondre aux exigences variables selon les états-membres et les régions.

3. Le Q-ZEN en Wallonie, dans la continuité

Si les premiers tâtonnements en termes de règlementations thermiques wallonnes datent de 1985 [Arrêté du 29 février 1984], ce n’est que depuis le début du millénaire que le monde politique prend pleinement conscience de l’importance d’une lutte active pour l’économie d’énergie et contre le changement climatique. C’est ainsi qu’en 2002, l’Europe ratifie le protocole de Kyoto [cop23.unfccc.int] scellant ainsi son engagement à réduire ses émissions de certains gaz à effet de serre.

Dans la foulée, une première directive européenne voit le jour (Directive 2002/91/CE). Elle sera ensuite transposée en décret (2007) et arrêtés (2008, 2009 et 2012) qui furent les premières exigences thermiques issues de directives européennes que nous ayons connus.

Plus récemment, en 2010, la directive a été révisée (directive 2010/31/UE) et trois ans plus tard cette version de la directive a été transposée en droit interne sous la forme d’un décret mis en application l’année suivant via l’arrêté d’application de 2014 modifié en dernier lieu par l’arrêté de 2017.

Pour honorer leurs engagements et respecter les directives européennes, les états membres ont renforcé les exigences en matière de performance énergétique d’années en années. Dans le secteur tertiaire, le niveau K est ainsi soumis à des exigences croissantes depuis 1985 tandis que le niveau Ew l’est depuis 2010 et a fait l’objet d’un renforcement croissant.

Schéma sur l'évolution de la réglementation thermique en wallonie. — Les Umax (coefficient de transmission thermique maximum des parois) sont pour leur part apparus en 1996.

Dernièrement, en vue de la transposition dans le droit interne de l’article 9 de la Directive européenne de 2010 relative à la performance énergétique des bâtiments, les états membres ont eu pour obligation de faire en sorte qu’au 1ier janvier 2021 tous les nouveaux bâtiments (y compris les bâtiments résidentiels) soient quasi Zéro Énergie. Pour les nouveaux bâtiments occupés et possédés par les pouvoirs publics, cette obligation est déjà valable à partir du 1er janvier 2019 !

Le Q-ZEN, se positionne donc dans la continuité des exigences précédentes. L’exigence est à la fois progressiste, réaliste et rationnelle. Les Umax sont conservés, le niveau K et les exigences pour la ventilation également. Le renforcement notable concerne le renforcement des exigences en matière de consommation d’énergie primaire EW (-30%) pour les parties fonctionnelles de bureau et d’enseignement ainsi que pour les bâtiments résidentiels.

Une réduction de – 27% sur le niveau E_spec qui ne concerne lui que les bâtiments résidentiels est également à noter.

Vous l’aurez compris : pas de panique ! Le bâtiment Q-ZEN n’est pas nécessairement high-tech ou hors de prix, avec une stratégie passive adaptée et des technologies simples, les exigences pourront déjà être rencontrées.

Plus d’information sur la conception d’un bâtiment Q-ZEN !

Posted By : Sylvie 6 Juin, 2018

Compteurs communicants

Pour 2034, les objectifs de la région Wallonne sont d’équiper 80 % des ménages de compteurs communiquants.

Les compteurs électriques communicants, appelés également compteurs « intelligents » ou « Smartmeters » comptabilisent la consommation électrique en ayant la particularité de communiquer les mesures avec le consommateur ainsi que le GRD (Gestionnaire du réseau de distribution).

Cette information fournie par le compteur permet :

Un meilleur contrôle des consommations ;
Le relevé des compteurs par le GRD à distance et donc des factures sur base de la consommation réelle ;
La détection rapide des pannes électriques et réduction du temps d’intervention ;
Facilité et information pour les autoproducteurs ;-
Prépaiement plus simple pour les compteurs à budget ;
Modifications de la tarification, de l’index, fermeture du compteur… à distance.

Pour le consommateur, l’arrivée de ces compteurs permet donc une facturation et un suivi plus fin et « connecté » de sa consommation : historique de consommation, conversion en Euros…

Ces systèmes ont un rôle important dans le développement des énergies renouvelables en permettant aux auto-producteur d’obtenir en continu des informations précises sur l’énergie prélevée ou injectée sur le réseau ce qui permettra une utilisation plus rationnelle de l’énergie. Côté GRD, l’apparition de ces systèmes de compteurs connectés et décentralisés permet de mieux gérer et accorder la production à la consommation.

Malgré ces nouvelles fonctionnalités, en France [2017], où ces systèmes sont déjà installés, seul 1 ménage sur 50 a fait les démarches permettant d’avoir accès à leur courbe de charge.

Pour conclure, les compteurs communicants, en plus d’être un premier pas vers la bonne gestion des énergies renouvelables et les smartgrids, permettent à l’occupant de reprendre le contact avec sa consommation. Autrefois, l’occupant pouvait compter le nombre de seaux de charbons / de bûches de bois qu’il brûlait et contrôler sa consommation de manière très directe et tangible. Aujourd’hui, le gaz et l’électricité « coulent » dans nos tuyaux opaques et nous n’avons pas la moins information palpable pour comprendre et avoir une idée de sa consommation. L’émergence de compteurs communiquant, avec leurs éventuels prolongements sous forme d’applications de suivi ou de gestion, pourra faciliter la conscience de la consommation à chacun et favoriser une utilisation rationnelle de l’énergie plus facile notamment via la possibilité pour le compteur de parler dans des unités compréhensibles et qui intéressent le consommateur : en € et €/heure plutôt qu’en kWh et kW.

Posted By : Sylvie 6 Juin, 2018

Tarif prosommateur (prosumer)

La CWaPE projette d’appliquer en 2020 un tarif différent pour les prosommateurs (consommateurs et producteurs dont la puissance de l’installation de production d’électricité est inférieure ou égale à 10 kVA). Actuellement les prosommateurs ne contribuent pas financièrement au réseau qu’ils utilisent. Le but de cette nouvelle tarification sera de permettre l’entretien et le développement du réseau électrique par l’ensemble des utilisateurs du réseau public de manière solidaire.

Cette participation sera au choix du prosommateur : forfaitaire ou proportionnelle.

La CWaPE prévoit également une garantie, pour les prosumers qui opteraient pour le tarif proportionnel, de ne pas payer un montant plus élevé que celui qu’ils paieraient avec le tarif capacitaire. Cette garantie vise à encourager les prosumers à faire le choix d’une tarification de réseau basée sur les prélèvements bruts (de manière à encourager l’autoconsommation), sans prendre le risque de payer plus qu’avec le tarif capacitaire.

Cette nouvelle tarification ne change rien en ce qui concerne l’octroi de certificats verts. Si vous avez droit aujourd’hui à ce mécanisme de soutien, vous conserverez ce droit selon les modalités et la durée précisées par l’AGW PEV1.

Les installations de plus de 10 kVa ne sont pas concernées par cette tarification. Celles-ci paient distinctement le prélèvement et l’injection d’électricité sur le réseau de distribution, conformément aux tarifs applicables par le GRD.

Plus d’information sur la Cwape

Le tarif Forfaitaire ou Capacitaire (€/kWe)

La CWaPE a établi que, de manière simplifiée :

± 1/3 de l’énergie produite est consommée simultanément.
± 2/3 de l’énergie produite est par conséquent réinjectée dans le réseau et consommée à un autre moment.

Le tarif forfaitaire consiste à faire contribuer le prosommateur aux coûts d’entretien et de développement du réseau solidairement à hauteur de 2/3 (62,24 % pour être exact) de ce qu’aurait payé un utilisateur classique pour les composantes « distribution et transport », pour une consommation électrique équivalente.

Le tarif capacitaire quant à lui s’applique à la puissance électrique nette développable (exprimée en kWe) de l’installation de production. La CWaPE prend comme hypothèse de production annuelle la valeur de 910 kWh par kWe par an. Le tarif capacitaire est exprimé en EUR/kWe.

Les tarifs exacts ne sont pas connus à l’heure de rédiger cet article, mais nous pouvons cependant estimer aujourd’hui que le tarif capacitaire devrait environ se situer entre 60 et 120 EUR/kWe TVAC en fonction de la puissance nette développable de l’installation photovoltaïque et de la zone géographique. [Les tarifs exacts seront disponibles à partir de la fin de l’année 2018]. La grille indicative ci-dessus éditée par l’ASBL Énergie facteur 4 permet déjà de se faire une idée du montant de la redevance.

Source : Energie Facteur 4 asbl | www.ef4.be

Trouver son Gestionnaire de Réseau de Distribution.

Le tarif prosumer capacitaire est un forfait qui ne tient pas compte de la présence de systèmes de stockage. Un prosumer qui reste sur ce tarif par défaut payera donc le même montant, avec ou sans batteries.

http://www.cwape.be

Le tarif Proportionnel (€/kWh)

Afin d’inciter à l’autoconsommation et ainsi atteindre un pourcentage d’autoconsommation supérieur à 37,76 %, la CWaPE prévoit une alternative tarifaire, laissée au libre choix du prosommateur, qui consiste à remplacer le tarif capacitaire par une tarification d’utilisation du réseau basée sur les kWh qui sont réellement prélevés du réseau. Cette option n’est toutefois possible que si le prosumer dispose d’un compteur double flux ou communicant lequel permet la mesure de ces prélèvements réels. Cette augmentation de l’autoconsommation permet, d’une part, de réduire la facture du prosumer et, d’autre part, d’intégrer de manière générale plus de renouvelable sur le réseau de distribution sans pour autant nécessiter des investissements supplémentaires. L’avantage est donc double : pour le prosumer et pour la collectivité.

Si le prosumer a installé une ou plusieurs batteries domestiques, il est fort probable que ses prélèvements sur le réseau de distribution soient plus faibles que précédemment, il paiera par conséquent moins cher les coûts de réseau. Il est important de noter que l’installation de batteries domestiques doit obligatoirement être signalée auprès de son gestionnaire de réseau de distribution.

http://www.cwape.be

Exemples

Cas 1 : autoconsommation = 37.76 %

http://www.cwape.be

Cas 2 : autoconsommation = 50 %

http://www.cwape.be

Posted By : Sylvie 6 Juin, 2018

Exigences QZEN 2021 (2019 pour les bâtiments publics)

Nouveau !
Depuis le 1er janvier 2018, les labels EcoDesign sont valorisés pour le chauffage. – voir textes réglementaires.

À partir du 1er janvier 2021 (2019 pour les bâtiments publics), les exigences PEB seront renforcées. Les exigences concernant les rénovations ne changent pas.

Vous pouvez vous informer utilement sur l’évolution de la réglementation PEB sur le site de la région.

Introduction

Faisant suite aux engagements de l’Europe face au Protocole de Kyoto, le Parlement et le Conseil de l’Union Européenne ont adopté, en 2002, la Directive européenne (2002/91/CE) sur la performance énergétique et le climat intérieur des bâtiments. La directive européenne dans laquelle la réglementation PEB wallonne s’inscrit actuellement est ce qu’on appelle communément la directive PEB recast (refonte) : Directive 2010/31/UE du parlement européen et du conseil du 19 mai 2010 sur la performance énergétique des bâtiments.

Lien vers la directive

Cette directive évalue la Performance Energétique des Bâtiments comme :

« La quantité d’énergie calculée ou mesurée nécessaire pour répondre aux besoins énergétiques liés à une utilisation normale du bâtiment, ce qui inclut entre autres l’énergie utilisée pour le chauffage, le système de refroidissement, la ventilation, la production d’eau chaude et l’éclairage. »

Elle impose qu’au lendemain du 31 décembre 2020 tous les nouveaux bâtiments soient à consommation d’énergie quasi nulle : nZEB (Nearly Zero Energy Building) = Q-ZEN (Quasi – Zéro ENergie).

Un bâtiment à consommation d’énergie quasi nulle est :

« Un bâtiment qui a des performances énergétiques très élevées. La quantité quasi nulle ou très basse d’énergie requise devrait être couverte dans une très large mesure par de l’énergie produite à partir de sources renouvelables, notamment l’énergie produite à partir de sources renouvelables sur place ou à proximité »

L’énergie produite à partir de sources renouvelables désigne ici :

« Une énergie produite à partir de sources non fossiles renouvelables, à savoir l’énergie éolienne, solaire, aérothermique, géothermique, hydrothermique, marine ou hydroélectrique, biomasse, gaz de décharge, gaz des stations d’épuration d’eaux usées et biogaz »

La directive impose à chacun des États-Membres de définir en droit national ou régional :

une méthode de calcul de la Performance Energétique des Bâtiments ;
des exigences minimales relatives à la performance énergétique des bâtiments neufs et des bâtiments existants faisant l’objet de travaux de rénovation importants;
des systèmes de certification de la P.E.B.;
des exigences concernant l’inspection régulière des chaudières et des systèmes de climatisation.

Conformément à la Directive, un certificat attestant la performance énergétique doit ainsi être délivré à chaque moment-clé de la vie des bâtiments résidentiels ou non résidentiels :

lors de leur construction ;
lors de leur vente ;
lors de leur location.

Le certificat a une durée de validité de 10 ans.

Tous les bâtiments de plus de 250 m² occupés par les pouvoirs publics et fréquemment visités par le public doivent être certifiés et le certificat de performance énergétique doit être affiché à un emplacement et d’une manière clairement visible pour le public.

En Belgique, ce sont les autorités régionales qui sont compétentes en matière d’énergie. Ainsi, chacune des régions a dû implémenter la dernière version de la directive. En Région Wallonne, un nouveau décret PEB (recast) fixait, en 2013, le cadre global de l’application de la directive sur la Performance Energétique des bâtiments.

Lien vers le décret du 28 novembre 2013 relatif à la performance énergétique des bâtiments

Un arrêté du Gouvernement wallon (AGW) met en application concrète le décret. Depuis 2014, il a été modifié et complété par quatre nouveaux AGW :

AGW Méthode 2016 : Arrêté du Gouvernement wallon du 19 novembre 2015, qui vise uniquement à remplacer l’annexe A1 Méthode PER 2016).

AGW NZEB : Arrêté du Gouvernement wallon du 28 janvier 2016, qui vise principalement à définir les exigences d’un bâtiment quasi zéro énergie (Q-ZEN), à insérer les annexes A3 (Méthode PEN) et C4 (exigences systèmes), ainsi qu’à remplacer l’annexe C1 (exigences U/R des parois.

AGW Méthode 2017 : Arrêté du Gouvernement wallon du 15 décembre 2016, qui vise principalement à remplacer l’annexe A1 (Méthode PER 2017), l’annexe A3 (Méthode PEN 2017) et annexe B1 (DRT 2017).

AGW Méthode 2018 : Arrêté du Gouvernement wallon du 14 décembre 2017, qui vise principalement à remplacer l’annexe A1 (Méthode PER 2018), l’annexe A3 (Méthode PEN 2018) .

L’AGW PEB coordonné est disponible via ce lien.

La méthode PEN

La méthode PEB pour déterminer le niveau de consommation d’énergie primaire des unités non résidentielles neuves est appelée méthode PEN.

Cette méthode est d’application pour toutes les destinations autres que le logement individuel. Les unités industrielles ne sont cependant pas concernées par la méthode PEN.

La réglementation prévoit une subdivision supplémentaire des secteurs énergétiques en parties fonctionnelles. Elles sont caractérisées par des fonctions qui ont des paramètres différents :

les horaires d’occupation ;
les températures intérieures de consigne ;
les gains internes dus aux personnes et aux appareils ;
les besoins nets annuels pour l’eau chaude sanitaire ;
la quantité d’humidité à produire ;
le temps de fonctionnement de la ventilation ;
le nombre d’heures d’utilisation par mois (en périodes diurne et nocturne) pour l’éclairage ;
le niveau de confort lumineux.

Les équations utilisées dans la méthode PEN contiennent pour chaque partie fonctionnelle des valeurs dépendant de la fonction.

Exigences

Umax : coefficient de transmission thermique maximal pour chaque paroi de déperdition [W/m^²°K]. Plus la paroi est isolée, plus la valeur U est faible. Les valeurs maximales à satisfaire sont renseignées dans l’Annexe C1 de la PEB.

Niveau K : niveau global d’isolation. Ce niveau K définit l’isolation thermique globale d’un bâtiment. Plus il est petit, meilleur est l’isolation. Le niveau K est déterminé par les caractéristiques d’isolation thermique des éléments de construction et la compacité du bâtiment. (Annexe 3).

Niveau E : niveau de consommation en énergie primaire du bâtiment (Annexes 1 et 2).

Ventilation : débits minimaux et dispositifs à prévoir (Annexes C2 et C3).

Surchauffe : Pour le résidentiel un critère sur le risque de surchauffe est aussi à respecter. Une probabilité d’avoir un refroidissement actif doit être calculé sur base d’un indicateur de surchauffe.

Les exigences sont renforcées au 1er janvier 2019 pour les bâtiments publics et au 1er janvier 2021 pour tous les autres bâtiments (résidentiels et non résidentiels).

Evolution des exigences sur le niveau Ew et K en Wallonie de 1985 à nos jours.

Évolution des exigences sur la valeur U maximale des différentes parois en Région wallonne de 2008 à 2022.

Les bâtiments soumis à permis d’urbanisme en Région Wallonne doivent, au Ier janvier 2021, répondre aux exigences suivantes :

NATURE DES TRAVAUX SOUMIS À PERMIS				Valeurs U	Niveau K	Niveau E_W	Consommation spécifique	Ventilation	Surchauffe
NATURE DES TRAVAUX SOUMIS À PERMIS				U	K	E_W	E_spec	V	S
Procédure AVEC responsable PEB	Bâtiment neuf ou assimilé	PER	Maisons unifamiliales Appartements	<U_max	< K35 _{+ nœuds constructifs}	45	85 kWh/m²an	Annexe C2	< 6 500 kh
		PEN	Bureaux Services Enseignement Hôpitaux HORECA Commerces Hébergements collectifs			90/45 (1)		Annexe C3
		PEN				90/45 (1)		Annexe C3
		I	Industriel		< K55 _{+ nœuds constructifs}
	Rénovation importante			_{uniquement éléments modifiés}				(2)

Procédure SANS responsable PEB Déclaration PEB simplifiée	Rénovation simple y compris changement d’affectation chauffé > chauffé	< U_{max des éléments modifiés et}_neufs						(2)
Procédure SANS responsable PEB Déclaration PEB simplifiée	Changement d’affectation non chauffé > chauffé	< U_{max des éléments modifiés et}_neufs	< K65 _{+ nœuds constructifs}					Annexe C2 ou C3

(1) La performance de l’unité PEN est calculée au prorata des exigences (90 ou 45) propre à chacune des parties fonctionnelles.

(2) Amenées et extraction d’air dans les nouveaux locaux et amenées d’air dans les locaux existants si porte et/ou fenêtre remplacée.

Tableau des exigences des valeurs Umax

Élément de construction		U_max[W/m²K]
Parois délimitant le volume protégé
	Toitures et plafonds	0.24
	Murs (1)	0.24
	Planchers (1)	0.24
	Portes et portes de garage	2.00
	Fenêtres: – Ensemble de châssis et vitrage – Vitrage uniquement	1.50 1.10
	Murs-rideaux : – Ensemble de châssis et vitrage – Vitrage uniquement	2.00 1.10
	Parois transparentes / translucides autres que le verre : – Ensemble de châssis et partie transparente – Partie transparente uniquement (ex : coupole de toit en polycarbonate, …)	2.00 1.40
	Brique de verre	2.00
Parois entre 2 volumes protégés situés sur des parcelles adjacentes (2)		1.00
Parois opaques à l’intérieur du volume protégé ou adjacentes à un volume protégé sur la même parcelle (3)		1.00

(1) Pour les parois en contact avec le sol, la valeur U tient compte de la résistance thermique du sol et doit être calculée conformément et doit être calculé conformément aux spécifications fournies à l’annexe B1 de l’Arrêté.

(2) A l’exception des portes et fenêtres.

(3) Parois opaques (à l’exception des portes et portes de garage) :

entre unités d’habitation distinctes ;
entre unités d’habitation et espaces communs (cage d’escaliers, hall d’entrée, couloirs, …) ;
entre unités d’habitation et espaces à affectation non résidentielle ;
entre espaces à affectation industrielle et espaces à affectation non industrielle.

Méthode de calcul EW des unités PEN

où :

E_W : l’exigence de niveau EW pour l’unité PEN, (-) ;
A_{ch,fct f} : la surface de plancher chauffé ou climatisé de chaque fonction f, calculée conformément à l’annexe A3 de l’arrêté, en m² ;
E_{ch,fct f} : l’exigence EW pour chaque fonction f, telle que déterminée dans le tableau, (-) ;
A_ch : la surface de plancher chauffé ou climatisé de l’unité PEN calculée conformément à l’annexe A3 de l’arrêté, en m².

Il faut faire la somme de toutes les fonctions de l’unité PEN.

Fonctions dans l’unité PEN		E_{W, fct f}
Hébergement		90
Bureau		45
Enseignement		45
Soins de santé	Avec occupation nocturne	90
	Sans occupation nocturne	90
	Salle d’opération	90
Rassemblement	Occupation importante	90
	Faible occupation	90
	Cafétéria / réfectoire	90
Cuisine		90
Commerce / service		90
Installations sportives	Hall de sport / Salle de gymnastique	90
	Fitness / Danse	90
	Sauna / Piscine	90
Locaux techniques		90
Communs		90
Autre		90
Inconnue		90

Exigences des systèmes

Depuis le 1er mai 2016, des exigences s’appliquent aux systèmes (chauffage, eau chaude sanitaire, climatisation, ventilation).

Travaux soumis à permis ou non	Performance	Calorifugeage	Comptage énergétique
Bâtiments existants	Installation Modernisation Remplacement	Exigence systèmes – Annexe C4
– Chaudières gaz – Chaudières mazout – Pompes à chaleur – Chauffage électrique direct – ECS électrique – Machines à eau glacée – Récupérateur de chaleur	– Conduites d’eau chaude – Conduites d’eau glacée – Conduits d’air	– Comptage par installation – Comptage entre bâtiments – Comptage entre unités PEB
Bâtiments à reconstruire et assimilés⁽²⁾	Installation	–	–	Uniquement⁽¹⁾: – Comptage entre bâtiments – Comptage entre unités PEB

Travaux soumis à permis ou non

Performance

Calorifugeage

Comptage énergétique

Bâtiments existants

Installation
Modernisation
Remplacement

Exigence systèmes – Annexe C4

– Chaudières gaz
– Chaudières mazout
– Pompes à chaleur
– Chauffage électrique direct
– ECS électrique

– Machines à eau glacée

– Récupérateur de chaleur

– Conduites d’eau chaude

– Conduites d’eau glacée

– Conduits d’air

– Comptage par installation

– Comptage entre bâtiments

– Comptage entre unités PEB

Bâtiments à reconstruire et assimilés⁽²⁾

Installation

–

Uniquement⁽¹⁾:

– Comptage entre bâtiments

– Comptage entre unités PEB

(1) Il s’agit des points 1.6.2.3, 1.6.2.4, 2.3.2.2 et 2.3.2.3 de l’ annexe C4 (PDF-1013 ko).

(2) Assimilation aux bâtiments à construire :

Reconstruction ou extension : lorsqu’on crée un volume protégé supérieur à 800 m³ ou lorsqu’on double le volume protégé existant.
Autres cas : installations ET 75 % de l’enveloppe remplacés.

En pratique

La procédure administrative relative aux exigences P.E.B. pour bâtiment neuf est essentiellement liée à la procédure de permis d’urbanisme. Elle est divisée en deux étapes :

la déclaration P.E.B initiale avec étude de faisabilité
la déclaration P.E.B. finale avec établissement du certificat PEB.

Moment	Etapes de la procédure	Définition
Dépôt de la demande de permis¹.	DÉCLARATION PEB INITIALE	Document qui reprend une description succincte des principaux dispositifs et une estimation de la performance énergétique du bâtiment.
Au plus tard dans les 12 mois de l’occupation du bâtiment ou de l’achèvement du chantier et, en tout cas au terme du délai de validité du permis.	DÉCLARATION PEB FINALE	Document qui reprend le résultat final et réel de la performance énergétique du bâtiment et décrit les mesures réellement mises en œuvre pour atteindre cette performance.

¹ Une étude de faisabilité technique, environnementale et économique de systèmes alternatifs doit être réalisée avant l’introduction de la demande de permis d’urbanisme.

Quatre acteurs (définis dans le code wallon) interviennent dans la procédure P.E.B. :

Déclarant P.E.B. : il est la personne physique ou morale tenue de respecter les exigences P.E.B. Il est en général le maître d’ouvrage ou l’acquéreur.

Responsable P.E.B. : il est la personne, physique ou morale, désignée par le déclarant (soit, par défaut, l’architecte, soit une personne agréée par le Gouvernement Wallon). Il est le responsable de la conception et des mesures mises en œuvre pour atteindre les exigences P.E.B. jusqu’à l’exécution des travaux. Il est aussi responsable de la rédaction de ces engagements.

Auteur de l’étude de faisabilité (agréé par le GW et désigné par le déclarant). Ce peut être le responsable PEB lorsque le bâtiment compte moins de 1000 m² de surface utile.

Le certificateur P.E.B. (agréé par le GW et désigné par le déclarant) pour bâtiments existants.

Des dispositifs de contrôle et des sanctions ont été prévus (Annexe E):
Les contrôles sont effectués par la commune (contrôle succinct lors de l’introduction de la demande de permis) ou la Division de l’Énergie (DGO4) par coups de sonde sur chantier.
En cas de non respects des exigences, des amendes administratives (vers le demandeur, déclarant et/ou responsable PEB) sont de mises. On évaluera aussi la possibilité de réaliser des travaux de mise en conformité.

Documents de référence

La réglementation actuelle comprend 9 annexes déterminant les exigences et les différentes méthodes de calcul :

ANNEXE 1 – Méthode PER : Méthode de détermination du niveau de consommation d’énergie primaire des unités résidentielles.
ANNEXE 2 – Méthode PEN : Méthode de détermination du niveau de consommation d’énergie primaire des unités non résidentielles.
ANNEXE 3 – DRT : Document de référence pour les pertes par transmission. Règles pour le calcul des pertes par transmission dans le cadre de la réglementation PEB. Calcul du coefficient de transmission thermique des parois des bâtiments (valeur U) et du coefficient de transfert thermique par transmission dans les bâtiments (valeur H).
ANNEXE B2 – NC : Traitement des nœuds constructifs.
ANNEXE C1 – UR : Valeurs U maximales admissibles ou valeurs R minimales à réaliser.
ANNEXE C2 – VHR : Dispositifs de ventilation dans les bâtiments résidentiels.
ANNEXE C3 – VHN : Dispositifs de ventilation dans les bâtiments non résidentiels.
ANNEXE D – CRE : Méthode de détermination de la consommation spécifique des bâtiments résidentiels dans le cadre de la certification PEB.
ANNEXE E – SCT : Détermination des amendes administratives.

L’ensemble de ces documents sont accessibles sur le site de la région.
De manière accessible et pratique, le Guide sur la Performance Énergétique des Bâtiments réalisé par l’ULg (CIFFUL) et avec le soutien du SPW est disponible en ligne sur le site de la région.

Posted By : Sylvie 6 Juin, 2018

Maîtrise de la surchauffe grâce au Night Cooling

L’administration wallonne montre l’exemple en rénovant à Jambes un bâtiment sans climatisation, mais rafraîchi naturellement.

Introduction

En 2012, le service public de la Région wallonne décide de rénover un immeuble de bureau inoccupé à Jambes pour y installer certains de ses services, à savoir la direction générale de l’aménagement du territoire, logement, patrimoine et énergie (DGATLPE).

Dans le contexte actuel d’une utilisation responsable des ressources énergétiques, le maître de l’ouvrage a souhaité que le bâtiment soit particulièrement performant en matière de consommation d’énergie. Celle-ci sera bien inférieure aux consommations d’un immeuble de bureau classique, tout en garantissant un confort très élevé.

Le bâtiment se veut exemplaire et doit servir de modèle en vue d’encourager les autres acteurs de la construction à entreprendre le même type de démarche.

Les travaux ont été terminés en 2015. Le bâtiment est une réussite !

Nouveau bâtiment de la DGATLP à Jambes.

Parmi les nombreuses mesures prises pour améliorer les performances énergétiques du bâtiment, il a été décidé de maîtriser la surchauffe des locaux sans faire appel à des groupes de refroidissement dans une partie du bâtiment. Comment a-t-on fait et est-ce que cela fonctionne ?

Le bâtiment

Situation préexistante

Avant les travaux, le bâtiment construit dans les années 1960 comptait un rez-de-chaussée et 3 étages de bureaux, le tout surmonté d’un étage sous toiture à versants non aménagé.

Le bâtiment avant les travaux.

La structure du bâtiment est en béton armé : planchers nervurés et façades portantes à colonnes.

Structure en béton.

Ancienne façade.

La toiture est à structure métallique légère.

La structure de l’ancienne toiture à versants.

Transformations

Le bâtiment a été complètement transformé de deux manières différentes :

La structure en béton armé des trois étages et du rez-de-chaussée a été conservée et cette partie a été complètement rénovée.
La toiture a été enlevée et un nouvel étage à toiture plate a été construit.

Ces deux parties sont très différentes et dans le cadre de la réglementation sur la performance énergétique des bâtiments PEB sont considérées comme des unités distinctes.

Le quatrième étage

Cet étage constitue à lui seul un bâtiment neuf construit sur le bâtiment existant après enlèvement de la toiture à versant. Il comprend principalement des espaces de réunion.

Bien que thermiquement très performant par rapport aux critères de l’époque (2011), il ne sera pas décrit dans la présente étude de cas.

En résumé :

la transmission thermique à travers les parois ne dépasse pas les maximums autorisés ;
le niveau d’isolation thermique global K = 36 ;
le niveau de performance énergétique EW = 72.

La gestion du confort d’été de ce quatrième étage à faible inertie thermique est assurée par un groupe de refroidissement adiabatique par évaporation indirecte suivi par un refroidissement mécanique de type pompe à chaleur. Les fenêtres sont munies de stores extérieurs à commande automatique.

Le rez-de-chaussée et les trois premiers étages

Cette partie du bâtiment comprend principalement des bureaux. Elle est particulièrement compacte et bien isolée thermiquement. Son confort thermique en été sera étudié en détail.

Sa compacité est très élevée (presque 6 m) grâce à un volume important et une surface de façades relativement réduite. Il n’y a pas de déperdition :

vers les bâtiments mitoyens ;
vers le bas là où se trouvent les bureaux de la poste ;
vers le haut là il est couvert par le nouveau 4e étage.

Le niveau d’isolation thermique de la surface de déperdition du volume protégé est élevé.

Façades

La façade avant a été recouverte par l’extérieur de caissons préfabriqués en bois remplis de 12 cm de laine de roche. Ce qui confère à celle-ci un coefficient de transmission thermique U de 0.31 W/m²K.

La façade arrière a été isolée par l’extérieur à l’aide de 12 cm de laine de roche recouverte d’un enduit. Le coefficient de transmission thermique U de cette façade est de 0.27 W/m²K.
Ces valeurs de U répondent aux exigences de Performance Energétique des Bâtiments (PEB) de l’époque de la demande de permis de bâtir. Depuis 2014, le U des façades ne peut pas dépasser 0.24 W/m²K (= U_max).

De par le choix de la méthode, le risque de ponts thermiques entre l’intérieur et l’extérieur est quasiment nul et la structure lourde de la façade située à l’intérieur participe à la stabilité thermique des locaux.

Isolation thermique de la façade avant.

Isolation thermique de la façade.

> Fenêtres

Les châssis sont en aluminium à coupure thermique et sont munis de double vitrage acoustique basse émissivité performant dont le coefficient de conductivité thermique U_g vaut 1.1 W/m²K.
Suivant leur configuration, les fenêtres ont un coefficient de conductivité thermique U_w compris entre 1.6 et 1.8 W/m²K.

Ces valeurs de U répondent aux exigences de Performance Energétique des Bâtiments (PEB) de l’époque de la demande de permis de bâtir. Depuis 2018, le U_W des fenêtres ne peut pas dépasser 1.5 W/m²K (= U_max).

Les fenêtres sont de type oscillo-battant. Motorisées, elles s’entrouvrent automatiquement lorsque le système de gestion du night-cooling le commande.
Elles sont munies de stores extérieurs automatiques.

Fenêtre en aluminium à coupure thermique.

> Toitures plates

Les toitures plates sont du type « toiture chaude« . Elles sont végétalisées. La couche isolante est constituée de 20 cm de laine de roche. Elle confère à ces toitures un coefficient de transmission thermique de 0.19 W/m²K. Cette valeur est inférieure au maximum toléré jusqu’en janvier 2021 : U_max = 0.24 W/m²K.

La toiture plate végétalisée.

> Inertie thermique

L’inertie thermique de la partie rénovée du bâtiment a été conservée grâce à l’enrobage par l’isolant du côté extérieur de la structure lourde existante. La masse thermique est ainsi accessible.
Il n’y a pas (ou peu) de faux plafonds. Les dalles en béton sont donc apparentes. Leur forme nervurée augmente leur capacité d’échange thermique avec l’air ambiant.
Par contre, des faux planchers ont été posés sur les dalles en béton, ce qui réduit l’échange thermique au sol.

La masse thermique est disponible.

Les nervures sous les dalles en béton restent accessibles

> Protections solaires

La façade avant est orientée au Sud-Est.
Des coursives et des panneaux solaires photovoltaïques verticaux fixes ont été placés pour permettre la gestion des apports solaires et limiter les surchauffes en période estivale. Ils ont été complétés par des stores extérieurs mobiles devant les fenêtres.

> Le système de chauffage

Le chauffage des locaux est assuré par des convecteurs alimentés en eau chaude par une chaudière à gaz à condensation d’une puissance de 120 kW.

La (petite) chaudière à condensation au gaz.

Cette puissance est largement suffisante. Nous avons installé des appareils de mesure dans divers bureaux en plein hiver et constaté que la température de confort était atteinte en permanence.

Évolution de la température durant la période froide.

> Le système de refroidissement

Le refroidissement des plateaux se fait par ventilation naturelle. Elle fonctionne grâce à des fenêtres commandées automatiquement.

Nous nous intéresserons dans la présente étude de cas à la maîtrise de surchauffe dans la partie du bâtiment qui a été rénovée (rez-de-chaussée et étages 1, 2 et 3).

La maîtrise de la surchauffe

Les apports de chaleur internes sont très importants dans les immeubles de bureaux. Aussi, différents éléments ont été mis en œuvre pour limiter les risques de surchauffe en été et les inconforts qui en découlent.

> Protections solaires

Pour réduire les apports solaires en été, des protections ont été placées à l’extérieur de la façade Sud-Est.

Des protections fixes :

coursives en planchers métalliques ajourés ;
panneaux solaires photovoltaïques fixes en partie translucide. Ils sont orientés au Sud pour une meilleure efficacité et décalés par rapport aux fenêtres. De cette manière, ils permettent une meilleure vue vers l’extérieur et ombragent les fenêtres à midi.

Protections solaires fixes : panneaux PV et coursives.

Des protections mobiles :

les fenêtres sont équipées de stores extérieurs automatiques.

Protections solaires mobiles : stores automatiques.

> Fonctionnement des stores :

Tous les stores d’une même façade et d’un même étage s’ouvrent et se ferment en même temps.
Ils sont soit complètement ouverts, soit complètement fermés sans position intermédiaire.
Entre 20h00 et 06h00 ils sont toujours relevés.

> Inertie thermique :

Ventilation intensive (night-cooling)

Les fenêtres des bureaux sont munies d’ouvrants motorisés. Elles s’ouvrent en oscillant vers l’intérieur. Le moteur de marque ROTO est encastré dans la traverse haute du dormant et est complètement invisible lorsque les fenêtres sont fermées.

Fenêtre à ouverture motorisée en façade.

Des ouvertures de transfert sont prévues entre les bureaux et les couloirs. Elles peuvent être refermées la journée pour des raisons acoustiques.

Ouvertures de transfert obturables entre les bureaux et les couloirs.

Les escaliers servent de cheminées de ventilation verticales

La ventilation intensive de nuit se fait via les escaliers et la gaine qu’ils entourent.

Des ouvrants (louvres) sont situés au-dessus des cages d’escaliers afin de permettre la ventilation naturelle.

Un de ces ouvrants est muni d’un ventilateur destiné à forcer la ventilation en cas de nécessité.

Le ventilateur installé dans une des tourelles de ventilation.

Le night-cooling

Schéma de principe du night cooling.

Application au 3e étage.

Fonctionnement

En été, lorsque le ciel est dégagé et que le rayonnement direct du soleil atteint les sondes d’ensoleillement, les stores se ferment. Ils se relèvent automatiquement à 20h00.

Le soir, toutes les ouvertures de transfert entre les couloirs et les bureaux sont ouvertes manuellement, soit par l’occupant qui a terminé de travailler soit par le service de gardiennage lors de sa première ronde. Parfois les portes des bureaux sont également laissées ouvertes.

Par contre, les portes de chaque étage communiquant avec d’autres bâtiments se ferment automatiquement la nuit pour qu’il n’y ait pas d’interférence de ceux-ci sur le fonctionnement du night cooling.

Chaque étage fonctionne indépendamment des autres. Tous les ouvrants de l’étage vont s’ouvrir en fonction de certaines conditions :

l’heure ;
la température de l’air intérieur ;
la température du béton ;
la température de l’air extérieur ;
l’ouverture des stores ;
la vitesse du vent.

En fonctionnement naturel, tous les ouvrants situés au-dessus des cages d’escaliers sont complètement ouverts et le tirage de l’air extérieur se fait naturellement à travers les étages dont les fenêtres sont ouvertes, via les cages d’escalier.

Si à minuit, les consignes de température ne sont pas atteintes par le night cooling naturel, tous les ouvrants situés au-dessus des escaliers se referment sauf celui qui est équipé d’un ventilateur d’extraction forcée. Ce dernier se met alors en route et fait circuler l’air mécaniquement.

La sonde de température intérieure à chaque étage est placée dans un bureau type. Ce bureau choisi est celui qui est orienté le plus défavorablement et qui présente le risque de surchauffe le plus important. L’ouverture de transfert de ce bureau vers le couloir doit être ouverte en permanence afin de permettre une représentation réaliste du refroidissement du bâtiment.

Le confort thermique

Lors de la mise en service du bâtiment, le système de night cooling du bâtiment n’était pas encore au point et certains occupants se plaignirent de températures trop élevées en été. De plus l’impossibilité d’ouvrir les fenêtres accentuait encore la sensation d’inconfort.
Les causes de dysfonctionnement ont été rapidement définies et les réglages nécessaires ont été effectués. Par la suite, plus personne ne s’est plaint d’un excès de chaleur.
Des sondes enregistreuses ont été placées dans certains bureaux en été pour vérifier la température et l’humidité de l’air. Les résultats confirment l’efficacité du système pendant trois semaines de forte chaleur.

Résultats des relevés dans un des bureaux entre le 06 et le 26 juillet 2017.

Les bons résultats obtenus découlent notamment de l’utilisation des stores durant la journée.
S’ils sont très efficaces de ce point de vue, par contre leur fonctionnement amène certaines contraintes. En effet, lorsqu’ils sont fermés, les bureaux sont plongés dans une pénombre qui parfois enclenche l’éclairage artificiel. La vue vers l’extérieur est également empêchée. Cela entraîne une dépense d’énergie et un inconfort pour les utilisateurs des bureaux qui se plaignent de l’ambiance ainsi créée.
Des solutions sont à l’étude : programmation du fonctionnement ; dérogations par les utilisateurs ; fermeture partielle ; protections distinctes contre l’éblouissement ; etc.

Conclusion économies d’énergie

L’usage du night cooling, lorsqu’il est possible et efficace est particulièrement économique. La consommation électrique est très faible. Elle est limitée à la programmation, à la manœuvre des stores et fenêtres et à l’usage peu fréquent du ventilateur dans les conditions les plus contraignantes.

Informations complémentaires

Cette étude de cas a été développée à l’aide des informations et documents fournis par le Service Public de Wallonie.

Nos interlocuteurs furent :

Madame Amélie Paris de la Direction des études, des Marchés et des Travaux patrimoniaux, département de la Gestion immobilière.
Monsieur Didier Herman du SPW territoire, logement patrimoine et énergie, direction fonctionnelle et d’appui, et logistique.

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Monthly Archives: juin 2018

Impact des choix techniques sur le niveau de performance énergétique d’une crèche

Introduction

Description du bâtiment

Structure

Isolation thermique de l’enveloppe

Installations techniques

Conformité avec les exigences du standard Q-ZEN PEB 2021 (2019)

1. Respect des Umax

⇓

2. Respect du critère K ≤ 35

3. Respect du critère EW ≤ (90/45)

4. Respect des règles de ventilation

5. Respect de la règle de comptage énergétique.

Le confort dans la crèche

Prise des mesures

Ressenti des occupants

Conclusions

Impact de l’isolation des parois opaques sur les performances

Consommation en énergie primaire

Niveau K

Niveau EW

Impact de l’isolation des vitrages sur les performances

Consommation en énergie primaire

Niveau K

Niveau EW

Tableau de synthèse

Impact de l’isolation de toutes les parois sur les performances

Impact des nœuds constructifs sur les performances

Impact de l’étanchéité à l’air sur les performances

Conclusion

Impact du choix de la production de chaleur sur les performances

Conclusion

Quel avantage procureraient des panneaux photovoltaïques

Conclusion

Introduction

Des bâtiments compacts

Gestion de l’espace

Des parois extérieures bien isolées

Façades du hall

Façades des bureaux

La toiture plate

Des nœuds constructifs bien étudiés

Le raccord entre la façade des bureaux et la toiture plate

Le raccord entre la façade du hall et la dalle de sol

Les raccords entre les menuiseries extérieures et les façades

Une bonne étanchéité à l’air

Des risques de surchauffe réduits

Le choix des systèmes constructifs et matériaux

La lumière naturelle

Informations complémentaires

Définition

Histoire du concept

Peut-on être NetZEB et gros consommateur d’énergie fossile?

Une approche intégrée

Un concept qui reste vague

Un concept pragmatique ?

Tous Nets zéro-énergie ?

1. Définition d’un bâtiment « quasi » zéro énergies d’après la directive Européenne

2. A ne pas confondre !

3. Le Q-ZEN en Wallonie, dans la continuité

Le tarif Forfaitaire ou Capacitaire (€/kWe)

Le tarif Proportionnel (€/kWh)

Exemples

Cas 1 : autoconsommation = 37.76 %

Cas 2 : autoconsommation = 50 %

Introduction

La méthode PEN

Exigences

Exigences des systèmes

En pratique

Documents de référence

Introduction

Le bâtiment

Situation préexistante

Transformations

Le quatrième étage

Le rez-de-chaussée et les trois premiers étages

La maîtrise de la surchauffe

Le night-cooling

1. Respect des U_max

3. Respect du critère E_W ≤ (90/45)

Niveau E_W